【導(dǎo)讀】包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。許論文被查閱和借閱。掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。是本人在西南科技大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果。的研究成果，也不包含為獲得西南科技大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。大學(xué)所有，特此聲明。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。應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求，用于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用程序之間的相互通信。裁剪和定制系統(tǒng)后，構(gòu)建相關(guān)的文件系。描述IP地址和端口，用于在兩個

　　

【正文】 等各種應(yīng)用 工具 。 模塊化的設(shè)計與分析 開發(fā)板上完成的設(shè)計 從項目 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 ]。 PC 機上完成的程序開發(fā) 首先 PC 機上要安裝 完整 的 Li nux 操作系統(tǒng)，然 后配置好 交 叉編譯環(huán)境后，接下來就 是是對程序 的初步設(shè)計，程 序一共分為 兩個大的部分： （ 1） TCP 的客戶端 程序設(shè)計 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)。 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，啟動的成功和數(shù)據(jù)包通信的個數(shù)等 [2 1 ]。 （ 2） TCP 的服務(wù)器端程序設(shè)計 TCP 的服務(wù)器端可以輕松的完成對客戶端數(shù)據(jù)的發(fā)送，服務(wù)器端可 以快速 的做出客 戶端的連接 請求反映，并且在 服務(wù)器端可 以輕松的反映 來自客戶端的 連接情況，如 連接的 IP、連接時間、連接 的當(dāng)前狀態(tài)等。 系統(tǒng)的 實現(xiàn)， 首先 應(yīng)保證 uCli nux 系統(tǒng)成功的啟動，即系統(tǒng)在啟動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。 最后， 要保證 開發(fā)板和宿 主機的網(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 同時運行服 務(wù)器和客戶端 的程序。 設(shè)計基本流程 設(shè)計主 要的 目的 是要 設(shè)計 出面向 連接的 T CP 通信 模塊 。 Soc ke t類 為網(wǎng)絡(luò)通訊提供 了一種方式 。 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。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 17 頁 圖 程序設(shè)計詳細(xì) 圖解 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 18 頁 Soc ke t 接口是 T C P/I P 網(wǎng)絡(luò)的 API， Soc ke t 接口定義函數(shù) 和例程 。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 打開文件的函 數(shù)調(diào)用 Soc ke t( )，該函數(shù)返回一 個整型的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實現(xiàn)的。 常用的 Soc ket 類型有兩種 [ 22]：流式 Soc ke t（ SOC K_ STR EAM）和數(shù)據(jù)報式 Soc ke t（ SOC K_D GR AM）。流 式 主要 面向 連接 Soc ke t，針對于面向連接的 TC P 服務(wù)應(yīng)用；數(shù)據(jù)報式 面向 無連接的 Soc ke t，對應(yīng)于無連接的 UDP 服務(wù) 應(yīng)用。 使用 s oc ke t 的數(shù)據(jù)流進行通信。 應(yīng)該首先 在 服務(wù)器端使用 s oc ke t()函數(shù) 建立 一 個通 信的 端 點， 然后 使用 bi nd( )函數(shù) 綁定 這個 端點 的地址，最后 服務(wù) 器端使用 lis te n()偵聽連接 請求，當(dāng) 遠(yuǎn)程的客戶 機使用connec t()連接 lis te n()正在監(jiān) 聽的端 口時 ，使用 a cce pt()處理 它。在acc ept()處理了 連接請 求后，將 會生成 一個新 的描述這 個連接 端口的套接字，利用 這個套接 字就可以 發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)了。 如果 liste n( )一直沒有偵聽到連接請求，那么服務(wù)器就會在 a cc e pt( )處阻塞，一直到有連接請求到來。 對于客戶機任務(wù)來說，它也需要先用 s oc ke t()建立一個通信端 口，但是它不必用 bi nd()把他的本地地址 綁定到這個 端口上，而 是直接使用 c onnec t( )向指定的服 務(wù)器發(fā)送 連接請求 ，如果請 求被接受 ，就可以進行通信了。 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 . 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 運行嵌入式內(nèi) 核。嵌入式開發(fā)板按照以下 兩種 方式進行加 載： （ 1）直接將編譯 好的內(nèi)核下 載到嵌入 式存貯器中 。由于嵌 入式開發(fā)板的資源有限，存貯器的容量不夠大，這種方式對系統(tǒng)的存貯器要求較高，但是能夠 帶來更高的 運行速度，因為 系統(tǒng)只直接 從嵌入式開發(fā)板上啟動的 ，系統(tǒng)直接 解壓縮內(nèi)核 文件，運行 內(nèi)核。設(shè) 計中 采用這種方式 [2 3 ]。 （ 2）通過地址印 象的方式： 由于嵌入 式系統(tǒng)的存 貯器有限 ，為了節(jié)約資源，在嵌入式存貯器上建立地址印象，內(nèi)核在執(zhí)行的時候，首先運行到建立印象的地址，然 后通過跳轉(zhuǎn) 指令，直接運行 存儲在嵌入式開發(fā)板外圍的存貯器上，這樣可以節(jié)約芯片上的資源，但是帶來的問題是，由于 跳轉(zhuǎn)，運 行的速度會 降低，對于 運行速度要 求不高的開發(fā)，可以采取這種 方式。 根文件系統(tǒng)的建立 內(nèi)核移植完成后， 需 要建立嵌入 式的根文件 系統(tǒng)，根文件是 嵌入式系統(tǒng)重要組成部分。 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。根據(jù)使用場合 的不同 ，根文件系統(tǒng)也有多種選擇。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) 。 RO Mfs 文件系統(tǒng)比較簡單，文 功能 緊湊 ，并 且是 只 讀的 。在 RO Mfs中， 文件數(shù)據(jù) 是按 照順尋存放 的。 uCli nux 系統(tǒng)可以直接運 行，這樣做的最大的優(yōu)勢是節(jié)約 R AM 空間 ，提高運行速 度。因此， 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，選 用 RO Mfs 根文件系統(tǒng)。當(dāng)然，為了支持它， 在內(nèi)核的配置中 需要內(nèi) 核支持 romfs 文件系統(tǒng) ，并且 在內(nèi)核 配置完 畢后建立虛擬 ra m 盤，提供用 戶接口。 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 運行效率高，是一個 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行效率。 gli bc 是 g nu 發(fā)布的 l i bc庫， 主要是基于 C 語言的，這個庫較大而且 比較全面，不適應(yīng) uC li nux。因此需要進行相應(yīng)的簡化，這就是 uCl i bc 應(yīng)用程序庫。在 uC li nux 中，采取 靜態(tài)連接 ，目的 是為了節(jié)約 內(nèi)存和片上 資源，滿足嵌入 式系統(tǒng)的設(shè)計需要。 . 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 比 較 單 一 。 隨 著uCl i nux 內(nèi)核版本的升 級，內(nèi)核功 能越來越強大 ，體系結(jié)構(gòu) 也越來越復(fù)雜。由于存儲 空間的限制 ， 為了提 高運行性能 ，必須根據(jù) 需要對內(nèi)核進行精簡，定制 一 個符合嵌入 式系統(tǒng)的操 作平臺。 uCl i nux 可以通過裁剪，把不 需要的功能 模塊剪掉，留下 應(yīng)用需要的模塊，減少系統(tǒng) 運行的復(fù)雜 想，讓系統(tǒng)更 加健壯和安全 。同時 ，嵌入式芯片的資源有限，內(nèi)存一般都比較小，裁剪后，內(nèi)核往往會更加簡練，所占用的存貯 空間也會很 小。 由于 uCl i nux 的內(nèi)核采取了模 塊化的設(shè)計方 式，設(shè)計時 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) 核的運行速 度和效率 ， 這也是嵌入 式系統(tǒng)的一個明顯的優(yōu)勢。 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，并進行相應(yīng)的解壓縮： 輸入 指令，并運行： ta r uClinuxdist 20 0 4 04 0 8. ta z 就會看到，在系統(tǒng)的目錄盤下，會出現(xiàn) uCl i nux 的 源代碼目錄 ，也就是 uCli nux dist 這個 文件夾 。 由于本系統(tǒng)所 用 Sma rtAR M22 0 0 開發(fā)板 ，這個開 發(fā)板為 AR M7 的LPC 2 20 0 芯片 ，是 phi li ps 公司設(shè)計制造的 。 為了適應(yīng)這 個芯片的特 性，登陸 phili ps 官方網(wǎng)站 ， 并且查找和 下載以下這 個文件： uClinuxdis t 20 0 4 04 0 8 1 pc c hy c mj. pa tc h 下載后，復(fù)制到系統(tǒng) 的目錄下， 輸入以下指 令，并執(zhí)行： 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 21 頁 cat uClinux dist2 0 04 0 40 8 1 pc chy c mj . pa tc h 執(zhí)行完成后，在編譯 uC li nux 內(nèi)核是，選擇 系統(tǒng)的內(nèi)核 配置的時候，可以找到 L PC 2 20 0 的選項。 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。 各命令使用范 圍不一樣 ，但效果 是相同的 ，各命令 說明如表 所示。 表 uClinux 的配 置方式 make config 命令行方式，適用于 控制臺和圖 形終端 make menuconf ig 文本菜中方式，適用于控制臺 和圖形終端 make xconfig X 窗口圖形界面方 式，僅適用 于圖形終端 文本菜單 這種 配置 方式， 可以 在 終端控制臺 上來 使用， 也可以通過 圖形終端 進行使 用。為了使得 配置 具有更 強的 直觀性， 系 統(tǒng)設(shè)計采用了 文本菜單這種配 置方式。 配置 uClinux 和文 件系統(tǒng)具體的 操作方法如 下 [2 4 ]： （ 1）通過已經(jīng)建立的 終端或者控 制臺， 找到 uC li nux 源代碼所在的目錄，系統(tǒng)為： //us r/src/uCli nux dis t ， 執(zhí)行命令： c d /usr/src/uCli nux dis t （ 2） 如 果不 是進 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。如果是第一次編譯則可省略。 執(zhí)行命令： ma ke distclean （ 3） 通過文 本菜單方式 配置 uCli nux 執(zhí)行命令： ma ke menuconf ig 執(zhí)行了 ma ke me nuc onfig 語句后，將會出現(xiàn)如圖 4 . 1 配置內(nèi)核界面。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 22 頁 圖 配置 內(nèi) 核 界 面 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 E nte r 執(zhí)行命令。 第一 項可 進行 廠商 / 產(chǎn)品 設(shè)置 ， 選擇 第二 項則 進行 內(nèi)核 版本 和函數(shù)庫設(shè)置，各選項的 含義以及設(shè) 置如表 4. 2 所示。 表 uClinux 中各個選項的描述 選項 描述 設(shè)置 Vendor/Produc t 廠商 /產(chǎn)品選擇 PHILIS/L PC 22 0 0 Kemel 選擇 版本 Linux Libc 選擇 函數(shù)庫 uClibc Default all Settings 默認(rèn)設(shè)置 恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置時選擇 Updata Default 默認(rèn)廠商配置 根據(jù)需要選擇 在設(shè)計的時候，根據(jù)系統(tǒng)需求，以及所選用的芯片廠商等信息，進行系統(tǒng)的配 置， 主要是根據(jù) 以上信息描 述，進行設(shè)置 。 進入 L i nux內(nèi)核配內(nèi)核資源的界 面，如圖 4 .2 所示。 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候選擇保存， 配置完畢后