嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序?操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)?它以應(yīng)用為中心?以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿(mǎn)足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能?可靠性?成本?體積和功耗的嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　本文給出一種適合于中/低端應(yīng)用的通信平臺(tái)設(shè)計(jì)方案,它可支持Ethernet網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸,并且具有RS232?RS485? USB等接口?

　　文中圍繞嵌入式uClinux環(huán)境設(shè)計(jì)了基于嵌入式通信微處理器S3C44B0X的硬件通信平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)了嵌入式SOCKET通信?

　　1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　作為一類(lèi)特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器?嵌入式外圍設(shè)備?嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等幾大部分組成?嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件,它可分為嵌入式微處理器?嵌入式微控制器?嵌入式DSP(DigitalSignal Processor)和高度集成的嵌入式SoC(System on Chip)?嵌入式外圍設(shè)備是指嵌入式硬件系統(tǒng)中除中心控制部件以外的存儲(chǔ)?通信?保護(hù)?調(diào)試?顯示等其它輔助部件?嵌入式操作系統(tǒng)一般在比較大型或需要多任務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)合才考慮使用,它可方便嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì),大大提高嵌入式系統(tǒng)的功能,但同時(shí)也要占用寶貴的嵌入式資源?嵌入式應(yīng)用軟件和普通的應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別,它是針對(duì)特定的實(shí)際專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)?能完成用戶(hù)預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件?

　　嵌入式處理器有許多種流行的處理器核,本文主要介紹采用SAMSUNG公司基于ARM公司32位RISC的ARM7TDMI核的S3C44B0X處理器來(lái)進(jìn)行SOCKET通信的軟硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法?

　　S3C44B0X是高性?xún)r(jià)比?高性能的微控制器,它采用ARM7TDMI核,可工作在66MHz?ARM7TDMI是一種32位嵌入式RISC處理器,但也配備了16位壓縮指令集Thumb?它支持片上調(diào)試,允許處理器響應(yīng)調(diào)試請(qǐng)求暫停,芯片內(nèi)的增強(qiáng)型乘法器(multiplier)可進(jìn)行兩個(gè)32位數(shù)相乘從而直接產(chǎn)生64位結(jié)果,也可為嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持?此外,它還可以提供三級(jí)流水線(xiàn)及馮?諾依曼結(jié)構(gòu)?實(shí)際上,S3C44B0X已在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一系列完整的通用外圍器件?圖1所示是一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)?

　　2 外圍電路設(shè)計(jì)

　　作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)控制器,基于S3C44B0X處理器的系統(tǒng)必須要有一個(gè)與之匹配的控制芯片?這里,筆者選用了Cirruslogic公司的CS8900A?CS8900A是一個(gè)單芯片全雙工的以太網(wǎng)解決方案,片內(nèi)集成了用于完成以太網(wǎng)電路所必需的所有模擬和數(shù)字電路?圖2為系統(tǒng)中的CS8900A以太網(wǎng)接口電路?圖中的信號(hào)發(fā)送和接收端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器和RJ45接口接入傳輸媒體?另外,為了系統(tǒng)能夠正常工作,還需要外接一個(gè)20MHz的晶振?

　　3 基于uCliunx的SOCKET通信

　　本系統(tǒng)的軟件是基于嵌入式操作系統(tǒng)uClinux而設(shè)計(jì)的?uClinux是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng),它與UNIX系統(tǒng)兼容,其代碼完全開(kāi)放?uClinux是在標(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)裁剪和優(yōu)化后的操作系統(tǒng),uClinux是一個(gè)高度優(yōu)化?代碼緊湊的Linux的嵌入式子集?雖然體積很小,但仍然保留了Linux的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn),如:穩(wěn)定?良好的移植性;優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能;對(duì)各種文件系統(tǒng)的完備支持,以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等?uClinux是專(zhuān)門(mén)面向沒(méi)有存儲(chǔ)器管理單元(MMU)的處理器的嵌入式操作系統(tǒng),并且專(zhuān)為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化工作,它可以直接在Flash上運(yùn)行,也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)行?u-Cliunx帶有一個(gè)完整的TCP/IP協(xié)議,同時(shí)也支持其他許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)完備的操作系統(tǒng),因此得到了廣泛的應(yīng)用?

　　為了實(shí)現(xiàn)基于uClinux的應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),建立或擁有一個(gè)完備的uCliunx開(kāi)發(fā)環(huán)境是十分必要的?基于uClinux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境一般由目標(biāo)系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)板和宿主PC機(jī)構(gòu)成3?通常需在安裝有Linux的宿主PC機(jī)上安裝交叉編譯器,以把用戶(hù)應(yīng)用程序編譯成目前uClinux只支持的flat格式的可執(zhí)行文件和編譯操作系統(tǒng)內(nèi)核?目標(biāo)硬件開(kāi)發(fā)板用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件?目標(biāo)硬件開(kāi)發(fā)板和PC宿主機(jī)之間一般通過(guò)串口?并口或以太網(wǎng)接口來(lái)建立連接?本文SOCKET通信使用的軟件開(kāi)發(fā)及仿真環(huán)境如圖3所示?

　　SOCKET即“套接字”,表示網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)程的ID?最常用的有流式套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字兩種?在Linux中,分別稱(chēng)為“SOCK STREAM”和“SOCKDGRAM”?經(jīng)裁剪的uClinux保留了Linux中的大部分SOCKET庫(kù)函數(shù)?基于S3C44B0X處理器的嵌入式SOCKET通信所要調(diào)用的主要庫(kù)函數(shù)如下:

　　(1)SOCKETint SOCKET(int domain int type int proto-col)

　　此函數(shù)用來(lái)建立一個(gè)新的SOCKET,以通知系統(tǒng)建立一個(gè)通信端口?函數(shù)中的domain參數(shù)用于指定使用何種地址類(lèi)型;type參數(shù)用于指定套接字類(lèi)型;protocol參數(shù)通常為0,表示使用默認(rèn)協(xié)議?

　　(2)bind intbind(int sockfd,struct sockaddr*myaddr,int addrlen)

　　bind函數(shù)可把SOCKET返回的套接字端口與網(wǎng)絡(luò)上的物理位置相關(guān)聯(lián)?其中sockfd參數(shù)是函數(shù)SOCKET返回的套接字描述符;myaddr參數(shù)是本地地址;ad-drlen參數(shù)是套接字地址結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度?服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)都可以調(diào)用函數(shù)bind來(lái)綁定套接字地址,但一般是由服務(wù)器調(diào)用函數(shù)bind來(lái)綁定自己的公認(rèn)端口號(hào)?

　　(3)listenint listen(int sockfd,int backlog)

　　利用該函數(shù)可以使SOCKET端口接受從客戶(hù)機(jī)發(fā)送來(lái)的連接請(qǐng)求?backlog參數(shù)是所能接受的客戶(hù)機(jī)的最大數(shù)目?對(duì)SOCKET?bind?listen三個(gè)函數(shù)的綜合調(diào)用最終可在服務(wù)器上產(chǎn)生一個(gè)能接受客戶(hù)機(jī)請(qǐng)求的*文件描述符sockfd?

　　(4)acceptint accept(int sockfd,struct sockaddr*address,int*address_len)

　　當(dāng)有客戶(hù)機(jī)發(fā)出連接請(qǐng)求時(shí),此函數(shù)初始化這個(gè)連接?其中參數(shù)address用來(lái)存儲(chǔ)客戶(hù)機(jī)的信息,此信息由accept填入?當(dāng)與客戶(hù)機(jī)連接時(shí),客戶(hù)機(jī)的地址與端口將填到此處;addresslen是客戶(hù)機(jī)地址長(zhǎng)度的字節(jié)數(shù),也由accept填入?

　　(5)connectint connect(int sockfd,struct sockaddr*address,size_t address_len)

　　客戶(hù)機(jī)調(diào)用SOCKET建立傳輸端口后,接著將調(diào)用connect函數(shù)來(lái)建立與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連的連接線(xiàn)路?此函數(shù)的參數(shù)調(diào)用同bind?

　　本文設(shè)計(jì)的SOCKET通信采用server/client模式,即服務(wù)器端的應(yīng)用程序用于接受客戶(hù)端的連接請(qǐng)求?接收客戶(hù)端的信息?處理客戶(hù)端的計(jì)算請(qǐng)求?向客戶(hù)端發(fā)送計(jì)算結(jié)果以及應(yīng)答信息等?客戶(hù)端的應(yīng)用程序用于申請(qǐng)與服務(wù)器的連接?向服務(wù)器發(fā)送計(jì)算請(qǐng)求?處理服務(wù)器發(fā)回的計(jì)算結(jié)果和其它信息?

　　服務(wù)器在創(chuàng)建一個(gè)SOCKET后,接著會(huì)將該SOCKET與本地地址/端口號(hào)進(jìn)行捆綁,成功之后就在相應(yīng)的SOCKET上*,當(dāng)accpet捕捉到一個(gè)連接服務(wù)請(qǐng)求時(shí),即完成一個(gè)新的連接,稍后可向客戶(hù)端發(fā)送數(shù)據(jù)?

　　客戶(hù)端代碼相對(duì)來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單一些,首先通過(guò)服務(wù)器域名獲得其IP地址,然后創(chuàng)建一個(gè)SOCKET,接著調(diào)用connect函數(shù)來(lái)與服務(wù)器建立連接,連接成功之后再接收從服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),最后在通信結(jié)束后關(guān)閉SOCKET?

　　mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman

　　'">綜上所述,網(wǎng)絡(luò)程序客戶(hù)端和服務(wù)器端進(jìn)行SOCKET通信的建立步驟如下

　　服務(wù)器端:SOCKET →bind →listen→accept

　　客戶(hù)端:SOCKET →bind →connect

　　本設(shè)計(jì)使用的套接字為流式套接字,下面是運(yùn)行于32位微處理器S3C44B0X嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)的客戶(hù)端應(yīng)用程序:

　　#include

　　#include