基于S3C44B0X的嵌入式Socket通信設計

隨著(zhù)微電子技術(shù)的不斷創(chuàng )新和發(fā)展，嵌入式系統已經(jīng)廣泛滲透到科學(xué)研究、工程設計、國防軍事、自動(dòng)化控制領(lǐng)域以及人們日常生活的方方面面。由嵌入式微控制器組成的系統其最明顯的優(yōu)勢就是可以嵌入到任何微型或小型儀器和設備中。

嵌入式系統是指將應用程序、操作系統與計算機硬件集成在一起的系統。它以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿(mǎn)足應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統１。嵌入式系統與通信、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結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(shí)現各種通信系統之間的互聯(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(luò )之間的數據傳輸，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(shí)現了嵌入式ｓｏｃｋｅｔ通信。

１ 嵌入式網(wǎng)絡(luò )通信系統結構

作為一類(lèi)特殊的計算機系統， 嵌入式系統通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統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）。嵌入式外圍設備是指嵌入式硬件系統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。嵌入式操作系統一般在比較大型或需要多任務(wù)的應用場(chǎng)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的功能，但同時(shí)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別，它是針對特定的實(shí)際專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域、基于相應的嵌入式硬件平臺、能完成用戶(hù)預期任務(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(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。

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。

; 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?；冢螅常悖矗矗猓埃幚砥鞯那度胧剑螅铮悖耄澹敉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。