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1 引言 嵌入式系統是繼IT網(wǎng)絡(luò )技術(shù)之后，又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。由于嵌入式系統具有體積小，性能強，功耗低，可靠性高以及面向行業(yè)應用的突出特征，目前已經(jīng)廣泛的應用于軍事國防，消費電子，網(wǎng)絡(luò )通信，工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。隨著(zhù)計算機技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統的研究與開(kāi)發(fā)有著(zhù)越來(lái)越重要的實(shí)際意義�，F階段Internet的普及，使市場(chǎng)對嵌入式設備的網(wǎng)絡(luò )功能和性能提出了更高的要求。8/16位單片機的速度和內存較難滿(mǎn)足嵌入式設備的網(wǎng)絡(luò )要求，因此32位RISC處理器越來(lái)越受到青睞。ARM公司自1990年正式成立以來(lái)，在32位CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，已經(jīng)處于業(yè)界領(lǐng)軍地位，加上其設計的芯核具有功耗低、成本低等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)，因此獲得眾多的半導體廠(chǎng)家和整機廠(chǎng)商的大力支持，在32位嵌入式應用領(lǐng)域獲得了巨大的成功。 嵌入式系統的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)通信設備作為嵌入式系統重要的一個(gè)組成部分具有很強的實(shí)用性和研究?jì)r(jià)值，為遠程的控制和網(wǎng)內信息傳輸提供了一個(gè)很好的手段。本文基于A(yíng)RM720T內核的HMS30C7202嵌入式系統和Redhat9.0操作系統，對基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式板機網(wǎng)絡(luò )通信程序的設計與開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)現了板機之間的通信，為以后網(wǎng)絡(luò )服務(wù)在實(shí)際環(huán)境中的應用打下了堅實(shí)的基礎。 2. HMS30C7202開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介 HMS30C7202是32位高集成度低功耗微處理器，是由ARM720T內核和其他一些外圍接口器件組成，支持8K的數據與指令Cache，支持段式和頁(yè)式存儲的MMU，寫(xiě)緩沖器及AMBA接口。HMS30C7202采用0.25mm低功耗CMOS工藝片內電壓2.5V，I/O支持3.3V電壓，采用了256管腳QFP/BGA封裝。HMS30C7202片上資源十分豐富，具有極高的集成度，非常適用于嵌入式系統應用。主要應用于PDA，智能電話(huà)，個(gè)人音頻設備等場(chǎng)合。芯片HMS30C7202支持的內外圍設備包括多通道DMA（直接存儲器存�。�，3個(gè)定時(shí)器和一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，智能中斷控制器，存儲器控制器（如ROM，Flash,SRAM,SDRAM）,電源管理單元LCD控制器，定時(shí)時(shí)鐘（32 .768kHz晶振），紅外通訊接口（支持SIR），4個(gè)串口（兼容16C550），PS2外部鍵盤(pán)/鼠標接口，2通道PWM接口，矩陣鍵盤(pán)控制接口（8*8），普通I/O口，MMC/SMC卡接口，2個(gè)CAN接口，USB接口，片內ADC接口模塊（可用于電池檢測，音頻輸入，觸摸屏），片內DAC接口模塊（8bit立體音頻輸出），3個(gè)PLL時(shí)鐘JTAG調試接口等。 網(wǎng)絡(luò )傳輸是現在最為重要的數據傳輸途徑之一，由于HMS30C7202本身并沒(méi)有以太網(wǎng)控制模塊，所以需要一個(gè)與之匹配的控制芯片，比如CS8900，CS8900是單芯片全雙工的以太網(wǎng)控制器，配合必要的數字和模擬電路合成了完整的以太網(wǎng)電路，其主要結構包括ISA總線(xiàn)接口，802.3MAC，buffer，串行EEPRCM接口和帶有10BABE—T和AUI模擬前端。HMS30C7202通過(guò)操作CS8900的控制寄存器和讀寫(xiě)CS8900的內部數據寄存器，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的鏈路層連接。 （CS8900與開(kāi)發(fā)板連接示意圖） 3 . TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介 TCP/IP協(xié)議是一組包括TCP (Transfer Controln Protocol)協(xié)議和IP(Internet Protocol)協(xié)議，UDP（User Datagram Protocol）協(xié)議、ICMP（Internet Control Message Protocol）協(xié)議和其他一些協(xié)議的協(xié)議組。 絕大多數的客戶(hù)-服務(wù)器應用程序都使用TCP或UDP TCP（傳輸控制協(xié)議）以連接為基礎,也就是說(shuō)兩臺電腦必須先建立一個(gè)連接,然后才能傳輸數據。事實(shí)上，發(fā)送和接收的電腦必須一直互相通訊和聯(lián)系。 UDP（使用者數據報協(xié)議）它是一個(gè)無(wú)連接服務(wù)，數據可以直接發(fā)送而不必在兩臺電腦之間建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò )連接。它和有連接的TCP相比，占用帶寬少，但是你不知道你的數據是否真正到達了你的客戶(hù)端，而客戶(hù)端收到的數據也不知道是否還是原來(lái)的發(fā)送順序。 在此次程序的編寫(xiě)和調試過(guò)程中我們應用TCP協(xié)議。 4. 程序設計 此程序設計是自動(dòng)售貨機實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化的重要基礎，是校園網(wǎng)絡(luò )化建設的組成部分之一�，F階段高校內部自動(dòng)售貨機多為投幣消費模式，貨幣識別系統是實(shí)現此種消費模式的重要硬件設備，此設備成本高，穩定性差，制約了自動(dòng)售貨機的普及。通過(guò)在自動(dòng)售貨機中嵌入ARM，并實(shí)現嵌入式系統的網(wǎng)絡(luò )化，可以實(shí)現自動(dòng)售貨機的刷卡式消費，而且可以遠程查詢(xún)自動(dòng)售貨機的狀態(tài)信息，使管理者及時(shí)掌握自動(dòng)售貨機的狀態(tài)。所以此程序的設計實(shí)現具有很強的現實(shí)意義。 此程序設計是基于客戶(hù)機和服務(wù)器模式進(jìn)行的(如下圖)。服務(wù)器上建立套接字，綁定后用listen()函數監聽(tīng)綁定端口，通過(guò)accept()函數準備接收或發(fā)送信息�？蛻�(hù)端同樣建立套接字，但是不綁定端口，直接通過(guò)connect()函數與服務(wù)器建立連接，進(jìn)而發(fā)送或接受數據。 本文分別以ARM板為服務(wù)器端和客戶(hù)端來(lái)介紹具體程序。分別實(shí)現了兩種模式下的TCP通信。即：ARM板作為服務(wù)器端，PC機作為客戶(hù)端。ARM板作為客戶(hù)端，PC機作為服務(wù)器端。用以太網(wǎng)口連接，實(shí)現信息的通訊。 模式一 ARM板作為服務(wù)器端，PC機作為客戶(hù)端。按流程編寫(xiě)具體程序如下： #define MYPORT 3490 //服務(wù)器監聽(tīng)的端口 #define BACKLOG 10 //能夠同時(shí)接受的連接數量 int sockfd，newfd； //在sockfd上進(jìn)行監聽(tīng)，用newfd接受新的連接 struct sockaddr_in my_addr； //存放自己的地址信息 struct sockaddr_in their_addr； //存放連接者的地址信息 if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { perror("socket"); exit(1); } //建立套接字，判斷是否出錯，如果出錯，返回出錯信息 my_addr.sin_family = AF_INET; //主機字節順序 my_addr.sin_port = htons(MYPORT); //網(wǎng)絡(luò )字節順序 my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //將本機IP自動(dòng)填充 bzero(&(my_addr.sin_zero),8); //結構其他部分清零 if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1) { perror("bind"); exit(1); } //綁定本地IP地址和端口 if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) { perror("listen"); exit(1); } //監聽(tīng)端口 while(1) { sin_size = sizeof(struct sockaddr_in); if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size)) == -1) { perror("accept"); continue; } //返回新的套接字描述符，就是跟遠程計算機的連接，第一個(gè)套接字描述符仍然在機器原來(lái)的哪個(gè)端口listen() if (!fork()) //建立子進(jìn)程處理連接 if (numbytes=(recv(new_fd, buf, maxdatasize,0)) == -1) { perror("recv"); exit(1); } //接收客戶(hù)端發(fā)送的信息進(jìn)緩沖區 close(newfd)； //關(guān)閉套接字 程序實(shí)現在A(yíng)RM板上監聽(tīng)3490端口，準備接收建立連接的遠程計算機送來(lái)的信息。 printf("Received: %s",buf)；可以顯示緩沖區中遠程計算機送來(lái)的信息。 模式二 ARM板作為客戶(hù)端，PC機作為服務(wù)器端。按流程編寫(xiě)程序如下： #define PORT 3490 //定義遠程端口信息 #define DEST_IP "210.43.8.21" //定義遠程計算機IP信息 struct sockaddr_in their_addr; //定義結構存放遠程計算機地址 if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { perror("socket"); exit(1); } //建立套接字 if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1) { perror("connect"); exit(1); } //連接遠程計算機 if ((send(sockfd, "hello,my world!\n", MAXDATASIZE, 0)) == -1) { perror("send"); exit(1); } //向服務(wù)器發(fā)送數據 close(sockfd); //發(fā)送完成關(guān)閉套接字 程序實(shí)現了從ARM板通過(guò)3490端口連接遠程計算機，連接成功后發(fā)送數據。 此程序實(shí)現了板機之間的信息通訊，為自動(dòng)售貨機與服務(wù)器之間的通信打下了堅實(shí)基礎。為自動(dòng)售貨機的網(wǎng)絡(luò )化提供了一個(gè)可行的手段。 5．總結 TCP/IP協(xié)議已成為目前最為重要的以太網(wǎng)協(xié)議，TCP通信已經(jīng)成為嵌入式系統有線(xiàn)通信的主要方式。ARM板既可以作為客戶(hù)端也可以作為服務(wù)器端，這種通信方式應用廣泛，具有很高的研究?jì)r(jià)值。 本文作者創(chuàng )新點(diǎn)在于對基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式板機網(wǎng)絡(luò )通信程序的設計與開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了基于TCP協(xié)議的板機通信程序的編寫(xiě)方法，實(shí)現了PC機與ARM板的通信。為以后基于網(wǎng)絡(luò )的嵌入式系統的應用和通訊程序開(kāi)發(fā)打下了堅實(shí)的基礎。 |
