基于S3C44B0X的嵌入式Socket通信設計

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通信的軟硬件平臺的設計和實(shí)現方法。

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(jìn)行兩個(gè)３２位數相乘從而直接產(chǎn)生６４位結果，也可為嵌入式ＩＣＥ硬件提供片上斷點(diǎn)和調試點(diǎn)支持。此外，它還可以提供三級流水線(xiàn)及馮•諾依曼結構。實(shí)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(luò )通信系統的硬件體系結構。

２ 外圍電路設計

作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )控制器，基于Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ處理器的系統必須要有一個(gè)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(gè)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字電路。圖２為系統中的ＣＳ８９００Ａ以太網(wǎng)接口電路。圖中的信號發(fā)送和接收端通過(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

本系統的軟件是基于嵌入式操作系統ｕＣｌｉｎｕｘ而設計的。ｕＣｌｉｎｕｘ是一個(gè)完全符合ＧＮＵ／ＧＰＬ公約的操作系統，它與ＵＮＩＸ系統兼容，其代碼完全開(kāi)放。ｕＣｌｉｎｕｘ是在標準Ｌｉｎｕｘ基礎上進(jìn)行適當裁剪和優(yōu)化后的操作系統，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的大多數優(yōu)點(diǎn)，如：穩定、良好的移植性；優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能；對各種文件系統的完備支持，以及標準豐富的ＡＰＩ等。ｕＣｌｉｎｕｘ是專(zhuān)門(mén)面向沒(méi)有存儲器管理單元（ＭＭＵ）的處理器的嵌入式操作系統，并且專(zhuān)為嵌入式系統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(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，對于嵌入式系統來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò )完備的操作系統，因此得到了廣泛的應用。

為了實(shí)現基于ｕＣｌｉｎｕｘ的應用系統的開(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?；冢酰茫欤椋睿酰僮飨到y的應用開(kāi)發(fā)環(huán)境一般由目標系統硬件開(kāi)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(hù)應用程序編譯成目前ｕＣｌｉｎｕｘ只支持的ｆｌａｔ格式的可執行文件和編譯操作系統內核。目標硬件開(kāi)發(fā)板用于運行操作系統和系統應用軟件。目標硬件開(kāi)發(fā)板和ＰＣ宿主機之間一般通過(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據報套接字兩種。在Ｌｉｎｕｘ中，分別稱(chēng)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?；冢樱常茫矗矗拢埃靥幚砥鞯那度胧剑樱铮悖耄澹敉ㄐ潘{用的主要庫函數如下：

(１)ｓｏｃｋｅｔ ｉｎｔ ｓｏｃｋｅｔ(ｉｎｔ ｄｏｍａｉｎｉｎｔ ｔｙｐｅｉｎｔ ｐｒｏｔｏ-ｃｏｌ)
此函數用來(lái)建立一個(gè)新的ｓｏｃｋｅｔ，以通知系統建立一個(gè)通信端口。函數中的ｄｏｍａｉｎ參數用于指定使用何種地址類(lèi)型；ｔｙｐｅ參數用于指定套接字類(lèi)型；ｐｒｏｔｏｃｏｌ參數通常為０，表示使用默認協(xié)議。

(２)ｂｉｎｄ ｉｎｔ ｂｉｎｄ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＊ ｍｙａｄｄｒ,ｉｎｔ ａｄｄｒｌｅｎ)
ｂｉｎｄ函數可把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參數是函數ｓｏｃｋｅｔ返回的套接字描述符；ｍｙａｄｄｒ參數是本地地址；ａｄ-ｄｒｌｅｎ參數是套接字地址結構的長(cháng)度。服務(wù)器和客戶(hù)機都可以調用函數ｂｉｎｄ來(lái)綁定套接字地址，但一般是由服務(wù)器調用函數ｂｉｎｄ來(lái)綁定自己的公認端口號。

(３)ｌｉｓｔｅｎ ｉｎｔ ｌｉｓｔｅｎ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｉｎｔ ｂａｃｋｌｏｇ)
利用該函數可以使ｓｏｃｋｅｔ端口接受從客戶(hù)機發(fā)送來(lái)的連接請求。ｂａｃｋｌｏｇ參數是所能接受的客戶(hù)機的最大數目。對ｓｏｃｋｅｔ、ｂｉｎｄ、ｌｉｓｔｅｎ三個(gè)函數的綜合調用最終可在服務(wù)器上產(chǎn)生一個(gè)能接受客戶(hù)機請求的監聽(tīng)文件描述符ｓｏｃｋｆｄ。

(４)ａｃｃｅｐｔ ｉｎｔ ａｃｃｅｐｔ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＊ａｄｄｒｅｓｓ,ｉｎｔ＊ａｄｄｒｅｓｓ_ｌｅｎ)
當有客戶(hù)機發(fā)出連接請求時(shí)，此函數初始化這個(gè)連接。其中參數ａｄｄｒｅｓｓ用來(lái)存儲客戶(hù)機的信息，此信息由ａｃｃｅｐｔ填入。當與客戶(hù)機連接時(shí)，客戶(hù)機的地址與端口將填到此處；ａｄｄｒｅｓｓ ｌｅｎ是客戶(hù)機地址長(cháng)度的字節數，也由ａｃｃｅｐｔ填入。

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

客戶(hù)機調用ｓｏｃｋｅｔ建立傳輸端口后，接著(zhù)將調用ｃｏｎｎｅｃｔ函數來(lái)建立與遠程服務(wù)器相連的連接線(xiàn)路。此函數的參數調用同ｂｉｎｄ。

本文設計的Ｓｏｃｋｅｔ通信采用ｓｅｒｖｅｒ／ｃｌｉｅｎｔ模式，即服務(wù)器端的應用程序用于接受客戶(hù)端的連接請求、接收客戶(hù)端的信息、處理客戶(hù)端的計算請求、向客戶(hù)端發(fā)送計算結果以及應答信息等?？蛻?hù)端的應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)回的計算結果和其它信息。

服務(wù)器在創(chuàng )建一個(gè)ｓｏｃｋｅｔ后，接著(zhù)會(huì )將該ｓｏｃｋｅｔ與本地地址／端口號進(jìn)行捆綁，成功之后就在相應的ｓｏｃｋｅｔ上監聽(tīng)，當ａｃｃｐｅｔ捕捉到一個(gè)連接服務(wù)請求時(shí)，即完成一個(gè)新的連接，稍后可向客戶(hù)端發(fā)送數據。
 

客戶(hù)端代碼相對來(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(zhù)調用ｃｏｎｎｅｃｔ函數來(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)的數據，最后在通信結束后關(guān)閉ｓｏｃｋｅｔ。
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(kāi)發(fā)平臺的客戶(hù)端應用程序

＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｎｅｔｄｂ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｓｙｓ／ｓｔａｔ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｆｃｎｔｌ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｓｙｓ／ｔｙｐｅｓ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ ＜ｓｙｓ／ｓｏｃｋｅｔ．ｈ＞
＃ｉｎｃｌｕｄｅ

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(yǔ)

設計開(kāi)發(fā)了基于Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ的以太網(wǎng)通信系統，并利用ｕＣｌｉｎｕｘ操作系統強大的網(wǎng)絡(luò )功能實(shí)現了Ｓｏｃｋｅｔ通信。由于ｕＣｌｉｎｕｘ目前只支持ｆｌａｔ格式的可執行文件，因此本設計是在先建立好ｕＣｌｉｎｕｘ開(kāi)發(fā)環(huán)境的情況下，把用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)的應用程序通過(guò)宿主ＰＣ機上的交叉編譯器轉化為ｆｌａｔ格式，然后再通過(guò)ＦＴＰ添加到目標硬件開(kāi)發(fā)平臺上運行的。文中的客戶(hù)端應用程序已經(jīng)在基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核的Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ處理器的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺上成功運行，并成功地和宿主ＰＣ機的服務(wù)器端應用程序實(shí)現了Ｓｏｃｋｅｔ通信。當然，也可以把目標硬件開(kāi)發(fā)平臺當作服務(wù)器端，而把宿主ＰＣ機當作客戶(hù)端來(lái)進(jìn)行雙向文件傳輸。