基于PXA270嵌入式系統(tǒng)的Socket通信設(shè)計(jì)

1 引言
PXA270 是Intel 公司的一款基于XScale 架構(gòu)的高集成度高性能嵌入式處理器，采用ARMv5TE內(nèi)核，包含了Intel的SpeedStep 技術(shù)，優(yōu)化了處理器的功耗，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) CPU 的電壓和頻率來(lái)節(jié)省電源的功耗。支持多種嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks等。
Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層的API，定義了許多函數(shù)和例程，可以用它們來(lái)開(kāi)發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層的應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，具有一個(gè)類似于打開(kāi)文件的函數(shù)調(diào)用Socket（），該函數(shù)返回一個(gè)整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^(guò)該Socket實(shí)現(xiàn)的。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為服務(wù)器端和客戶端設(shè)計(jì)兩部分，服務(wù)器端為運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的PC機(jī)，客戶端為PXA270系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中移植和構(gòu)建Linux嵌入式操作系統(tǒng)，兩者通過(guò)Switch交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。
2.1 系統(tǒng)工作原理
在Linux 操作系統(tǒng)中，Socket 屬于文件系統(tǒng)的一部分，網(wǎng)絡(luò)通信可以被看作是對(duì)文件的讀取。Linux 擁有POSIX 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，Socket（）、Bind（）、Sendto（）、Recvfrom（）等庫(kù)函數(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)客戶/ 服務(wù)器模型中數(shù)據(jù)的傳送與接收。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要的目的是完成服務(wù)器和客戶端網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)。首先啟動(dòng)宿主機(jī)和客戶機(jī)的操作系統(tǒng)Linux，然后每個(gè)模塊加載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，最后通過(guò)TCP/IP協(xié)議建立雙方的通信鏈路，完成Socket通信，詳細(xì)情況如圖1所示。
2.2 嵌入式TCP/IP協(xié)議架構(gòu)
嵌入式系統(tǒng)作為T(mén)CP服務(wù)器，在三次握手建立連接的過(guò)程中，嵌入式系統(tǒng)作為監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)的服務(wù)器，處于LISTEN狀態(tài)，等待對(duì)方發(fā)起連接。當(dāng)它接收到SYN數(shù)據(jù)片，立即發(fā)出SYN+ACK的數(shù)據(jù)片確認(rèn)收到對(duì)方的SYN，此時(shí)變?yōu)镾YN_ RECEIVED狀態(tài)。再接收到對(duì)方返回的一個(gè)包含ACK的空數(shù)據(jù)片則三次握手完成，進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，最后進(jìn)行TCP數(shù)據(jù)通訊。

圖1 系統(tǒng)的原理示意圖
嵌入式系統(tǒng)建立連接時(shí)初始化序列號(hào)，然后根據(jù)對(duì)方發(fā)包中的值來(lái)確定序列號(hào)，不記憶序列號(hào)，不能識(shí)別重復(fù)報(bào)文。嵌入式服務(wù)器僅僅在服務(wù)器端響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求，接收一個(gè)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)回答，不考慮失序問(wèn)題。同時(shí)接收到TCP請(qǐng)求后，將存儲(chǔ)于發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)立即發(fā)送即可，只需一個(gè)數(shù)據(jù)包就能完成，也不需考慮失序問(wèn)題。
因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)采用滑動(dòng)窗口為1的傳輸方式，即發(fā)送一次數(shù)據(jù)包就等待返回應(yīng)答，因此當(dāng)接收不到確認(rèn)包，就認(rèn)為自己發(fā)送的包丟失，直接發(fā)送上次發(fā)送的數(shù)據(jù)。TCP的連接中，當(dāng)客戶機(jī)異常導(dǎo)致連接崩潰時(shí)，嵌入式系統(tǒng)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)被回復(fù)復(fù)位信號(hào)，回到初始狀態(tài)。嵌入式TCP/IP協(xié)議如圖2所示。
3 客戶端/服務(wù)器端功能設(shè)計(jì)
在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，通信的兩個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式是客戶/服務(wù)器模式，即客戶端向服務(wù)器端發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，提供相應(yīng)的服務(wù)?？蛻?服務(wù)器模式在操作過(guò)程中采取的是主動(dòng)請(qǐng)求方式。

圖2 嵌入式TCP/IP圖解