基于嵌入式通信微處理器S3C44B0X在Socket通信系統(tǒng)中的應用

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)。

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（DigitalSignal 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，選用了Cirruslogic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。

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。

為了實現(xiàn)基于uClinux的應用系統(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？基于uClinux操作系統(tǒng)的應用開發(fā)環(huán)境一般由目標系統(tǒng)硬件開發(fā)板和宿主PC機構成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？目標硬件開發(fā)板用于運行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應用軟件？目標硬件開發(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“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 intbind（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）listenint 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*文件描述符sockfd。

（4）acceptint 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;addresslen是客戶機地址長度的字節(jié)數(shù)，也由accept填入。

（5）connectint 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。客戶端的應用程序用于申請與服務器的連接、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*，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)？

客戶端代碼相對來說要簡單一些，首先通過服務器域名獲得其IP地址，然后創(chuàng)建一個socket，接著調(diào)用connect函數(shù)來與服務器建立連接，連接成功之后再接收從服務器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，最后在通信結束后關閉socket。

mso-ascii- mso-hansi-

char buffer［256］;

struct sockaddr_in addr;

struct hostent *hp;

struct in_addr in;

struct sockaddr_in local_addr;

if （argc 《 2） return;

if（?。╤p=gethostbyname （argv［1］）））{

fprintf（stderr，＂Can＇t resolve host.n＂）;

exit （1）;

}if （（s = socket（AF_

INET，SOCK_STREAM，0）） 《0）{

perror （＂socket＂）;

exit （1）;

}

bzero （&addr，sizeof （addr））;

addr.sin_family = AF_INET;

addr.sin_port=htons（（unsigned short）atoi（argv［2］））;

hp = gethostbyname（argv［1］）;

memcpy（&local_addr.sin_addr.s_addr，hp-》h addr，4）;

in.s_addr = local_addr.sin_addr.s_addr;

printf （＂Domain Name %sn＂ argv

printf （＂IP address ：%sn＂，inet_ntoa （in））;

printf（＂%s，%sn＂，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 （＂%sn＂，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 、結束語

設計開發(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添加到目標硬件開發(fā)平臺上運行的。文中的客戶端應用程序已經(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機的服務器端應用程序?qū)崿F(xiàn)了Socket通信。當然，也可以把目標硬件開發(fā)平臺當作服務器端，而把宿主PC機當作客戶端來進行雙向文件傳輸。