基于S3C44B0X的嵌入式Socket通信設(shè)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處理器來進行Ｓｏｃｋｅｔ通信的軟硬件平臺的設(shè)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(diào)試，允許處理器響應(yīng)調(diào)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(jié)果，也可為嵌入式ＩＣＥ硬件提供片上斷點和調(diào)試點支持。此外，它還可以提供三級流水線及馮•諾依曼結(jié)構(gòu)。實際上，Ｓ３Ｃ４４Ｂ０Ｘ已在ＡＲＭ７ＴＤＭＩ內(nèi)容基礎(chǔ)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(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)。

２ 外圍電路設(shè)計

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(biāo)準(zhǔn)Ｌｉｎｕｘ基礎(chǔ)上進行適當(dāng)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(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(luò)協(xié)議，對于嵌入式系統(tǒng)來說，它是一個網(wǎng)絡(luò)完備的操作系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)基于ｕＣｌｉｎｕｘ的應(yīng)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?；冢酰茫欤椋睿酰僮飨到y(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機構(gòu)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(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“ＳＯＣＫ ＳＴＲＥＡＭ”和“ＳＯＣＫ ＤＧＲＡＭ”。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)ｓｏｃｋｅｔ ｉｎｔ ｓｏｃｋｅｔ(ｉｎｔ ｄｏｍａｉｎｉｎｔ ｔｙｐｅｉｎｔ ｐｒｏｔｏ-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(rèn)協(xié)議。

(２)ｂｉｎｄ ｉｎｔ ｂｉｎｄ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＊ ｍｙａｄｄｒ,ｉｎｔ ａｄｄｒｌｅｎ)
ｂｉｎｄ函數(shù)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(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(jié)構(gòu)的長度。服務(wù)器和客戶機都可以調(diào)用函數(shù)ｂｉｎｄ來綁定套接字地址，但一般是由服務(wù)器調(diào)用函數(shù)ｂｉｎｄ來綁定自己的公認(rèn)端口號。

(３)ｌｉｓｔｅｎ ｉｎｔ ｌｉｓｔｅｎ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｉｎｔ ｂａｃｋｌｏｇ)
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(diào)用最終可在服務(wù)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)ａｃｃｅｐｔ ｉｎｔ ａｃｃｅｐｔ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＊ａｄｄｒｅｓｓ,ｉｎｔ＊ａｄｄｒｅｓｓ_ｌｅｎ)
當(dāng)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(dāng)與客戶機連接時，客戶機的地址與端口將填到此處；ａｄｄｒｅｓｓ ｌｅｎ是客戶機地址長度的字節(jié)數(shù)，也由ａｃｃｅｐｔ填入。

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

客戶機調(diào)用ｓｏｃｋｅｔ建立傳輸端口后，接著將調(diào)用ｃｏｎｎｅｃｔ函數(shù)來建立與遠(yuǎn)程服務(wù)器相連的連接線路。此函數(shù)的參數(shù)調(diào)用同ｂｉｎｄ。

本文設(shè)計的Ｓｏｃｋｅｔ通信采用ｓｅｒｖｅｒ／ｃｌｉｅｎｔ模式，即服務(wù)器端的應(yīng)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(jié)果以及應(yīng)答信息等?？蛻舳说膽?yīng)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(jié)果和其它信息。

服務(wù)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(yīng)的ｓｏｃｋｅｔ上監(jiān)聽，當(dāng)ａｃｃｐｅｔ捕捉到一個連接服務(wù)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(wù)器域名獲得其ＩＰ地址，然后創(chuàng)建一個ｓｏｃｋｅｔ，接著調(diào)用ｃｏｎｎｅｃｔ函數(shù)來與服務(wù)器建立連接，連接成功之后再接收從服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，最后在通信結(jié)束后關(guān)閉ｓｏｃｋｅｔ。
綜上所述，網(wǎng)絡(luò)程序客戶端和服務(wù)器端進行Ｓｏｃｋｅｔ通信的建立步驟如下
服務(wù)器端：ｓｏｃｋｅｔ →ｂｉｎｄ →ｌｉｓｔｅｎ→ａｃｃｅｐｔ
客戶端：ｓｏｃｋｅｔ →ｂｉｎｄ →ｃｏｎｎｅｃｔ
本設(shè)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(yīng)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(jié)束語

設(shè)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(luò)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(shè)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(yīng)用程序通過宿主ＰＣ機上的交叉編譯器轉(zhuǎn)化為ｆｌａｔ格式，然后再通過ＦＴＰ添加到目標(biāo)硬件開發(fā)平臺上運行的。文中的客戶端應(yīng)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(wù)器端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了Ｓｏｃｋｅｔ通信。當(dāng)然，也可以把目標(biāo)硬件開發(fā)平臺當(dāng)作服務(wù)器端，而把宿主ＰＣ機當(dāng)作客戶端來進行雙向文件傳輸。