【正文】 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 4. 2 所示。 配置 uClinux 安裝完成后，可以通過 ma ke c onfig ， ma ke xc onfig 來配置 uC li nux，也可以通過 ma ke menuc onfig 來配 置。 隨 著uCl i nux 內(nèi)核版本的升 級，內(nèi)核功 能越來越強(qiáng)大 ，體系結(jié)構(gòu) 也越來越復(fù)雜。 uCli nux 系統(tǒng)可以直接運(yùn) 行，這樣做的最大的優(yōu)勢是節(jié)約 R AM 空間 ，提高運(yùn)行速 度。設(shè) 計(jì)中 采用這種方式 [2 3 ]。 使用 s oc ke t 的數(shù)據(jù)流進(jìn)行通信。 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 pi ng 程序來測試雙方的活躍， 這樣 就可以 同時(shí)運(yùn)行服 務(wù)器和客戶端 的程序。 圖 SmartARM 開 發(fā) 板 論文的設(shè)計(jì)以 Sma rtAR M 進(jìn)行， 如圖 3 . 2 所示。 Thumb 指令集具有較高的代碼密度，卻仍然保持著 ARM 大多數(shù)性能上 的優(yōu)勢，它是 ARM 的子集。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。 通過更深入的分析， uClinux 比 Linux 有更多的優(yōu)勢， 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)。 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。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。 （ 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)。目前， Inter 上用 應(yīng)用 最多 相對開放的協(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 。 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。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) 。真不敢相信，離開了網(wǎng)絡(luò)，我們的生活會(huì)是怎么樣。 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。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。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) 上痛下苦功 。 未來的嵌入式 設(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。 （ 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）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 。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。 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。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文成果是本人在西南科技大學(xué)讀書期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下取得的，論文成果歸西南科技大學(xué)所有，特此聲明。 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。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 。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，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)對多媒體 、圖形等 的處理，逐 步實(shí)施片 上系統(tǒng) (SOC)的概念。因此，既要軟件人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。 在網(wǎng)絡(luò)通訊方面，嵌入式系統(tǒng)的 發(fā)展 增強(qiáng) 了 網(wǎng)絡(luò)的智能 化與靈活性，從而實(shí)現(xiàn)各種通 信系統(tǒng)之間 的互聯(lián)互通。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 4 頁 選題的目的和意義 傳統(tǒng)的 數(shù)據(jù)傳輸和 通訊，需要鋪 設(shè)專用的介 質(zhì)和電纜。 （ 2） 嵌入式 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為 工業(yè)控制領(lǐng) 域設(shè)備的發(fā)展 提供動(dòng)力 基于嵌入式系統(tǒng) 的 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) ，隨著嵌入式技 術(shù)的迅猛發(fā) 展，也 得到 了廣泛的應(yīng)用。這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和開發(fā)基本都 是基于嵌入 式技術(shù)的。嵌入式 設(shè)備還 具有 網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備標(biāo)識(shí)，也就是 嵌入 式 設(shè) 備 有 自 己 唯一的 IP 地址 ， 只 有 這 樣 ， 才 能 完 成Inter 上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 之間 的通信。 要 完成通信，就要完成系統(tǒng) 底層硬件的 驅(qū)動(dòng)等一系 列的工作，首先 啟動(dòng)宿主 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 8 頁 機(jī)和客戶機(jī)的操作系統(tǒng) Linux 和 uClinux，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 所示 [8]。 不帶 TCP/IP 協(xié)議族的 uCOSII 操作系統(tǒng)，自己構(gòu)建 TCP/IP 協(xié)議族，編寫上層 socket 通信 模塊完成程 序的通信。操作系統(tǒng)的穩(wěn)定 性在操作系 統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，就 已經(jīng)由系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)構(gòu)想和 編碼 質(zhì)量 決 定了 。 uClinux 系統(tǒng) 一般 采用 Romfs 文件系統(tǒng) ，這種文件系統(tǒng) 相對簡單 、占用空間較少 。 uClinux 管理內(nèi)存的方法是 采用 實(shí)存儲(chǔ)器管理 ， 通過地址總線 對物理內(nèi)存 進(jìn)行直接訪 問 ， 程序中訪問 的地址都是實(shí)際的物理地址，所有的進(jìn)程都在一個(gè)運(yùn)行空間中運(yùn)行 。 目標(biāo)機(jī) 運(yùn)行 uClinux 系統(tǒng)，并在系統(tǒng)上運(yùn)行嵌入式應(yīng)用軟件 。 采用 RISC 架構(gòu)的 ARM 微處 理器一般具 有如下特點(diǎn) ： （ 1） 體積小 、低功耗、低 成本、高性 能 ； （ 2） 支持 Thumb（ 16 位） /ARM（ 32 位）雙指令集， 能很好的兼容 8 位 /16 位器 件 ； （ 3） 大量使 用寄存器，指 令執(zhí)行速度 更快 ； （ 4） 大多數(shù) 數(shù)據(jù)操作都在 寄存器中完 成 ； （ 5） 尋址方 式靈活簡單， 執(zhí)行效率高 ； （ 6） 指令長 度固定。 設(shè)計(jì)采用 SmartARM2200 開 發(fā)板 ， 使用 NXP 公司的 LPC2210 微處 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 14 頁 理器。 TCP 的客戶端可以顯示當(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 [2 1 ]。網(wǎng)絡(luò)的 Soc ket 數(shù)據(jù)傳輸是一 種特殊的 I /O， Soc ke t 也是一種文件描述符 ， 具有一個(gè) 打開文件的函 數(shù)調(diào)用 Soc ke t( )，該函數(shù)返回一 個(gè)整型的Soc ke t 描述符，隨后 的連接建立 、數(shù)據(jù) 傳輸?shù)炔僮鞫?是通過該 Soc ke t實(shí)現(xiàn)的。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 19 頁 4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì) . uClinux 的移植 uClinux 嵌入式系統(tǒng)的下載 嵌入式系統(tǒng) 交叉編 譯完成后，需要 將編譯好 的嵌 入式內(nèi)核下 載到嵌入式開發(fā)板上， 然 后嵌入式開 發(fā)板才可以 運(yùn)行嵌入式內(nèi) 核。在目前的嵌入式開發(fā)過程中， RO Mfs 是使用最多的文件系統(tǒng) 。因此需要進(jìn)行相應(yīng)的簡化，這就是 uCl i bc 應(yīng)用程序庫。 uClinux 的安裝 在 nux. 上下載版本為 2 .4 的 uCl i nux 源碼包uCl i nux dis t 20 0 4 04 0 8. ta z，將它復(fù)制到系 統(tǒng)的目錄盤下，并進(jìn)行相應(yīng)的解壓縮： 輸入 指令，并運(yùn)行： ta r uClinuxdist 20 0 4 04 0 8. ta z 就會(huì)看到，在系統(tǒng)的目錄盤下，會(huì)出現(xiàn) uCl i nux 的 源代碼目錄 ，也就是 uCli nux dist 這個(gè) 文件夾 。如果是第一次編譯則可省略。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 23 頁 圖 內(nèi)核 資 源 界 面 配置完畢后選擇 E x i t，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 。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。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。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 20 頁 應(yīng)用程序庫 uCl i nux 運(yùn)行效率高，是一個(gè) 小型化 的嵌入式 L i nux 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。 uCli nux 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 FL ASH。 如果 liste n( )一直沒有偵聽到連接請求，那么服務(wù)器就會(huì)在 a cc e pt( )處阻塞，一直到有連接請求到來。 面向連接 的數(shù)據(jù)流通信的 s oc ke t 編程詳細(xì)過程如圖 3. 4 所示。 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 uCl i nux到 Sma rtAR M2 2 00 開發(fā)板，移 植過程中應(yīng)配 置 uCli nux，其中包含大部分系統(tǒng)配置，如： Nons ta nda rd s e rial port s uppor（非標(biāo)準(zhǔn)串口支持）、 f tp（文件傳輸協(xié)議 ）、 （超文本傳輸協(xié)議）、 tel ne t（遠(yuǎn)程登 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 16 頁 陸協(xié)議）、 pi ng （網(wǎng)絡(luò)探測回 應(yīng)工具 ）、 if c onfig （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 ），uCl i nux 文件系統(tǒng)的劃 分中還應(yīng)為 用戶留出可以 讀寫操作的 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 [2 0 ]。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。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 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 13 頁 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。 圖 uClinux 的 交 叉 編 譯 環(huán) 境 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。在 ARM7TDMI 嵌入式處理器 沒有 MMU 模塊 。通常的 Linux 系統(tǒng)，都需要 占用 上百兆 的空間 。 （ 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 的改動(dòng)就可 以適用于新 的平臺(tái)。 （ 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]。 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。