基于S3C44B0X的嵌入式Socket通信設計

隨著微電子技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到科學研究、工程設計、國防軍事、自動化控制領域以及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。由嵌入式微控制器組成的系統(tǒng)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(tǒng)是指將應用程序、操作系統(tǒng)與計算機硬件集成在一起的系統(tǒng)。它以應用為中心、以計算機技術為基礎，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿足應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)１。嵌入式系統(tǒng)與通信、網(wǎng)絡技術的結合可以極大地增強網(wǎng)絡的智能化與靈活性，拓展通信功能，從而實現(xiàn)各種通信系統(tǒng)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)絡之間的數(shù)據(jù)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，從而實現(xiàn)了嵌入式ｓｏｃｋｅｔ通信。

１ 嵌入式網(wǎng)絡通信系統(tǒng)結構

作為一類特殊的計算機系統(tǒng)， 嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統(tǒng)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(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（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(tǒng)中除中心控制部件以外的存儲、通信、保護、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的應用場合才考慮使用，它可方便嵌入式應用軟件的設計，大大提高嵌入式系統(tǒng)的功能，但同時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(qū)別，它是針對特定的實際專業(yè)領域、基于相應的嵌入式硬件平臺、能完成用戶預期任務的計算機軟件。

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處理器來進行ｓｏｃｋｅｔ通信的軟硬件平臺的設計和實現(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?諾依曼結構。實際上，ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ已在ａｒｍ７ｔｄｍｉ內(nèi)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)絡通信系統(tǒng)的硬件體系結構。

２ 外圍電路設計

作為優(yōu)秀的網(wǎng)絡控制器，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。

本系統(tǒng)的軟件是基于嵌入式操作系統(tǒng)ｕｃｌｉｎｕｘ而設計的。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是在標準ｌｉｎｕｘ基礎上進行適當裁剪和優(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)絡功能；對各種文件系統(tǒng)的完備支持，以及標準豐富的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)絡協(xié)議，對于嵌入式系統(tǒng)來說，它是一個網(wǎng)絡完備的操作系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應用。

; ｓｏｃｋｅｔ即“套接字”，表示網(wǎng)絡通信進程的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)?；冢螅常悖矗矗猓埃幚砥鞯那度胧剑螅铮悖耄澹敉ㄐ潘{(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)絡上的物理位置相關聯(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)是套接字地址結構的長度。服務器和客戶機都可以調(diào)用函數(shù)ｂｉｎｄ來綁定套接字地址，但一般是由服務器調(diào)用函數(shù)ｂｉｎｄ來綁定自己的公認端口號。 (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)來建立與遠程服務器相連的連接線路。此函數(shù)的參數(shù)調(diào)用同ｂｉｎｄ。

本文設計的ｓｏｃｋｅｔ通信采用ｓｅｒｖｅｒ／ｃｌｉｅｎｔ模式，即服務器端的應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)送計算結果以及應答信息等?？蛻舳说膽贸绦蛴糜谏暾埮c服務器的連接、向服務器發(fā)送計算請求、處理服務器發(fā)回的計算結果和其它信息。

服務器在創(chuàng)建一個ｓｏｃｋｅｔ后，接著會將該ｓｏｃｋｅｔ與本地地址／端口號進行捆綁，成功之后就在相應的ｓｏｃｋｅｔ上監(jiān)聽，當ａｃｃｐｅｔ捕捉到一個連接服務請求時，即完成一個新的連接，稍后可向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。