【導(dǎo)讀】包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。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。意識(shí)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(jìn)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(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)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(qǐng)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(gè)

　　

【正文】 等各種應(yīng)用 工具 。 模塊化的設(shè)計(jì)與分析 開(kāi)發(fā)板上完成的設(shè)計(jì) 從項(xiàng)目 的整 體出發(fā) ，開(kāi) 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(kāi)發(fā)板，移 植過(guò)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(yè) 陸協(xié)議）、 pi ng （網(wǎng)絡(luò)探測(cè)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(hù)留出可以 讀寫(xiě)操作的 區(qū)域，幫助用戶(hù)輕松的寫(xiě)入程序和修改程序 ， 最后開(kāi)發(fā)板 上載入編譯 好的網(wǎng)絡(luò)socket 通信程序 [2 0 ]。 PC 機(jī)上完成的程序開(kāi)發(fā) 首先 PC 機(jī)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(lái)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(hù)端 程序設(shè)計(jì) TCP 的客戶(hù)端可以 輕松的訪問(wèn) 服務(wù)器端，向 它發(fā)送連接 請(qǐng)求，并且客戶(hù)端也可以接收到來(lái)自服務(wù)器端發(fā)送回來(lái)的數(shù)據(jù)。 TCP 的客戶(hù)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 ]。 （ 2） TCP 的服務(wù)器端程序設(shè)計(jì) TCP 的服務(wù)器端可以輕松的完成對(duì)客戶(hù)端數(shù)據(jù)的發(fā)送，服務(wù)器端可 以快速 的做出客 戶(hù)端的連接 請(qǐng)求反映，并且在 服務(wù)器端可 以輕松的反映 來(lái)自客戶(hù)端的 連接情況，如 連接的 IP、連接時(shí)間、連接 的當(dāng)前狀態(tài)等。 系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)， 首先 應(yīng)保證 uCli nux 系統(tǒng)成功的啟動(dòng)，即系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)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。 最后， 要保證 開(kāi)發(fā)板和宿 主機(jī)的網(wǎng)絡(luò) 連通，即可以 用 pi ng 程序來(lái)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(hù)端 的程序。 設(shè)計(jì)基本流程 設(shè)計(jì)主 要的 目的 是要 設(shè)計(jì) 出面向 連接的 T CP 通信 模塊 。 Soc ke t類(lèi) 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(guò)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(yè) 圖 程序設(shè)計(jì)詳細(xì) 圖解 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 18 頁(yè) 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(gè) 打開(kāi)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(guò)該 Soc ke t實(shí)現(xiàn)的。 常用的 Soc ket 類(lèi)型有兩種 [ 22]：流式 Soc ke t（ SOC K_ STR EAM）和數(shù)據(jù)報(bào)式 Soc ke t（ SOC K_D GR AM）。流 式 主要 面向 連接 Soc ke t，針對(duì)于面向連接的 TC P 服務(wù)應(yīng)用；數(shù)據(jù)報(bào)式 面向 無(wú)連接的 Soc ke t，對(duì)應(yīng)于無(wú)連接的 UDP 服務(wù) 應(yīng)用。 使用 s oc ke t 的數(shù)據(jù)流進(jìn)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(gè)通 信的 端 點(diǎn)， 然后 使用 bi nd( )函數(shù) 綁定 這個(gè) 端點(diǎn) 的地址，最后 服務(wù) 器端使用 lis te n()偵聽(tīng)連接 請(qǐng)求，當(dāng) 遠(yuǎn)程的客戶(hù) 機(jī)使用connec t()連接 lis te n()正在監(jiān) 聽(tīng)的端 口時(shí) ，使用 a cce pt()處理 它。在acc ept()處理了 連接請(qǐng) 求后，將 會(huì)生成 一個(gè)新 的描述這 個(gè)連接 端口的套接字，利用 這個(gè)套接 字就可以 發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)了。 如果 liste n( )一直沒(méi)有偵聽(tīng)到連接請(qǐng)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(qǐng)求到來(lái)。 對(duì)于客戶(hù)機(jī)任務(wù)來(lái)說(shuō)，它也需要先用 s oc ke t()建立一個(gè)通信端 口，但是它不必用 bi nd()把他的本地地址 綁定到這個(gè) 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(qǐng)求 ，如果請(qǐng) 求被接受 ，就可以進(jìn)行通信了。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 19 頁(yè) 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(kāi)發(fā)板上， 然 后嵌入式開(kāi) 發(fā)板才可以 運(yùn)行嵌入式內(nèi) 核。嵌入式開(kāi)發(fā)板按照以下 兩種 方式進(jìn)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(kāi)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(lái)更高的 運(yùn)行速度，因?yàn)?系統(tǒng)只直接 從嵌入式開(kāi)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。設(shè) 計(jì)中 采用這種方式 [2 3 ]。 （ 2）通過(guò)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(shí)候，首先運(yùn)行到建立印象的地址，然 后通過(guò)跳轉(zhuǎn) 指令，直接運(yùn)行 存儲(chǔ)在嵌入式開(kāi)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(lái)的問(wèn)題是，由于 跳轉(zhuǎn)，運(yùn) 行的速度會(huì) 降低，對(duì)于 運(yùn)行速度要 求不高的開(kāi)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(méi)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(chǎng)合 的不同 ，根文件系統(tǒng)也有多種選擇。在目前的嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)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(jiǎn)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(yùn) 行，這樣做的最大的優(yōu)勢(shì)是節(jié)約 R AM 空間 ，提高運(yùn)行速 度。因此， 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(pán)，提供用 戶(hù)接口。 西南科技大學(xué) 工程 碩士學(xué)位論文 第 20 頁(yè) 應(yīng)用程序庫(kù) 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(kù)具有較高的運(yùn)行效率。 gli bc 是 g nu 發(fā)布的 l i bc庫(kù)， 主要是基于 C 語(yǔ)言的，這個(gè)庫(kù)較大而且 比較全面，不適應(yīng) uC li nux。因此需要進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，這就是 uCl i bc 應(yīng)用程序庫(kù)。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(jì)需要。 . 內(nèi)核編譯 嵌 入 式 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 非 常 專(zhuān) 業(yè) 化 ， 功 能 模 塊 相 對(duì) 比 較 單 一 。 隨 著uCl i nux 內(nèi)核版本的升 級(jí)，內(nèi)核功 能越來(lái)越強(qiáng)大 ，體系結(jié)構(gòu) 也越來(lái)越復(fù)雜。由于存儲(chǔ) 空間的限制 ， 為了提 高運(yùn)行性能 ，必須根據(jù) 需要對(duì)內(nèi)核進(jìn)行精簡(jiǎn)，定制 一 個(gè)符合嵌入 式系統(tǒng)的操 作平臺(tái)。 uCl i nux 可以通過(guò)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(yùn)行的復(fù)雜 想，讓系統(tǒng)更 加健壯和安全 。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(jiǎn)練，所占用的存貯 空間也會(huì)很 小。 由于 uCl i nux 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(guò)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)。 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(pán)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(pán)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 。 由于本系統(tǒng)所 用 Sma rtAR M22 0 0 開(kāi)發(fā)板 ，這個(gè)開(kāi) 發(fā)板為 AR M7 的LPC 2 20 0 芯片 ，是 phi li ps 公司設(shè)計(jì)制造的 。 為了適應(yīng)這 個(gè)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(gè)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(yè) 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(shí)候，可以找到 L PC 2 20 0 的選項(xiàng)。 配置 uClinux 安裝完成后，可以通過(guò) ma ke c onfig ， ma ke xc onfig 來(lái)配置 uC li nux，也可以通過(guò) ma ke menuc onfig 來(lái)配 置。 各命令使用范 圍不一樣 ，但效果 是相同的 ，各命令 說(shuō)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(tái)和圖 形終端 make menuconf ig 文本菜中方式，適用于控制臺(tái) 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(tái) 上來(lái) 使用， 也可以通過(guò) 圖形終端 進(jìn)行使 用。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。 配置 uClinux 和文 件系統(tǒng)具體的 操作方法如 下 [2 4 ]： （ 1）通過(guò)已經(jīng)建立的 終端或者控 制臺(tái)， 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(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。如果是第一次編譯則可省略。 執(zhí)行命令： ma ke distclean （ 3） 通過(guò)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(yǔ)句后，將會(huì)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(yè) 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(chē)鍵 E nte r 執(zhí)行命令。 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(kù)設(shè)置，各選項(xiàng)的 含義以及設(shè) 置如表 4. 2 所示。 表 uClinux 中各個(gè)選項(xiàng)的描述 選項(xiàng) 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(kù) uClibc Default all Settings 默認(rèn)設(shè)置 恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置時(shí)選擇 Updata Default 默認(rèn)廠商配置 根據(jù)需要選擇 在設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)系統(tǒng)需求，以及所選用的芯片廠商等信息，進(jìn)行系統(tǒng)的配 置， 主要是根據(jù) 以上信息描 述，進(jìn)行設(shè)置 。 進(jìn)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(yè) 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