基于PXA270嵌入式系統(tǒng)的Socket通信設計

1  引言
    PXA270 是Intel 公司的一款基于XScale 架構(gòu)的高集成度高性能嵌入式處理器，采用ARMv5TE內(nèi)核，包含了Intel的SpeedStep 技術(shù)，優(yōu)化了處理器的功耗，可以動態(tài)調(diào)節(jié) CPU 的電壓和頻率來節(jié)省電源的功耗。支持多種嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks等。
    Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡層的API，定義了許多函數(shù)和例程，可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡層的應用程序。網(wǎng)絡的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，具有一個類似于打開文件的函數(shù)調(diào)用Socket（），該函數(shù)返回一個整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^該Socket實現(xiàn)的。
2 系統(tǒng)設計
    系統(tǒng)的設計分為服務器端和客戶端設計兩部分，服務器端為運行Linux操作系統(tǒng)的PC機，客戶端為PXA270系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中移植和構(gòu)建Linux嵌入式操作系統(tǒng)，兩者通過Switch交換機進行網(wǎng)絡通信。
2.1 系統(tǒng)工作原理
    在Linux 操作系統(tǒng)中，Socket 屬于文件系統(tǒng)的一部分，網(wǎng)絡通信可以被看作是對文件的讀取。Linux 擁有POSIX 標準庫函數(shù)，Socket（）、Bind（）、Sendto（）、Recvfrom（）等庫函數(shù)可以方便地實現(xiàn)客戶/ 服務器模型中數(shù)據(jù)的傳送與接收。系統(tǒng)設計主要的目的是完成服務器和客戶端網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)。首先啟動宿主機和客戶機的操作系統(tǒng)Linux，然后每個模塊加載網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序，最后通過TCP/IP協(xié)議建立雙方的通信鏈路，完成Socket通信，詳細情況如圖1所示。
2.2  嵌入式TCP/IP協(xié)議架構(gòu)
    嵌入式系統(tǒng)作為TCP服務器，在三次握手建立連接的過程中，嵌入式系統(tǒng)作為監(jiān)聽狀態(tài)的服務器，處于LISTEN狀態(tài)，等待對方發(fā)起連接。當它接收到SYN數(shù)據(jù)片，立即發(fā)出SYN+ACK的數(shù)據(jù)片確認收到對方的SYN，此時變?yōu)镾YN_ RECEIVED狀態(tài)。再接收到對方返回的一個包含ACK的空數(shù)據(jù)片則三次握手完成，進入ESTABLISHED狀態(tài)，最后進行TCP數(shù)據(jù)通訊。

圖1  系統(tǒng)的原理示意圖
    嵌入式系統(tǒng)建立連接時初始化序列號，然后根據(jù)對方發(fā)包中的值來確定序列號，不記憶序列號，不能識別重復報文。嵌入式服務器僅僅在服務器端響應客戶端的請求，接收一個發(fā)送一個確認回答，不考慮失序問題。同時接收到TCP請求后，將存儲于發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)立即發(fā)送即可，只需一個數(shù)據(jù)包就能完成，也不需考慮失序問題。
    因為嵌入式系統(tǒng)采用滑動窗口為1的傳輸方式，即發(fā)送一次數(shù)據(jù)包就等待返回應答，因此當接收不到確認包，就認為自己發(fā)送的包丟失，直接發(fā)送上次發(fā)送的數(shù)據(jù)。TCP的連接中，當客戶機異常導致連接崩潰時，嵌入式系統(tǒng)發(fā)數(shù)據(jù)時會被回復復位信號，回到初始狀態(tài)。嵌入式TCP/IP協(xié)議如圖2所示。
3  客戶端/服務器端功能設計
    在TCP/IP網(wǎng)絡中，通信的兩個進程間相互作用的主要模式是客戶/服務器模式，即客戶端向服務器端發(fā)出服務請求，服務器接收到請求后，提供相應的服務?？蛻?服務器模式在操作過程中采取的是主動請求方式。

圖2  嵌入式TCP/IP圖解[!--empirenews.page--]
3.1  客戶端程序設計
    客戶端可以向服務器端發(fā)送連接請求，并且客戶端也可以接收到來自服務器端發(fā)送回來的數(shù)據(jù)。客戶端可以判斷當前自己的工作狀態(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?？蛻舳顺绦蛟O計主要按以下的步驟完成函數(shù)的調(diào)用：
    ①建立自己的Socket（并驗證建立成功）；
    ②啟動連接（并驗證建立成功）；
    ③返回連接信息；
    ④接收收到的數(shù)據(jù)；
    ⑤判斷數(shù)據(jù)的屬性。
    客戶端程序設計的程序基本流程如圖3所示。

圖3  客戶端程序簡單示意圖
    客戶端打開通信通道，并連接到服務器所在主機的特定端口，向服務器發(fā)送請求報文，等待并接收應答，請求結(jié)束后關閉通信通道并終止通信。客戶端主要程序如下：
    Int main（int argc，char *argv[]）
    if（argc!=3）
    printf（"error!!!please enter the remote IP and PORT please!!! the form like 192.168.0.* 4000n"）；                           
    mysocket=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）；    //建立一個套接字
    if（mysocket==-1）
    printf（"error!!! failed to created the new socket，program end heren"）；
    printf（"OK-- you have successful created a socket named mysocketn"）；
    return（0）；         //socket 建立不成功，回初始位置
    connectcheck=connect（mysocket，（struct sockaddr*）&addr_remote，sizeof（struct sockaddr））；
    //調(diào)用connect函數(shù)連接服務器端
    if（connectcheck==-1）
    printf（"error!!!sorry you have failed to connect the remote server!!try again !program end heren"）；
   // connect不成功回初始位置
    printf（"OK-- Now you have successful connect the server，this server IP =%s，and it‘s PORT =%s，now you can communicat with this server!!!!!!!n "，argv[1]，argv[2]）
    //打印服務器IP地址和端口號
    while（1）
    bzero（gotbuffer，long）；
    number=recv（mysocket，gotbuffer，long，0）；       
    //調(diào)用阻塞函數(shù)
    if（number==-1）
    printf（"error!!! some thing wrong !let you can not got the data form server，program end heren"）；
    return（0）；
    gotbuffer[number]=‘