隨著微電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到科學(xué)研究?工程設(shè)計?國防軍事?自動化控制領(lǐng)域以及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?由嵌入式微控制器組成的系統(tǒng)其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到任何微型或小型儀器和設(shè)備中?

嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序?操作系統(tǒng)與計算機硬件集成在一起的系統(tǒng)?它以應(yīng)用為中心?以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能?可靠性?成本?體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)？1？?嵌入式系統(tǒng)與通信?網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合可以極大地增強網(wǎng)絡(luò)的智能化與靈活性，拓展通信功能，從而實現(xiàn)各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通?本文給出一種適合于中/低端應(yīng)用的通信平臺設(shè)計方案，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)計了基于嵌入式通信微處理器S3C44B0X的硬件通信平臺，從而實現(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)

作為一類特殊的計算機系統(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（Digital Signal 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?通信?保護?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)用場合才考慮使用，它可方便嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計，大大提高嵌入式系統(tǒng)的功能，但同時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，它是針對特定的實際專業(yè)領(lǐng)域?基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺?能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計算機軟件?

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處理器來進行Socket通信的軟硬件平臺的設(shè)計和實現(xiàn)方法?

S3C44B0X是高性價比?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)試請求暫停，芯片內(nèi)的增強型乘法器（multiplier）可進行兩個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硬件提供片上斷點和調(diào)試點支持?此外，它還可以提供三級流水線及馮？諾依曼結(jié)構(gòu)?實際上，S3C44B0X已在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴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

作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)控制器，基于S3C44B0X處理器的系統(tǒng)必須要有一個與之匹配的控制芯片?這里，筆者選用了Cirrus logic公司的CS8900A?CS8900A是一個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?圖中的信號發(fā)送和接收端通過網(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)計的?uClinux是一個完全符合GNU/GPL公約的操作系統(tǒng)，它與UNIX系統(tǒng)兼容，其代碼完全開放?uClinux是在標(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上進行適當(dāng)裁剪和優(yōu)化后的操作系統(tǒng)，uClinux是一個高度優(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，如：穩(wěn)定?良好的移植性;優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能;對各種文件系統(tǒng)的完備支持，以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等?uClinux是專門面向沒有存儲器管理單元（MMU）的處理器的嵌入式操作系統(tǒng)，并且專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化工作，它可以直接在Flash上運行，也可以加載到內(nèi)存中運行?u-Cliunx帶有一個完整的TCP/IP協(xié)議，同時也支持其他許多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對于嵌入式系統(tǒng)來說，它是一個網(wǎng)絡(luò)完備的操作系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應(yīng)用?

為了實現(xiàn)基于uClinux的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，建立或擁有一個完備的uCliunx開發(fā)環(huán)境是十分必要的?基于uClinux操作系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般由目標(biāo)系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機構(gòu)成？3？?通常需在安裝有Linux的宿主PC機上安裝交叉編譯器，以把用戶應(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)硬件開發(fā)板用于運行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件?目標(biāo)硬件開發(fā)板和PC宿主機之間一般通過串口?并口或以太網(wǎng)接口來建立連接?本文Socket通信使用的軟件開發(fā)及仿真環(huán)境如圖3所示?

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

（1）socket int socket（int domain int type int proto-col）

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

（2）bind int bind（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)的長度?服務(wù)器和客戶機都可以調(diào)用函數(shù)bind來綁定套接字地址，但一般是由服務(wù)器調(diào)用函數(shù)bind來綁定自己的公認(rèn)端口號?

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

利用該函數(shù)可以使socket端口接受從客戶機發(fā)送來的連接請求?backlog參數(shù)是所能接受的客戶機的最大數(shù)目?對socket?bind?listen三個函數(shù)的綜合調(diào)用最終可在服務(wù)器上產(chǎn)生一個能接受客戶機請求的監(jiān)聽文件描述符sockfd?

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

當(dāng)有客戶機發(fā)出連接請求時，此函數(shù)初始化這個連接?其中參數(shù)address用來存儲客戶機的信息，此信息由accept填入?當(dāng)與客戶機連接時，客戶機的地址與端口將填到此處;address len是客戶機地址長度的字節(jié)數(shù)，也由accept填入?

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

客戶機調(diào)用socket建立傳輸端口后，接著將調(diào)用connect函數(shù)來建立與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連的連接線路?此函數(shù)的參數(shù)調(diào)用同bind?

本文設(shè)計的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端的連接請求?接收客戶端的信息?處理客戶端的計算請求?向客戶端發(fā)送計算結(jié)果以及應(yīng)答信息等?客戶端的應(yīng)用程序用于申請與服務(wù)器的連接?向服務(wù)器發(fā)送計算請求?處理服務(wù)器發(fā)回的計算結(jié)果和其它信息?

服務(wù)器在創(chuàng)建一個socket后，接著會將該socket與本地地址/端口號進行捆綁，成功之后就在相應(yīng)的socket上監(jiān)聽，當(dāng)accpet捕捉到一個連接服務(wù)請求時，即完成一個新的連接，稍后可向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)?

客戶端代碼相對來說要簡單一些，首先通過服務(wù)器域名獲得其IP地址，然后創(chuàng)建一個socket，接著調(diào)用connect函數(shù)來與服務(wù)器建立連接，連接成功之后再接收從服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，最后在通信結(jié)束后關(guān)閉socket?

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)程序客戶端和服務(wù)器端進行Socket通信的建立步驟如下

服務(wù)器端：socket →bind →listen→accept

客戶端：socket →bind →connect

本設(shè)計使用的套接字為流式套接字，下面是運行于32位微處理器S3C44B0X嵌入式開發(fā)平臺的客戶端應(yīng)用程序

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main（int argc，char *argv［］）

{

int s;

char buffer［256］;

struct sockaddr_in addr;

struct hostent *hp;

struct in_addr in;

struct sockaddr_in local_addr;

if （argc 《 2） return;

if（?。╤p=gethostbyname （argv［1］）））{

fprintf（stderr，＂Can＇t resolve host.\n＂）;

exit （1）;

}

if （（s = socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）） 《0）{

perror （＂socket＂）;

exit （1）;

}

bzero （&addr，sizeof （addr））;

addr.sin_family = AF_INET;

addr.sin_port=htons（（unsigned short）atoi（argv［2］））;

hp = gethostbyname（argv［1］）;

memcpy（&local_addr.sin_addr.s_addr，hp-》h addr，4）;

in.s_addr = local_addr.sin_addr.s_addr;

printf （＂Domain Name %s\n＂argv

printf （＂IP address ：%s\n＂，inet_ntoa （in））;

printf（＂%s，%s\n＂，hp-》h_name，argv［2］）;

addr.sin_addr.s_addr=inet_addr（hp-》h_name）;

if connect（s，（struct sockaddr *）&addr，sizeof （addr））《0）{

perror （＂connect＂）;

exit （1）;

}

recv （s，buffer，sizeof （buffer），0）;

printf （＂%s\n＂，buffer）;

while（1）;

bzero（buffer，sizeof （buffer））;

read （STDIN_FILENO，buffer，sizeof（buffer））;

if （send （s，buffer，sizeof （buffer），0）《0）{

perror （＂send＂）;

exit （1）;

}

}

}

4 結(jié)束語

設(shè)計開發(fā)了基于S3C44B0X的以太網(wǎng)通信系統(tǒng)，并利用uClinux操作系統(tǒng)強大的網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)了Socket通信?由于uClinux目前只支持flat格式的可執(zhí)行文件，因此本設(shè)計是在先建立好uClinux開發(fā)環(huán)境的情況下，把用戶自行開發(fā)的應(yīng)用程序通過宿主PC機上的交叉編譯器轉(zhuǎn)化為flat格式，然后再通過FTP添加到目標(biāo)硬件開發(fā)平臺上運行的?文中的客戶端應(yīng)用程序已經(jīng)在基于ARM7TDMI核的S3C44B0X處理器的嵌入式開發(fā)平臺上成功運行，并成功地和宿主PC機的服務(wù)器端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了Socket通信?當(dāng)然，也可以把目標(biāo)硬件開發(fā)平臺當(dāng)作服務(wù)器端，而把宿主PC機當(dāng)作客戶端來進行雙向文件傳輸?

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