【正文】 ............................................................37 功能及數(shù)據(jù)測試 .......................................................................................................................38 容錯(cuò)功能 ...........................................................................................................................38 連接成功的信息說明 .......................................................................................................39 數(shù)據(jù)收發(fā)功能 ...................................................................................................................39 測試的結(jié)果 ...............................................................................................................................41結(jié) 論 .................................................................................................................................................42參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................................43致 謝 .................................................................................................................................................451 / 501 　緒論 嵌入式系統(tǒng)目前，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，我們?nèi)粘Ｉ钪芯痛嬖诖罅康那度胧较到y(tǒng)的產(chǎn)品：比如手機(jī)、MP收音機(jī)、電視機(jī)等等，我們已經(jīng)離不開嵌入式產(chǎn)品了。每一個(gè)嵌入式產(chǎn)品是不同的，使用不同的硬件和軟件，搭建自己的嵌入式操作系統(tǒng)，但是核心技術(shù)都是一樣的。這樣做的主要目的是節(jié)約資源，讓嵌入式芯片發(fā)揮更大的作用。在可靠性方面，要求嵌入式系統(tǒng)的代碼執(zhí)行效率高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，也別是在工業(yè)控制領(lǐng)域。信息時(shí)代，數(shù)字時(shí)代使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，同時(shí)也對(duì)嵌入式生產(chǎn)廠商提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，這也是市場競爭的結(jié)果。（3）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為必然趨勢?！?（4）精簡系統(tǒng)內(nèi)核、算法，降低功耗和軟硬件成本。圖像界面，靈活的控制方式，使得人們感覺嵌入式設(shè)備就象是一個(gè)熟悉的老朋友。 選題必要性當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展迅猛，特別是納米技術(shù)取得了重大進(jìn)展，嵌入式芯片的設(shè)計(jì)和開發(fā)也越來越迅速。目前，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始普及，包括廣大的農(nóng)村，網(wǎng)絡(luò)成為了我們生活的一部分。它以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，而且軟硬件可以裁剪，因而能滿足應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。比如我們經(jīng)常使用的CAN，485 總線等。（1）嵌入式網(wǎng)絡(luò)為終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化提供了保障如果將我們所有的終端設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，可以方便有效地進(jìn)行信息溝通和數(shù)據(jù)共享，同時(shí)也為管理者提供了一種有效的管理方式。當(dāng)然，還有經(jīng)常使用的 B2B 網(wǎng)上購物、遠(yuǎn)程會(huì)診等等。通過網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的家庭監(jiān)控，我們經(jīng)常使用的家用電器。 課題研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求課題是基于 ARM 的嵌入式 socket 通信設(shè)計(jì)，研究的范圍包含：ARM 上uClinux 操作系統(tǒng)的移植、Linux 下 socket 通信的建立、交叉編譯環(huán)境下嵌入式socket 通信的實(shí)現(xiàn)等。2 需求分析 任務(wù)概述論文的主要工作，是選擇適當(dāng)?shù)那度胧介_發(fā)平臺(tái)和文件系統(tǒng)，建立交叉的編譯環(huán)境，構(gòu)建 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端的 socket 通信。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，宿主機(jī)采用的是任意發(fā)行版本的 Linux 系統(tǒng)，但程序是采用標(biāo)準(zhǔn) C 語言來編寫，可以在不同的 Linux 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)通信功能。宿主機(jī)和開發(fā)板通過 Switch 交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，宿主機(jī)一方作為服務(wù)器端，開發(fā)板作為客戶端，系統(tǒng)的原理如下圖 所示。設(shè)9 / 50計(jì)過程中，首先開發(fā)板的網(wǎng)絡(luò)芯片能夠正常工作，其次要完成通信就必須要有完善的通信的協(xié)議，根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇合適的協(xié)議 [9]。（2）方案 2包含操作系統(tǒng)，其中又分為帶 TCP/IP 協(xié)議族的操作系統(tǒng)和不帶 TCP/IP 協(xié)議族的操作系統(tǒng) [11]。從應(yīng)用的角度來說，選用一種穩(wěn)定可靠的微處理器是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。（3）應(yīng)用軟件資源嵌入式操作系統(tǒng)在應(yīng)用過程中需要多方軟件支持，包括協(xié)議棧、設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及一些應(yīng)用程序，在設(shè)計(jì)過程中，可以方便的應(yīng)用這些軟件，或者只需要很少的10 / 50改動(dòng)就可以適用于新的平臺(tái)。（5）執(zhí)行效率執(zhí)行效率是另一個(gè)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)。通常的 Linux 系統(tǒng)，都需要占用上百兆的空間。 （2）操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指一個(gè)系統(tǒng)在執(zhí)行時(shí)能夠?qū)ν獠?、異步發(fā)生的事務(wù)，于一定的時(shí)間采取響應(yīng) [17]，當(dāng)一個(gè)優(yōu)先等級(jí)高的進(jìn)程能夠獲得系統(tǒng)立即的、沒有延遲的服務(wù)而不需要等候任何進(jìn)程，而且在它奪取到 CPU 的使用權(quán)后，它可以一直執(zhí)行到工作結(jié)束或是有更高等級(jí)的進(jìn)程出現(xiàn)為止。在 ARM7TDMI11 / 50嵌入式處理器沒有 MMU 模塊。 缺少 MMU 單元，對(duì)于系統(tǒng)及應(yīng)用程序開發(fā)帶來一定的限制，但對(duì)于成本和體積敏感的嵌入式設(shè)備，由于應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用需求并不要求復(fù)雜和相對(duì)昂貴的硬件體系，內(nèi)存的分配和管理完全可以由開發(fā)人員解決。圖 uClinux 的交叉編譯環(huán)境12 / 50目標(biāo)機(jī)主要用于運(yùn)行操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用軟件，而操作系統(tǒng)的內(nèi)核編譯、應(yīng)用程序的開發(fā)和調(diào)試則需要通過宿主 PC 機(jī)來完成。上面已經(jīng)提到，嵌入式系統(tǒng)由于資源有限，這些工作的安裝調(diào)試需要在目標(biāo)機(jī)進(jìn)行，調(diào)試完成后下載到宿主機(jī)中，這也可能是一個(gè)多次重復(fù)反復(fù)進(jìn)行的工作。目前，采用 ARM 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即人們通常所說的 ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 RISC 微處理器 75％以上的市場份額，ARM 技術(shù)正在逐步滲入到人們生活的各個(gè)方面。ARM 指令集效率高，但是代碼密度高。尋址方式是根據(jù)指令中給出的地址碼字段來實(shí)現(xiàn)尋找真實(shí)操作數(shù)地址的方式。同時(shí)還擴(kuò)展了 RTL8019AS(10 Mb／s)以太網(wǎng)控制器。 模塊化的設(shè)計(jì)與分析 開發(fā)板上完成的設(shè)計(jì)從項(xiàng)目的整體出發(fā)，開發(fā)板上應(yīng)完成的工作包括，移植 uClinux 到SmartARM2200 開發(fā)板，移植過程中應(yīng)配置 uClinux，其中包含大部分系統(tǒng)配置，如：Nonstandard serial port suppor（非標(biāo)準(zhǔn)串口支持） 、ftp（文件傳輸協(xié)議） 、（超文本傳輸協(xié)議） 、 tel（遠(yuǎn)程登陸協(xié)議） 、 ping（網(wǎng)絡(luò)探測回應(yīng)工具） 、 ifconfig（網(wǎng)絡(luò)配置模塊） 、ls （文件目錄顯示模塊） 、mount（設(shè)備掛載模塊） 、cp（文件拷貝模塊） ，uClinux 文件系統(tǒng)的劃分中還應(yīng)為用戶留出可以讀寫操作的16 / 50區(qū)域，幫助用戶輕松的寫入程序和修改程序，最后開發(fā)板上載入編譯好的網(wǎng)絡(luò)socket 通信程序 [20]。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先應(yīng)保證 uClinux 系統(tǒng)成功的啟動(dòng)，即系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中成功的初始化了文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件，串行設(shè)備硬件等，同時(shí)需要成功配置當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)段的 IP，以及掛載了所指定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備文件。面向連接的數(shù)據(jù)流通信的 socket 編程詳細(xì)過程如圖 所示。流式主要面向連接 Socket，針對(duì)于面向連接的 TCP 服務(wù)應(yīng)用；數(shù)據(jù)報(bào)式面向無連接的 Socket，對(duì)應(yīng)于無連接的 UDP 服務(wù)應(yīng)用。如果 listen()一直沒有偵聽到連接請(qǐng)求，那么服務(wù)器就會(huì)在 accept()處阻塞，一直到有連接請(qǐng)求到來。由于嵌入式開發(fā)板的資源有限，存貯器的容量不夠大，這種方式對(duì)系統(tǒng)的存貯器要求較高，但是能夠帶來更高的運(yùn)行速度，因?yàn)橄到y(tǒng)只直接從嵌入式開發(fā)板上啟動(dòng)的，系統(tǒng)直接解壓縮內(nèi)核文件，運(yùn)行內(nèi)核。uClinux 主要應(yīng)用于沒有 MMU 單元的嵌入式芯片，主要的目的是節(jié)約內(nèi)存和 FLASH。在 ROMfs 中，文件數(shù)據(jù)是按照順尋存放的。 應(yīng)用程序庫uClinux 運(yùn)行效率高，是一個(gè)小型化的嵌入式 Linux 系統(tǒng)，這就要求相應(yīng)的應(yīng)用程序庫具有較高的運(yùn)行效率。. 內(nèi)核編譯嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用非常專業(yè)化，功能模塊相對(duì)比較單一。同時(shí)，嵌入式芯片的資源有限，內(nèi)存一般都比較小，裁剪后，內(nèi)核往往會(huì)更加簡練，所占用的存貯空間也會(huì)很小。為了適應(yīng)這個(gè)芯片的特性，登陸 philips 官方網(wǎng)站，并且查找和下載以下這個(gè)文件：下載后，復(fù)制到系統(tǒng)的目錄下，輸入以下指令，并執(zhí)行：cat 執(zhí)行完成后，在編譯 uClinux 內(nèi)核是，選擇系統(tǒng)的內(nèi)核配置的時(shí)候，可以找到 LPC2200 的選項(xiàng)。為了使得配置具有更強(qiáng)的直觀性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了文本菜單這種配置方式。圖 配 置 內(nèi) 核 界 面22 / 50界面中有提示使用“↑” “↓”選擇配置模塊，使用空格鍵選擇或者取消，使用“→” “←” ，選擇命令，最后使用回車鍵 Enter 執(zhí)行命令。圖 內(nèi) 核 資 源 界 面配置完畢后選擇 Exit，然后在提示下是否保存的時(shí)候選擇保存， 配置完畢后，選擇 Exit，在對(duì)話提示選擇保存。Images 內(nèi)核文件主要存放那個(gè)內(nèi)核目錄。uClinux 系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，在組織上按照樹狀結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行組織，也就是頂部是根目錄，從根向下進(jìn)行分支，通常把文件系統(tǒng)的最頂端成為根目錄。內(nèi)核在連接的時(shí)候，只需要連接到 ROMFS 文件系統(tǒng)，后面用模塊裝載工具把其它相關(guān)的模塊和文件系統(tǒng)裝載進(jìn)來，而不是所有的文件和模塊全部掛接。從后面的第 16 字節(jié)開始，顯示的是文件名和相關(guān)其數(shù)據(jù) [26]。制作 ramdisk 具體步驟如下 [27]：一般在內(nèi)核編譯時(shí)，支持 ramdisk 的內(nèi)核選項(xiàng)：CONFIG BLK DEV RAM,CONFIG RD RELEASE BLOCKS, CONFIG BLK DEV IlVITRD：同時(shí)在 PC 機(jī)上按照如下的方法來制作：（1）制作映象文件建立虛擬成塊的文件 執(zhí)行命令：dd if=/dev/zero of= bs=1024 count=500格式化生成的塊設(shè)備： 文件執(zhí)行命令：mke2fs –m0 –F （2）配置根文件系統(tǒng)，將 和 加載到主機(jī)文件系統(tǒng)執(zhí)行命令：mount ram /o loop執(zhí)行命令：mount rom/o loop建立在 ramfs 中需要的目錄，也就是在 ram 目錄下建立子目錄。內(nèi)核編譯和文件系統(tǒng)構(gòu)建完成以后通過網(wǎng)絡(luò) FTP 的方式把 和 ramdis下載到開發(fā)板上，這樣完成了 uClinux 的移植。通常情況下，在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)的采集和傳輸是是核心的任務(wù)和功能。根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的大小，以及傳輸?shù)乃俣鹊葐栴}，可以采取特別的收發(fā)方式。也就是說，ARP 協(xié)議解決服務(wù)器端和客戶端在通信的時(shí)候 IP 地址物理地址轉(zhuǎn)換。在 IP 協(xié)議中，給每個(gè)每臺(tái)設(shè)備一個(gè)地址，這個(gè)地址是唯一的，在傳輸過程中，相互傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備根26 / 50據(jù) IP 地址就可以找到對(duì)方，同時(shí)把 IP 包解析出來，得到需要的數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議一般要通過“三次握手”的方式建立連接。圖 嵌入式 TCP/IP 框架對(duì)于 TCP 連接，嵌入式系統(tǒng)需要把傳遞的數(shù)據(jù)、參數(shù)等存入指定的位置中，完成一次簡單的數(shù)據(jù)服務(wù)。嵌入式系統(tǒng)在第一次建立連接時(shí)，初始化序列號(hào)。嵌入式系統(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)。首先服務(wù)器方要先啟動(dòng)，并根據(jù)請(qǐng)求提供相應(yīng)服務(wù)：（1）打開通信通道并告知本地主機(jī)，某一公認(rèn)地址上接收客戶請(qǐng)求；（2）等待客戶請(qǐng)求到達(dá)該端口；（3）接收到重復(fù)服務(wù)請(qǐng)求，處理該請(qǐng)求并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。. 編程模型 TCP 客戶端設(shè)計(jì)TCP 客戶端向服務(wù)器提出連接請(qǐng)求， ServerSocket 收到 TCP 連接請(qǐng)求后，為這個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例 Socket，此時(shí)，服務(wù)器端要同時(shí)處理 ServerSocket 和Socket 這兩個(gè)實(shí)例，客戶端只使用 Socket 實(shí)例就可以了。addr_remote,sizeof(struct sockaddr))；//調(diào)用 connect 函數(shù)來連遠(yuǎn)方的服務(wù)器端if(connectcheck==1)