PXA270嵌入式系統(tǒng)在Socket通信的應(yīng)用

1 引言

英特爾公司于2003年底推出了性能最為強(qiáng)勁的PXA27x系列嵌入式處理器，PXA27x系列嵌入式處理器基于ARMv5E的Xscale核心，最高頻率可達(dá)624MHz.作為一款性能極其強(qiáng)勁的嵌入式處理器，配合嵌入式Linux或Wince操作系統(tǒng)，PXA270理論上可以支持任何媒體格式，并通過軟件升級(jí)，支持未來媒體格式。它最初出現(xiàn)在PDA(比如惠普HP4700)和智能手機(jī)(如MOTO E680)上。因此它的擴(kuò)展接口相當(dāng)豐富，擴(kuò)展接口有SD/SDIO/MMC、CF/PCMCIA、CMOS/CCD CAMERA、藍(lán)牙、USB1.1、OTG等。

Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API,socket接口定義了許多函數(shù)或例程，程序員可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。要學(xué)Internet上的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程，必須理解Socket接口。Socket接口設(shè)計(jì)者最先是將接口放在Unix操作系統(tǒng)里面的。如果了解Unix系統(tǒng)的輸入和輸出的話，就很容易了解Socket了。網(wǎng)絡(luò)的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O,Socket也是一種文件描述符。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為服務(wù)器端和客戶端設(shè)計(jì)兩部分，服務(wù)器端為運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的PC機(jī)，客戶端為PXA270系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中移植和構(gòu)建Linux嵌入式操作系統(tǒng)，兩者通過Switch交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)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(luò)通信可以被看作是對(duì)文件的讀取。Linux 擁有POSIX 標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，Socket()、Bind()、Sendto()、Recvfrom()等庫函數(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)客戶/ 服務(wù)器模型中數(shù)據(jù)的傳送與接收。系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要的目的是完成服務(wù)器和客戶端網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)。首先啟動(dòng)宿主機(jī)和客戶機(jī)的操作系統(tǒng)Linux,然后每個(gè)模塊加載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(xì)情況如圖1所示。

2.2 嵌入式TCP/IP協(xié)議架構(gòu)

TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)的簡(jiǎn)寫，中文譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又叫網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，這個(gè)協(xié)議是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單地說，就是由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成的。TCP/IP定義了電子設(shè)備(比如計(jì)算機(jī))如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是一個(gè)四層的分層體系結(jié)構(gòu)。高層為傳輸控制協(xié)議，它負(fù)責(zé)聚集信息或把文件拆分成更小的包。低層是網(wǎng)際協(xié)議，它處理每個(gè)包的地址部分，使這些包正確的到達(dá)目的地。

嵌入式系統(tǒng)作為TCP服務(wù)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(wù)器，處于LISTEN狀態(tài)，等待對(duì)方發(fā)起連接。當(dāng)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(rèn)收到對(duì)方的SYN,此時(shí)變?yōu)镾YN_ RECEIVED狀態(tài)。再接收到對(duì)方返回的一個(gè)包含ACK的空數(shù)據(jù)片則三次握手完成，進(jìn)入ESTABLISHED狀態(tài)，最后進(jìn)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(shí)初始化序列號(hào)，然后根據(jù)對(duì)方發(fā)包中的值來確定序列號(hào)，不記憶序列號(hào)，不能識(shí)別重復(fù)報(bào)文。嵌入式服務(wù)器僅僅在服務(wù)器端響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求，接收一個(gè)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)回答，不考慮失序問題。同時(shí)接收到TCP請(qǐng)求后，將存儲(chǔ)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(gè)數(shù)據(jù)包就能完成，也不需考慮失序問題。

因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)采用滑動(dòng)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(yīng)答，因此當(dāng)接收不到確認(rèn)包，就認(rèn)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(dāng)客戶機(jī)異常導(dǎo)致連接崩潰時(shí)，嵌入式系統(tǒng)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)被回復(fù)復(fù)位信號(hào)，回到初始狀態(tài)。嵌入式TCP/IP協(xié)議如圖2所示。

嵌入式系統(tǒng)是"控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置"(devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants)。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

3 客戶端/服務(wù)器端功能設(shè)計(jì)

在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，通信的兩個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式是客戶/服務(wù)器模式，即客戶端向服務(wù)器端發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，提供相應(yīng)的服務(wù)。客戶/服務(wù)器模式在操作過程中采取的是主動(dòng)請(qǐng)求方式。

圖2 嵌入式TCP/IP圖解

3.1 客戶端程序設(shè)計(jì)

socket是面向客戶/服務(wù)器模型而設(shè)計(jì)的，針對(duì)客戶和服務(wù)器程序提供不同的socket系統(tǒng)調(diào)用。客戶隨機(jī)申請(qǐng)一個(gè)socket(相當(dāng)于一個(gè)想打電話的人可以在任何一臺(tái)入網(wǎng)電話上撥號(hào)呼叫)，系統(tǒng)為之分配一個(gè)socket號(hào);服務(wù)器擁有全局公認(rèn)的socket,任何客戶都可以向它發(fā)出連接請(qǐng)求和信息請(qǐng)求(相當(dāng)于一個(gè)被呼叫的電話擁有一個(gè)呼叫方知道的電話號(hào)碼)。

客戶端可以向服務(wù)器端發(fā)送連接請(qǐng)求，并且客戶端也可以接收到來自服務(wù)器端發(fā)送回來的數(shù)據(jù)?？蛻舳丝梢耘袛喈?dāng)前自己的工作狀態(tài)，如連接的建立，啟動(dòng)的成功和數(shù)據(jù)包通信的個(gè)數(shù)等。客戶端程序設(shè)計(jì)主要按以下的步驟完成函數(shù)的調(diào)用：

①建立自己的Socket(并驗(yàn)證建立成功);

②啟動(dòng)連接(并驗(yàn)證建立成功);

③返回連接信息;

④接收收到的數(shù)據(jù);

⑤判斷數(shù)據(jù)的屬性。

客戶端程序設(shè)計(jì)的程序基本流程如圖3所示。

圖3 客戶端程序簡(jiǎn)單示意圖

客戶端打開通信通道，并連接到服務(wù)器所在主機(jī)的特定端口，向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文，等待并接收應(yīng)答，請(qǐng)求結(jié)束后關(guān)閉通信通道并終止通信。客戶端主要程序如下：

Int main(int argc,char *argv[])

if(argc!=3)

printf("error!!!please enter the remote IP and PORT please!!! the form like 192.168.0.* 4000");

mysocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //建立一個(gè)套接字

if(mysocket==-1)

printf("error!!! failed to created the new socket,program end here");

printf("OK-- you have successful created a socket named mysocket");

return(0); //socket 建立不成功，回初始位置

connectcheck=connect(mysocket,(struct sockaddr*)&addr_remote,sizeof(struct sockaddr));

//調(diào)用connect函數(shù)連接服務(wù)器端

if(connectcheck==-1)

printf("error!!!sorry you have failed to connect the remote server!!try again !program end here");

// connect不成功回初始位置

printf("OK-- Now you have successful connect the server,this server IP =%s,and it's PORT =%s,now you can communicat with this server!!!!!!!",argv[1],argv[2])

//打印服務(wù)器IP地址和端口號(hào)

while(1)

bzero(gotbuffer,long);

number=recv(mysocket,gotbuffer,long,0);

//調(diào)用阻塞函數(shù)

if(number==-1)

printf("error!!! some thing wrong !let you can not got the data form server,program end here");

return(0);

gotbuffer[number]='