隨著微電子技術的不斷創新和發展，嵌入式系統已經廣泛滲透到科學研究、工程設計、國防軍事、自動化控制領域以及人們日常生活的方方面面。由嵌入式微控制器組成的系統其最明顯的優勢就是可以嵌入到任何微型或小型儀器和設備中。

嵌入式系統是指將應用程序、操作系統與計算機硬件集成在一起的系統。它以應用為中心、以計算機技術為基礎，而且軟硬件可以裁剪，因而是能滿足應用系統對功能、可靠性、成本、體積和功耗的嚴格要求的專用計算機系統１。嵌入式系統與通信、網絡技術的結合可以極大地增強網絡的智能化與靈活性，拓展通信功能，從而實現各種通信系統之間的互聯互通。本文給出一種適合于中／低端應用的通信平臺設計方案，它可支持ｅｔｈｅｒｎｅｔ網絡之間的數據傳輸，并且具有ｒｓ２３２、 ｒｓ４８５、 ｕｓｂ等接口。文中圍繞嵌入式ｕｃｌｉｎｕｘ環境設計了基于嵌入式通信微處理器ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ的硬件通信平臺，從而實現了嵌入式ｓｏｃｋｅｔ通信。

１ 嵌入式網絡通信系統結構

作為一類特殊的計算機系統， 嵌入式系統通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統和嵌入式應用軟件等幾大部分組成。嵌入式處理器是嵌入式系統的核心部件，它可分為嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式ｄｓｐ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）和高度集成的嵌入式ｓｏｃ（ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｃｈｉｐ）。嵌入式外圍設備是指嵌入式硬件系統中除中心控制部件以外的存儲、通信、保護、調試、顯示等其它輔助部件。嵌入式操作系統一般在比較大型或需要多任務的應用場合才考慮使用，它可方便嵌入式應用軟件的設計，大大提高嵌入式系統的功能，但同時也要占用寶貴的嵌入式資源。嵌入式應用軟件和普通的應用軟件有一定的區別，它是針對特定的實際專業領域、基于相應的嵌入式硬件平臺、能完成用戶預期任務的計算機軟件。

嵌入式處理器有許多種流行的處理器核，本文主要介紹采用ｓａｍｓｕｎｇ公司基于ａｒｍ公司３２位ｒｉｓｃ的ａｒｍ７ｔｄｍｉ核的ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ處理器來進行ｓｏｃｋｅｔ通信的軟硬件平臺的設計和實現方法。

ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ是高性價比、高性能的微控制器，它采用ａｒｍ７ｔｄｍｉ核，可工作在６６ｍｈｚ。ａｒｍ７ｔｄｍｉ是一種３２位嵌入式ｒｉｓｃ處理器，但也配備了１６位壓縮指令集ｔｈｕｍｂ。它支持片上調試，允許處理器響應調試請求暫停，芯片內的增強型乘法器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）可進行兩個３２位數相乘從而直接產生６４位結果，也可為嵌入式ｉｃｅ硬件提供片上斷點和調試點支持。此外，它還可以提供三級流水線及馮?諾依曼結構。實際上，ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ已在ａｒｍ７ｔｄｍｉ內容基礎上擴展了一系列完整的通用外圍器件。圖１所示是一種嵌入式網絡通信系統的硬件體系結構。

２ 外圍電路設計

作為優秀的網絡控制器，基于ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ處理器的系統必須要有一個與之匹配的控制芯片。這里，筆者選用了ｃｉｒｒｕｓ ｌｏｇｉｃ公司的ｃｓ８９００ａ。ｃｓ８９００ａ是一個單芯片全雙工的以太網解決方案，片內集成了用于完成以太網電路所必需的所有模擬和數字電路。圖２為系統中的ｃｓ８９００ａ以太網接口電路。圖中的信號發送和接收端通過網絡隔離變壓器和ｒｊ４５接口接入傳輸媒體。另外，為了系統能夠正常工作，還需要外接一個２０ｍｈｚ的晶振。

本系統的軟件是基于嵌入式操作系統ｕｃｌｉｎｕｘ而設計的。ｕｃｌｉｎｕｘ是一個完全符合ｇｎｕ／ｇｐｌ公約的操作系統，它與ｕｎｉｘ系統兼容，其代碼完全開放。ｕｃｌｉｎｕｘ是在標準ｌｉｎｕｘ基礎上進行適當裁剪和優化后的操作系統，ｕｃｌｉｎｕｘ是一個高度優化、代碼緊湊的ｌｉｎｕｘ的嵌入式子集。雖然體積很小，但仍然保留了ｌｉｎｕｘ的大多數優點，如：穩定、良好的移植性；優秀的網絡功能；對各種文件系統的完備支持，以及標準豐富的ａｐｉ等。ｕｃｌｉｎｕｘ是專門面向沒有存儲器管理單元（ｍｍｕ）的處理器的嵌入式操作系統，并且專為嵌入式系統做了許多小型化工作，它可以直接在ｆｌａｓｈ上運行，也可以加載到內存中運行。ｕ-ｃｌｉｕｎｘ帶有一個完整的ｔｃｐ／ｉｐ協議，同時也支持其他許多網絡協議，對于嵌入式系統來說，它是一個網絡完備的操作系統，因此得到了廣泛的應用。

; ｓｏｃｋｅｔ即“套接字”，表示網絡通信進程的ｉｄ。最常用的有流式套接字和數據報套接字兩種。在ｌｉｎｕｘ中，分別稱為“ｓｏｃｋ ｓｔｒｅａｍ”和“ｓｏｃｋ ｄｇｒａｍ”。經裁剪的ｕｃｌｉｎｕｘ保留了ｌｉｎｕｘ中的大部分ｓｏｃｋｅｔ庫函數。基于ｓ３ｃ４４ｂ０ｘ處理器的嵌入式ｓｏｃｋｅｔ通信所要調用的主要庫函數如下：

(１)ｓｏｃｋｅｔ ｉｎｔ ｓｏｃｋｅｔ(ｉｎｔ ｄｏｍａｉｎｉｎｔ ｔｙｐｅｉｎｔ ｐｒｏｔｏ-ｃｏｌ)
此函數用來建立一個新的ｓｏｃｋｅｔ，以通知系統建立一個通信端口。函數中的ｄｏｍａｉｎ參數用于指定使用何種地址類型；ｔｙｐｅ參數用于指定套接字類型；ｐｒｏｔｏｃｏｌ參數通常為０，表示使用默認協議。

(２)ｂｉｎｄ ｉｎｔ ｂｉｎｄ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＊ ｍｙａｄｄｒ,ｉｎｔ ａｄｄｒｌｅｎ)
ｂｉｎｄ函數可把ｓｏｃｋｅｔ返回的套接字端口與網絡上的物理位置相關聯。其中ｓｏｃｋｆｄ參數是函數ｓｏｃｋｅｔ返回的套接字描述符；ｍｙａｄｄｒ參數是本地地址；ａｄ-ｄｒｌｅｎ參數是套接字地址結構的長度。服務器和客戶機都可以調用函數ｂｉｎｄ來綁定套接字地址，但一般是由服務器調用函數ｂｉｎｄ來綁定自己的公認端口號。 (３)ｌｉｓｔｅｎ ｉｎｔ ｌｉｓｔｅｎ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｉｎｔ ｂａｃｋｌｏｇ)
利用該函數可以使ｓｏｃｋｅｔ端口接受從客戶機發送來的連接請求。ｂａｃｋｌｏｇ參數是所能接受的客戶機的最大數目。對ｓｏｃｋｅｔ、ｂｉｎｄ、ｌｉｓｔｅｎ三個函數的綜合調用最終可在服務器上產生一個能接受客戶機請求的監聽文件描述符ｓｏｃｋｆｄ。

(４)ａｃｃｅｐｔ ｉｎｔ ａｃｃｅｐｔ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ＊ａｄｄｒｅｓｓ,ｉｎｔ＊ａｄｄｒｅｓｓ_ｌｅｎ)
當有客戶機發出連接請求時，此函數初始化這個連接。其中參數ａｄｄｒｅｓｓ用來存儲客戶機的信息，此信息由ａｃｃｅｐｔ填入。當與客戶機連接時，客戶機的地址與端口將填到此處；ａｄｄｒｅｓｓ ｌｅｎ是客戶機地址長度的字節數，也由ａｃｃｅｐｔ填入。

(５)ｃｏｎｎｅｃｔ ｉｎｔ ｃｏｎｎｅｃｔ(ｉｎｔ ｓｏｃｋｆｄ,ｓｔｒｕｃｔ ｓｏｃｋａｄｄｒ ＊ａｄｄｒｅｓｓ,ｓｉｚｅ_ｔ ａｄｄｒｅｓｓ_ｌｅｎ)

客戶機調用ｓｏｃｋｅｔ建立傳輸端口后，接著將調用ｃｏｎｎｅｃｔ函數來建立與遠程服務器相連的連接線路。此函數的參數調用同ｂｉｎｄ。

本文設計的ｓｏｃｋｅｔ通信采用ｓｅｒｖｅｒ／ｃｌｉｅｎｔ模式，即服務器端的應用程序用于接受客戶端的連接請求、接收客戶端的信息、處理客戶端的計算請求、向客戶端發送計算結果以及應答信息等。客戶端的應用程序用于申請與服務器的連接、向服務器發送計算請求、處理服務器發回的計算結果和其它信息。

服務器在創建一個ｓｏｃｋｅｔ后，接著會將該ｓｏｃｋｅｔ與本地地址／端口號進行捆綁，成功之后就在相應的ｓｏｃｋｅｔ上監聽，當ａｃｃｐｅｔ捕捉到一個連接服務請求時，即完成一個新的連接，稍后可向客戶端發送數據。