隨著微電子技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到科學研究?工程設計?國防軍事?自動化控制領域以及人們?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備中?

嵌入式系統(tǒng)是指將應用程序?操作系統(tǒng)與計算機硬件集成在一起的系統(tǒng)?它以應用為中心?以計算機技術為基礎，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿足應用系統(tǒng)對功能?可靠性?成本?體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)?嵌入式系統(tǒng)與通信?網(wǎng)絡技術的結合可以極大地增強網(wǎng)絡的智能化與靈活性，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（DigitalSignalProcessor）和高度集成的嵌入式SoC（SystemonChip）?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專業(yè)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(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(nèi)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

作為優(yōu)秀的網(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(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是在標準Linux基礎上進行適當裁剪和優(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)絡功能;對各種文件系統(tǒng)的完備支持，以及標準豐富的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(nèi)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?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“SOCKSTREAM”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）socketintsocket（intdomain？inttype？intproto-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）bindintbind（intsockfd，structsockaddr*myaddr，intaddrlen）

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）listenintlisten（intsockfd，intbacklog）

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)的綜合調用最終可在服務器上產(chǎn)生一個能接受客戶機請求的監(jiān)聽文件描述符sockfd?

（4）acceptintaccept（intsockfd，structsockaddr*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）connectintconnect（intsockfd，structsockaddr*address，size_taddress_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)，最后在通信結束后關閉socket?

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：

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?

責任編輯：gt