基于S3C44B0X和uClinux的Socket通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)是指將應(yīng)用程序操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)它以應(yīng)用為中心以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),而且軟硬件可以裁剪,因而是能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能可靠性成本體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

本文給出一種適合于中/低端應(yīng)用的通信平臺設(shè)計(jì)方案,它可支持Ethernet網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸,并且具有RS232RS485 USB等接口

文中圍繞嵌入式uClinux環(huán)境設(shè)計(jì)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(xiàn)了嵌入式Socket通信

1 嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

作為一類特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器嵌入式外圍設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)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(DigitalSignal Processor)和高度集成的嵌入式SoC(System on Chip)嵌入式外圍設(shè)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(hù)調(diào)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(wù)的應(yīng)用場合才考慮使用,它可方便嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì),大大提高嵌入式系統(tǒng)的功能,但同時(shí)也要占用寶貴的嵌入式資源嵌入式應(yīng)用軟件和普通的應(yīng)用軟件有一定的區(qū)別,它是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺能完成用戶預(yù)期任務(wù)的計(jì)算機(jī)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(jìn)行Socket通信的軟硬件平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法

S3C44B0X是高性價(jià)比高性能的微控制器,它采用ARM7TDMI核,可工作在66MHzARM7TDMI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(diào)試,允許處理器響應(yīng)調(diào)試請求暫停,芯片內(nèi)的增強(qiáng)型乘法器(multiplier)可進(jìn)行兩個(gè)32位數(shù)相乘從而直接產(chǎn)生64位結(jié)果,也可為嵌入式ICE硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持此外,它還可以提供三級流水線及馮?諾依曼結(jié)構(gòu)實(shí)際上,S3C44B0X已在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)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(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)

2 外圍電路設(shè)計(jì)

作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)控制器,基于S3C44B0X處理器的系統(tǒng)必須要有一個(gè)與之匹配的控制芯片這里,筆者選用了Cirruslogic公司的CS8900ACS8900A是一個(gè)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(luò)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(gè)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(shè)計(jì)的uClinux是一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)裁剪和優(yōu)化后的操作系統(tǒng),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(shù)優(yōu)點(diǎn),如:穩(wěn)定良好的移植性;優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能;對各種文件系統(tǒng)的完備支持,以及標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行,也可以加載到內(nèi)存中運(yùn)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(tǒng)來說,它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)完備的操
作系統(tǒng),因此得到了廣泛的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)基于uClinux的應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),建立或擁有一個(gè)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(yīng)用開發(fā)環(huán)境一般由目標(biāo)系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機(jī)構(gòu)成3通常需在安裝有Linux的宿主PC機(jī)上安裝交叉編譯器,以把用戶應(yīng)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(biāo)硬件開發(fā)板用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件目標(biāo)硬件開發(fā)板和PC宿主機(jī)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(luò)通信進(jìn)程的ID最常用的有流式套接字和數(shù)據(jù)報(bào)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(diào)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(gè)新的socket,以通知系統(tǒng)建立一個(gè)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(rèn)協(xié)議