【正文】 員有豐富的硬件知識(shí)，又需要發(fā)展先進(jìn)嵌入式軟件技術(shù)，如 Java、Web 和 WAP 等。傳統(tǒng)的單片機(jī)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)支持不足，而新一代的嵌入式處理器已經(jīng)開始內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)接口，除了支持 TCP/IP 協(xié)議，還有的支持IEEE139USB、CAN、Bluetooth 或 IrDA 通信接口中的一種或者幾種，同時(shí)也需要提供相應(yīng)的通信組網(wǎng)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動(dòng)軟件。這就要求芯片設(shè)計(jì)廠商在芯片上集成更多的功能，為了滿足應(yīng)用功能的升級(jí)，設(shè)計(jì)師們一方面采用更強(qiáng)大的嵌入式處理器如 32 位、64 位 RISC 芯片或信號(hào)處理器 DSP 增強(qiáng)處理能力，同時(shí)增加功能接口，如 USB，擴(kuò)展總線類型，如CAN BUS，加強(qiáng)對(duì)多媒體、圖形等的處理，逐步實(shí)施片上系統(tǒng)(SOC)的概念?！　∧壳昂芏鄰S商已經(jīng)充分考慮到這一點(diǎn)，在主推系統(tǒng)的同時(shí)，將開發(fā)環(huán)境也作為重點(diǎn)推廣。嵌入系統(tǒng)是一個(gè)片上系統(tǒng)，應(yīng)用空間巨大，在各個(gè)方面都可以應(yīng)用，比如工業(yè)控制領(lǐng)域、消費(fèi)電子、移動(dòng)通訊等，都得到了廣泛的使用?；?ARM7TDMI 的嵌入式芯片，在指令設(shè)計(jì)上使用是精簡(jiǎn)指令集，執(zhí)行效率高；使用三級(jí)流水技術(shù)，大大增強(qiáng)了嵌入式產(chǎn)品的性能 [1]。比如我們使用的手機(jī)產(chǎn)品，用戶有各種各樣的需求，有的看重的是移動(dòng)功能，有的看中的是娛樂功能，還有的看中的是導(dǎo)航功能。嵌入式系統(tǒng)的基本技術(shù)仍然是計(jì)算機(jī)技術(shù)，包含軟件、硬件、操作系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)上，編寫應(yīng)用程序，調(diào)用系統(tǒng)的 Socket 通信函數(shù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和客戶端的通信。論文就是以 ARM7 TDMI 為嵌入式開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的嵌入式終端。隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)和生活中廣泛要求嵌入式系統(tǒng)終端能夠完成網(wǎng)絡(luò)通訊功能。裁剪和定制系統(tǒng)后，構(gòu)建相關(guān)的文件系統(tǒng)。嵌入式產(chǎn)品是面向應(yīng)用的，應(yīng)用的需求推動(dòng)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）以需求為目標(biāo)：嵌入式產(chǎn)品沒有統(tǒng)一的要求，在開發(fā)過程中，它主要是解決用戶的需求問題的。（2）運(yùn)行高效，節(jié)約資源：嵌入式系統(tǒng)要求運(yùn)行速度快，具有很高的執(zhí)行效率。只有做到這一點(diǎn)，嵌入式產(chǎn)品才會(huì)有更大的應(yīng)用空間和應(yīng)用市場(chǎng)。 　　　第 2 頁（1）嵌入式開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，因此要求嵌入式系統(tǒng)廠商不僅要提供嵌入式軟硬件系統(tǒng)本身，同時(shí)還需要提供強(qiáng)大的硬件開發(fā)工具和軟件包支持?！?（2）網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求隨著因特網(wǎng)技術(shù)的成熟、帶寬的提高日益提高，使得以往單一功能的設(shè)備如電話、手機(jī)、冰箱、微波爐等功能不再單一，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜?！　∥磥淼那度胧皆O(shè)備為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，必然要求硬件上提供各種網(wǎng)絡(luò)通信接口?！　∥磥淼那度胧疆a(chǎn)品是軟硬件緊密結(jié)合的設(shè)備，為了減低功耗和成本，需要設(shè)計(jì)者盡量精簡(jiǎn)系統(tǒng)內(nèi)核，只保留和系統(tǒng)功能緊密相關(guān)的軟硬件，利用最低的資源實(shí)現(xiàn)最適當(dāng)?shù)墓δ?，這就要求設(shè)計(jì)者選用最佳的編程模型和不斷改進(jìn)算法，優(yōu)化編譯器性能。這方面的要求使得嵌入式軟件設(shè)計(jì)者要在圖形界面，多媒體技術(shù)上痛下 　　　第 3 頁苦功。對(duì)嵌入式芯片的運(yùn)行速度要求越來越快，存貯器也越來越大，這大大推進(jìn)了嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在一定的程度上推進(jìn)了現(xiàn)代生活的提高和改善。由于嵌入式系統(tǒng)低功耗、面向應(yīng)用等特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)通訊方面得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)與通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合可以極大地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的智能化與靈活性，拓展通信功能，從而實(shí)現(xiàn)各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通 [4]。這些總線和協(xié)議需要自己定制，硬件設(shè)備需要自己設(shè)計(jì)開發(fā)，面向的對(duì)象不同，解決的設(shè)計(jì)問題不同，主要面向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)，由于技術(shù)上的門檻，普通人員很難理解和使用。移動(dòng)辦公設(shè)備很方便的 　　　第 4 頁將我們連接在一起，無論何時(shí)何地，增強(qiáng)了我們的相互溝通。真不敢相信，離開了網(wǎng)絡(luò)，我們的生活會(huì)是怎么樣。我們可以把家庭的所有設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，組成一個(gè)家庭智能中心，可以很方便的通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。課題設(shè)計(jì)后應(yīng)該實(shí)現(xiàn)在特定的 ARM7 平臺(tái)上運(yùn)行嵌入式uClinux 操作系統(tǒng)，順利的驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行，完成在 ARM7 開發(fā)板和 PC 機(jī)的通信，方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。 系統(tǒng)的需求分析 系統(tǒng)的功能需求嵌入式系統(tǒng)設(shè)備能快速的接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信，首先應(yīng)該保證嵌入式設(shè)備具有完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)規(guī)范，能夠正確控制嵌入式平臺(tái)上的網(wǎng)絡(luò)芯片，可以完整的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。考慮到在 ARM開發(fā)板上需要運(yùn)行特定格式的程序文件，所以設(shè)計(jì)采用 Linux 下的 gcc 開發(fā)工具，使用 armelftools 交叉編譯工具生成在 ARM 開發(fā)板上的可以直接運(yùn)行的程序。 　　　第 7 頁 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境關(guān)系圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是完成宿主機(jī)和開發(fā)板的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)。目前，Inter 上用應(yīng)用最多相對(duì)開放的協(xié)議就是 TCP/IP 協(xié)議，它能使不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及不同類型的網(wǎng)絡(luò)按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議互相連接，輕松的實(shí)現(xiàn)上層的通信。帶 TCP/IP 協(xié)議族的 Linux 或者 uClinux 操作系統(tǒng)，不需要自己構(gòu)建 TCP/IP協(xié)議族可以直接調(diào)用底層的函數(shù)，驅(qū)動(dòng)上層模塊完成 socket 通信 [12]。（2）資源占用情況的多少嵌入式系統(tǒng)的資源是有限的，資源占用是另外一個(gè)重要的指標(biāo)。（4）操作系統(tǒng)性能操作系統(tǒng)的可靠性通常無法在用戶程序或者函數(shù)庫層次得到增強(qiáng)。操作系統(tǒng)的執(zhí)行效率可能直接影響操作系統(tǒng)的處理能力，還有一個(gè)重要的指標(biāo)是這個(gè)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性到底如何。嵌入式 Linux 也要占用 1M 空間，運(yùn)行時(shí)更需要超過 4M 的內(nèi)存空間，因此對(duì)于存貯空間不足的嵌入式系統(tǒng)，資源的要求沒有辦法滿足。因此，高效的中斷處理能力與高速的輸入輸出能力是實(shí)時(shí)系統(tǒng)所必備的基本特征。而 uClinux 是專門針對(duì)沒有 MMU 的處理器而設(shè)計(jì)的。通過更深入的分析，uClinux 比 Linux 有更多的優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)采用的是SmartARM 開發(fā)平臺(tái)，主要的處理器為 ARM7TDMI，所以在應(yīng)用于嵌入式設(shè)備的時(shí)候，有一些不合適的因素(主要集中在資源消耗太大以及內(nèi)存管理方面)，所以最終選用了 uClinux 作為嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。雙方之間通過串口進(jìn)行通訊。目標(biāo)機(jī)需要安裝 LINUX 系統(tǒng)，為了在 Windows 下開發(fā)嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用程序，可以在 Windows 環(huán)境下裝上 Cygwin 軟件。ARM 公司是專門從事基于 RISC 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM 公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的 ARM 微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?ARM 微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。Thumb 指令集具有較高的代碼密度，卻仍然保持著 ARM 大多數(shù) 　　　第 13 頁性能上的優(yōu)勢(shì)，它是 ARM 的子集。ARM 處理器具有 9 種基本尋址方式：（1）寄存器尋址；（2）立即尋址；（3）寄存器移位尋址；（4）寄存器間接尋址；（5）基址尋址； （6）多寄存器尋址；（7）堆棧尋址；（8）塊拷貝尋址；（9）相對(duì)尋址。 　　　第 14 頁圖 SmartARM 開發(fā)板論文的設(shè)計(jì)以 SmartARM 進(jìn)行，如圖 所示。 PC 機(jī)上完成的程序開發(fā)首先 PC 機(jī)上要安裝完整的 Linux 操作系統(tǒng)，然后配置好交叉編譯環(huán)境后，接下來就是是對(duì)程序的初步設(shè)計(jì)，程序一共分為兩個(gè)大的部分：（1）TCP 的客戶端程序設(shè)計(jì)TCP 的客戶端可以輕松的訪問服務(wù)器端，向它發(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)。最后，要保證開發(fā)板和宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連通，即可以用 ping 程序來測(cè)試雙方的活躍，這樣就可以同時(shí)運(yùn)行服務(wù)器和客戶端的程序。 　　　第 17 頁圖 程序設(shè)計(jì)詳細(xì)圖解 　　　第 18 頁Socket 接口是 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)的 API，Socket 接口定義函數(shù)和例程。 使用 socket 的數(shù)據(jù)流進(jìn)行通信。對(duì)于客戶機(jī)任務(wù)來說，它也需要先用 socket()建立一個(gè)通信端口，但是它不必用 bind()把他的本地地址綁定到這個(gè)端口上，而是直接使用 connect()向指定的服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，如果請(qǐng)求被接受，就可以進(jìn)行通信了。設(shè)計(jì)中采用這種方式 [23]。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，根文件系統(tǒng)也有多種選擇。uClinux 系統(tǒng)可以直接運(yùn)行，這樣做的最大的優(yōu)勢(shì)是節(jié)約RAM 空間，提高運(yùn)行速度。glibc 是 gnu 發(fā)布的 libc 庫，主要是基于 C 語言的，這個(gè)庫較大而且比較全面，不適應(yīng) uClinux。隨著 uClinux 內(nèi)核版本的升級(jí)，內(nèi)核功能越來越強(qiáng)大，體系結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。由于 uClinux 的內(nèi)核采取了模塊化的設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)自己的需要，在內(nèi)核編譯的過程中，靈活選擇所需要的模塊，節(jié)約資源，減少代碼量，提高內(nèi)核的運(yùn)行速度和效率，這也是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。 配置 uClinux安裝完成后，可以通過 make config，make xconfig 來配置 uClinux，也可以通過 make menuconfig 來配置。配置 uClinux 和文件系統(tǒng)具體的操作方法如下 [24]：（1）通過已經(jīng)建立的終端或者控制臺(tái)，找到 uClinux 源代碼所在的目錄，系統(tǒng)為：//usr/src/uClinuxdist ，執(zhí)行命令：cd /usr/src/uClinuxdist（2）如果不是進(jìn)行第一次編譯，需要先清除以前編譯產(chǎn)生的輔助文件和目標(biāo)文件，以保證編譯的正確性。第一項(xiàng)可進(jìn)行廠商/產(chǎn)品設(shè)置，選擇第二項(xiàng)則進(jìn)行內(nèi)核版本和函數(shù)庫設(shè)置，各選項(xiàng)的含義以及設(shè)置如表 所示。 　　　第 23 頁（4）建立源代碼文件依賴關(guān)系( 第一次必須執(zhí)行)執(zhí)行命令：make dep（5）編譯內(nèi)核執(zhí)行命令： make第（4）和第（5）進(jìn)行內(nèi)核的編譯，執(zhí)行的時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。 經(jīng)過以上程序，uClinux 的內(nèi)核編譯全部完成。uClinux 系統(tǒng)通常只有一個(gè)文件樹，這個(gè)文件樹以樹根“/”作為起點(diǎn)，其它的文件和外部設(shè)備按照樹的形式，掛結(jié)在這個(gè)文件樹上 [25]。 ROMFS 文件系統(tǒng)的底層結(jié)構(gòu)也是非常的簡(jiǎn)單，也可以用來進(jìn)行塊設(shè)備的操作。ROMFS 是一種只讀的文件系統(tǒng)，由于它是只讀的，就決定了這個(gè)文件系統(tǒng)是非常小的。執(zhí)行命令：mkdir ram/bin執(zhí)行命令：mkdir ram/dev執(zhí)行命令：mkdir ram/etc執(zhí)行命令：mkdir ram/var拷貝必須的文件到 ramfs 中執(zhí)行命令：cp –a rom/etc/* ram/etc/執(zhí)行命令：cp –a rom/bin/sh ram/bin/執(zhí)行命令：cp –a rom/bin/init ram/bin/int創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)：執(zhí)行命令： mknod ram/dev/ttS0 c 4 64執(zhí)行命令： mknod ram/dev/console c 51執(zhí)行指令的說明：第一條指令創(chuàng)建設(shè)備 ttyS0,即第 0 個(gè)串口設(shè)備，主設(shè)備的號(hào)為 4，從設(shè)備的號(hào)為 64，第二條指令是建立字符設(shè)備 console,即控制 　　　第 25 頁臺(tái)，主設(shè)備號(hào)為 5 從設(shè)備號(hào)為 1。. PC 機(jī)上的程序設(shè)計(jì) 嵌入式 TCP /IP 分析 在目前的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，TCP/IP 是應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來說，需要根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)以及需要完成的功能，靈活選擇相應(yīng)的協(xié)議，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的資源畢竟有限，處理器的速度和 PC 機(jī)相比，還是有很大的差距。嵌入式系統(tǒng)的 TCP/IP 協(xié)議棧主要包含 ARP 協(xié)議 IP 協(xié)議，ICMP 協(xié)議，TCP 協(xié)議以及 UDP 協(xié)議等。IP 協(xié)議主要用于網(wǎng)絡(luò)之間的相互連接，規(guī)定了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)各個(gè)系統(tǒng)之間必須相互遵守的規(guī)則。ICMP 是一個(gè)報(bào)文協(xié)議，因?yàn)樵?TCP/IP 傳輸過程中需要傳輸一些控制信息，也就是網(wǎng)絡(luò)是否堵塞或者暢通，以及路由的相關(guān)信息等。TCP 協(xié)議起到承上啟下的作用，與底層和高層的協(xié)議進(jìn)行通訊，以確保整個(gè)系統(tǒng)能夠有效的連接并能夠和其它系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TCP 服務(wù)器端，通過三次握手建立連接，此時(shí)，嵌入式系統(tǒng)為被動(dòng)方，功能是監(jiān)聽服務(wù)器的狀態(tài)，處于被動(dòng)打開后的 listen 狀態(tài)，等待對(duì)方發(fā)起連接。隨后，系統(tǒng)不會(huì)記憶 TCP連接的序列號(hào)，根據(jù)發(fā)送端發(fā)包中的值來確定序列號(hào)，重復(fù)報(bào)文不能識(shí)別，對(duì)重復(fù)的報(bào)文照?；貞?yīng)。當(dāng) 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)接受一個(gè)復(fù)位信號(hào)，回到原始狀態(tài)。接收到并發(fā)服務(wù)請(qǐng)求，就要激活新進(jìn)程來處理這個(gè)客戶請(qǐng)求。TCP 客戶端的設(shè)計(jì)按照如流程圖 所示： 　　　第 28 頁圖 客戶端程序簡(jiǎn)單示意圖首先客戶端建立自己的自己的 socket，如果建立失敗，則重新建立；當(dāng)建立成功后，驗(yàn)證通過后，開始和服務(wù)器端進(jìn)行連接，連接成功后，服務(wù)器端給客戶端一個(gè)連接成功的信息，然后開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸通訊。s PORT =%s,now you can municat with this