基于PXA270嵌入式系統(tǒng)的Socket通信設計

1 引言
PXA270 是Intel 公司的一款基于XScale 架構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，優(yōu)化了處理器的功耗，可以動態(tài)調(diào)節(jié) CPU 的電壓和頻率來節(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)絡層的API，定義了許多函數(shù)和例程，可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡層的應用程序。網(wǎng)絡的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，具有一個類似于打開文件的函數(shù)調(diào)用Socket（），該函數(shù)返回一個整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^該Socket實現(xiàn)的。
2 系統(tǒng)設計
系統(tǒng)的設計分為服務器端和客戶端設計兩部分，服務器端為運行Linux操作系統(tǒng)的PC機，客戶端為PXA270系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中移植和構建Linux嵌入式操作系統(tǒng)，兩者通過Switch交換機進行網(wǎng)絡通信。
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)絡通信可以被看作是對文件的讀取。Linux 擁有POSIX 標準庫函數(shù)，Socket（）、Bind（）、Sendto（）、Recvfrom（）等庫函數(shù)可以方便地實現(xiàn)客戶/ 服務器模型中數(shù)據(jù)的傳送與接收。系統(tǒng)設計主要的目的是完成服務器和客戶端網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)。首先啟動宿主機和客戶機的操作系統(tǒng)Linux，然后每個模塊加載網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序，最后通過TCP/IP協(xié)議建立雙方的通信鏈路，完成Socket通信，詳細情況如圖1所示。
2.2 嵌入式TCP/IP協(xié)議架構
嵌入式系統(tǒng)作為TCP服務器，在三次握手建立連接的過程中，嵌入式系統(tǒng)作為監(jiān)聽狀態(tài)的服務器，處于LISTEN狀態(tài)，等待對方發(fā)起連接。當它接收到SYN數(shù)據(jù)片，立即發(fā)出SYN+ACK的數(shù)據(jù)片確認收到對方的SYN，此時變?yōu)镾YN_ RECEIVED狀態(tài)。再接收到對方返回的一個包含ACK的空數(shù)據(jù)片則三次握手完成，進入ESTABLISHED狀態(tài)，最后進行TCP數(shù)據(jù)通訊。

圖1 系統(tǒng)的原理示意圖
嵌入式系統(tǒng)建立連接時初始化序列號，然后根據(jù)對方發(fā)包中的值來確定序列號，不記憶序列號，不能識別重復報文。嵌入式服務器僅僅在服務器端響應客戶端的請求，接收一個發(fā)送一個確認回答，不考慮失序問題。同時接收到TCP請求后，將存儲于發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)立即發(fā)送即可，只需一個數(shù)據(jù)包就能完成，也不需考慮失序問題。
因為嵌入式系統(tǒng)采用滑動窗口為1的傳輸方式，即發(fā)送一次數(shù)據(jù)包就等待返回應答，因此當接收不到確認包，就認為自己發(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，當客戶機異常導致連接崩潰時，嵌入式系統(tǒng)發(fā)數(shù)據(jù)時會被回復復位信號，回到初始狀態(tài)。嵌入式TCP/IP協(xié)議如圖2所示。
3 客戶端/服務器端功能設計
在TCP/IP網(wǎng)絡中，通信的兩個進程間相互作用的主要模式是客戶/服務器模式，即客戶端向服務器端發(fā)出服務請求，服務器接收到請求后，提供相應的服務。客戶/服務器模式在操作過程中采取的是主動請求方式。

圖2 嵌入式TCP/IP圖解