基于HMS30C7202嵌入式系統(tǒng)的通信程序設(shè)計(jì)

引言

嵌入式系統(tǒng)是繼IT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小，性能強(qiáng)，功耗低，可靠性高以及面向行業(yè)應(yīng)用的突出特征，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于軍事國(guó)防，消費(fèi)電子，網(wǎng)絡(luò)通信，工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)有著越來(lái)越重要的實(shí)際意義?，F(xiàn)階段Internet的普及，使市場(chǎng)對(duì)嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能和性能提出了更高的要求。8/16位單片機(jī)的速度和內(nèi)存較難滿足嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)要求，因此32位RISC處理器越來(lái)越受到青睞。ARM公司自1990年正式成立以來(lái)，在32位CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，已經(jīng)處于業(yè)界領(lǐng)軍地位，加上其設(shè)計(jì)的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功。

嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通信設(shè)備作為嵌入式系統(tǒng)重要的一個(gè)組成部分具有很強(qiáng)的實(shí)用性和研究?jī)r(jià)值，為遠(yuǎn)程的控制和網(wǎng)內(nèi)信息傳輸提供了一個(gè)很好的手段。本文基于ARM720T內(nèi)核的HMS30C7202嵌入式系統(tǒng)和Redhat9.0操作系統(tǒng)，對(duì)基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式板機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了板機(jī)之間的通信，為以后網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1. HMS30C7202開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介

HMS30C7202是32位高集成度低功耗微處理器，是由ARM720T內(nèi)核和其他一些外圍接口器件組成，支持8K的數(shù)據(jù)與指令Cache，支持段式和頁(yè)式存儲(chǔ)的MMU，寫緩沖器及AMBA接口。HMS30C7202采用0.25mm低功耗CMOS工藝片內(nèi)電壓2.5V，I/O支持3.3V電壓，采用了256管腳QFP/BGA封裝。HMS30C7202片上資源十分豐富，具有極高的集成度，非常適用于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。主要應(yīng)用于PDA，智能電話，個(gè)人音頻設(shè)備等場(chǎng)合。芯片HMS30C7202支持的內(nèi)外圍設(shè)備包括多通道DMA（直接存儲(chǔ)器存取），3個(gè)定時(shí)器和一個(gè)看門狗定時(shí)器，智能中斷控制器，存儲(chǔ)器控制器（如ROM，F(xiàn)lash,SRAM,SDRAM）,電源管理單元LCD控制器，定時(shí)時(shí)鐘（32 .768kHz晶振），紅外通訊接口（支持SIR），4個(gè)串口（兼容16C550），PS2外部鍵盤/鼠標(biāo)接口，2通道PWM接口，矩陣鍵盤控制接口（8*8），普通I/O口，MMC/SMC卡接口，2個(gè)CAN接口，USB接口，片內(nèi)ADC接口模塊（可用于電池檢測(cè)，音頻輸入，觸摸屏），片內(nèi)DAC接口模塊（8bit立體音頻輸出），3個(gè)PLL時(shí)鐘JTAG調(diào)試接口等。

網(wǎng)絡(luò)傳輸是現(xiàn)在最為重要的數(shù)據(jù)傳輸途徑之一，由于HMS30C7202本身并沒(méi)有以太網(wǎng)控制模塊，所以需要一個(gè)與之匹配的控制芯片，比如CS8900，CS8900是單芯片全雙工的以太網(wǎng)控制器，配合必要的數(shù)字和模擬電路合成了完整的以太網(wǎng)電路，其主要結(jié)構(gòu)包括ISA總線接口，802.3MAC，buffer，串行EEPRCM接口和帶有10BABE―T和AUI模擬前端。HMS30C7202通過(guò)操作CS8900的控制寄存器和讀寫CS8900的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的鏈路層連接。

（CS8900與開(kāi)發(fā)板連接示意圖）

2 . TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介

TCP/IP協(xié)議是一組包括TCP (Transfer Controln Protocol)協(xié)議和IP(Internet Protocol)協(xié)議，UDP（User Datagram Protocol）協(xié)議、ICMP（Internet Control Message Protocol）協(xié)議和其他一些協(xié)議的協(xié)議組。

絕大多數(shù)的客戶-服務(wù)器應(yīng)用程序都使用TCP或UDP

TCP（傳輸控制協(xié)議）以連接為基礎(chǔ),也就是說(shuō)兩臺(tái)電腦必須先建立一個(gè)連接,然后才能傳輸數(shù)據(jù)。事實(shí)上，發(fā)送和接收的電腦必須一直互相通訊和聯(lián)系。

UDP（使用者數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）它是一個(gè)無(wú)連接服務(wù)，數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送而不必在兩臺(tái)電腦之間建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。它和有連接的TCP相比，占用帶寬少，但是你不知道你的數(shù)據(jù)是否真正到達(dá)了你的客戶端，而客戶端收到的數(shù)據(jù)也不知道是否還是原來(lái)的發(fā)送順序。

在此次程序的編寫和調(diào)試過(guò)程中我們應(yīng)用TCP協(xié)議。

3. 程序設(shè)計(jì)

此程序設(shè)計(jì)是自動(dòng)售貨機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的重要基礎(chǔ)，是校園網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的組成部分之一。現(xiàn)階段高校內(nèi)部自動(dòng)售貨機(jī)多為投幣消費(fèi)模式，貨幣識(shí)別系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)此種消費(fèi)模式的重要硬件設(shè)備，此設(shè)備成本高，穩(wěn)定性差，制約了自動(dòng)售貨機(jī)的普及。通過(guò)在自動(dòng)售貨機(jī)中嵌入ARM，并實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的刷卡式消費(fèi)，而且可以遠(yuǎn)程查詢自動(dòng)售貨機(jī)的狀態(tài)信息，使管理者及時(shí)掌握自動(dòng)售貨機(jī)的狀態(tài)。所以此程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

此程序設(shè)計(jì)是基于客戶機(jī)和服務(wù)器模式進(jìn)行的(如下圖)。服務(wù)器上建立套接字，綁定后用listen()函數(shù)監(jiān)聽(tīng)綁定端口，通過(guò)accept()函數(shù)準(zhǔn)備接收或發(fā)送信息?？蛻舳送瑯咏⑻捉幼?，但是不綁定端口，直接通過(guò)connect()函數(shù)與服務(wù)器建立連接，進(jìn)而發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。

本文分別以ARM板為服務(wù)器端和客戶端來(lái)介紹具體程序。分別實(shí)現(xiàn)了兩種模式下的TCP通信。即：ARM板作為服務(wù)器端，PC機(jī)作為客戶端。ARM板作為客戶端，PC機(jī)作為服務(wù)器端。用以太網(wǎng)口連接，實(shí)現(xiàn)信息的通訊。

模式一：ARM板作為服務(wù)器端，PC機(jī)作為客戶端。按流程編寫具體程序如下：

#define MYPORT 3490 //服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)的端口

#define BACKLOG 10 //能夠同時(shí)接受的連接數(shù)量

int sockfd，newfd； //在sockfd上進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，用newfd接受新的連接

struct sockaddr_in my_addr； //存放自己的地址信息

struct sockaddr_in their_addr； //存放連接者的地址信息

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)

{

perror("socket");

exit(1);

} //建立套接字，判斷是否出錯(cuò)，如果出錯(cuò)，返回出錯(cuò)信息

my_addr.sin_family = AF_INET; //主機(jī)字節(jié)順序

my_addr.sin_port = htons(MYPORT); //網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //將本機(jī)IP自動(dòng)填充

bzero((my_addr.sin_zero),8); //結(jié)構(gòu)其他部分清零

if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)my_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1)

{

perror("bind");

exit(1);

} //綁定本地IP地址和端口

if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1)

{

perror("listen");

exit(1);

} //監(jiān)聽(tīng)端口

while(1)

{

sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);

if ((new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)their_addr, sin_size)) == -1) {

perror("accept");

continue;

} //返回新的套接字描述符，就是跟遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的連接，第一個(gè)套接字描述符仍然在機(jī)器原來(lái)的哪個(gè)端口listen()

if (!fork()) //建立子進(jìn)程處理連接

if (numbytes=(recv(new_fd, buf, maxdatasize,0)) == -1)

{

perror("recv");

exit(1);

} //接收客戶端發(fā)送的信息進(jìn)緩沖區(qū)

close(newfd)； //關(guān)閉套接字

程序?qū)崿F(xiàn)在ARM板上監(jiān)聽(tīng)3490端口，準(zhǔn)備接收建立連接的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)送來(lái)的信息。printf("Received: %s",buf)；可以顯示緩沖區(qū)中遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)送來(lái)的信息。

模式二：ARM板作為客戶端，PC機(jī)作為服務(wù)器端。按流程編寫程序如下：

#define PORT 3490 //定義遠(yuǎn)程端口信息

#define DEST_IP "210.43.8.21" //定義遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)IP信息

struct sockaddr_in their_addr; //定義結(jié)構(gòu)存放遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)地址

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)

{

perror("socket");

exit(1);

} //建立套接字

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)their_addr,sizeof(struct sockaddr)) == -1)

{

perror("connect");

exit(1);

} //連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)

if ((send(sockfd, "hello,my world!", MAXDATASIZE, 0)) == -1)

{

perror("send");

exit(1);

} //向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)

close(sockfd); //發(fā)送完成關(guān)閉套接字

程序?qū)崿F(xiàn)了從ARM板通過(guò)3490端口連接遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，連接成功后發(fā)送數(shù)據(jù)。

此程序?qū)崿F(xiàn)了板機(jī)之間的信息通訊，為自動(dòng)售貨機(jī)與服務(wù)器之間的通信打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為自動(dòng)售貨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化提供了一個(gè)可行的手段。

4．總結(jié)

TCP/IP協(xié)議已成為目前最為重要的以太網(wǎng)協(xié)議，TCP通信已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)有線通信的主要方式。ARM板既可以作為客戶端也可以作為服務(wù)器端，這種通信方式應(yīng)用廣泛，具有很高的研究?jī)r(jià)值。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)在于對(duì)基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式板機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行了研究，給出了基于TCP協(xié)議的板機(jī)通信程序的編寫方法，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與ARM板的通信。為以后基于網(wǎng)絡(luò)的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和通訊程序開(kāi)發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。