基于S3C44B0X的嵌入式Socket通信實現(xiàn)

出處：毛毛貓發(fā)布于：2011-06-21 08:51:51

　　嵌入式系統(tǒng)是"控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置"（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能，對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

　　本文給出一種適合于中/低端應用的通信平臺設計方案，它可支持Ethernet網(wǎng)絡之間的數(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)絡通信系統(tǒng)結構

　　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。嵌入式外圍設備。嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應用軟件等幾大部分組成。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的部件，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的應用場合才考慮使用，它可方便嵌入式應用軟件的設計，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。嵌入式應用軟件和普通的應用軟件有一定的區(qū)別，它是針對特定的實際領域。基于相應的嵌入式硬件平臺。能完成用戶預期任務的計算機軟件。

　　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?它支持片上調試，允許處理器響應調試請求暫停，芯片內的增強型乘法器（multiplier）可進行兩個32位數(shù)相乘從而直接產(chǎn)生64位結果，也可為嵌入式ICE硬件提供片上斷點和調試點支持。此外，它還可以提供三級流水線及馮。諾依曼結構。實際上，S3C44B0X已在ARM7TDMI內容基礎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)絡通信系統(tǒng)的硬件體系結構。

　　2 外圍電路設計

　　作為的網(wǎng)絡控制器，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Cirruslogic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

　　uclinux表示micro-control linux.即"微控制器領域中的Linux系統(tǒng)",是Lineo公司的主打產(chǎn)品，同時也是開放源碼的嵌入式Linux的典范之作。uCLinux主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元MMU（Memory Management Unit）的嵌入式系統(tǒng)而設計的。它已經(jīng)被成功地移植到了很多平臺上。由于沒有MMU,其多任務的實現(xiàn)需要一定技巧。

　　uCLinux是一種的嵌入式Linux版本，是micro-Conrol-Linux的縮寫。它秉承了標準Linux的優(yōu)良特性，經(jīng)過各方面的小型化改造，形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux.雖然它的體積很小，卻仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、的網(wǎng)絡功能、對各種文件系統(tǒng)完備的支持和標準豐富的API.它專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作，目前已支持多款CPU. 其編譯后目標文件可控制在幾百KB數(shù)量級，并已經(jīng)被成功地移植到很多平臺上。

　　本系統(tǒng)的軟件是基于嵌入式操作系統(tǒng)uClinux而設計的。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)絡協(xié)議，對于嵌入式系統(tǒng)來說，它是一個網(wǎng)絡完備的操作系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應用。

　　為了實現(xiàn)基于uClinux的應用系統(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)的應用開發(fā)環(huán)境一般由目標系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機構成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)內核。目標硬件開發(fā)板用于運行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應用軟件。目標硬件開發(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)絡通信進程的ID?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"SOCKDGRAM"?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通信所要調用的主要庫函數(shù)如下：

　　（1）socketint 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)絡上的物理位置相關聯(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)是套接字地址結構的長度。服務器和客戶機都可以調用函數(shù)bind來綁定套接字地址，但一般是由服務器調用函數(shù)bind來綁定自己的公認端口號。

　　（3）listenint 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數(shù)目。對socket?bind?listen三個函數(shù)的綜合調用終可在服務器上產(chǎn)生一個能接受客戶機請求的監(jiān)聽文件描述符sockfd?

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

　　當有客戶機發(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。當與客戶機連接時，客戶機的地址與端口將填到此處；addresslen是客戶機地址長度的字節(jié)數(shù)，也由accept填入。

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

　　客戶機調用socket建立傳輸端口后，接著將調用connect函數(shù)來建立與遠程服務器相連的連接線路。此函數(shù)的參數(shù)調用同bind。

　　本文設計的Socket通信采用server/client模式，即服務器端的應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)送計算結果以及應答信息等。客戶端的應用程序用于申請與服務器的連接。向服務器發(fā)送計算請求。處理服務器發(fā)回的計算結果和其它信息。

　　服務器在創(chuàng)建一個socket后，接著會將該socket與本地地址/端口號進行捆綁，成功之后就在相應的socket上監(jiān)聽，當accpet捕捉到一個連接服務請求時，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，首先通過服務器域名獲得其IP地址，然后創(chuàng)建一個socket,接著調用connect函數(shù)來與服務器建立連接，連接成功之后再接收從服務器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，在通信結束后關閉socket?

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

　　'">綜上所述，網(wǎng)絡程序客戶端和服務器端進行Socket通信的建立步驟如下

　　服務器端：socket →bind →listen→accept

　　客戶端：socket →bind →connect

　　本設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)平臺的客戶端應用程序：

　　#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（！（hp=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 結束語

　　設計開發(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)的應用程序通過宿主PC機上的交叉編譯器轉化為flat格式，然后再通過FTP添加到目標硬件開發(fā)平臺上運行的。文中的客戶端應用程序已經(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機的服務器端應用程序實現(xiàn)了Socket通信。當然，也可以把目標硬件開發(fā)平臺當作服務器端，而把宿主PC機當作客戶端來進行雙向文件傳輸。