引言
Linux是一種很受歡迎的操作系統,與UNIX系統兼容,開放源代碼。它原本被設計為桌面系統,現在廣泛應用于嵌入式設備。uCLinux正是在這種氛圍下產生的。在uCLinux這個英文單詞中,u表示Micro,是“小”的意思;C表示Control,是“控制”的意思,所以uCLinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是“針對微控制領域而設計的Linux系統”。它也是針對無MMU(內存管理單元模塊)的微處理器設計的操作系統。S3C4510B就是屬于該類的微處理器。
Samsung公司的S3C4510B是基于以太網應用系統高性價比16/32位RISC微控制器,內含一個由ARM公司設計16/32位ARM7TDMI RISC處理器核。ARM7TDMI為低功耗、高性能的16/32核,最適合用于對價格及功耗敏感的應用場合。除了ARM7TDMI核以外,S3C4510B還有許多重要的片內外圍功能模塊,其中就有1個以太網控制器,用于S3C4510B系統與其它設備的網絡通信工程。在S3C4510B的網絡控制平臺上移植了uCLinux操作系統,并在這個嵌入式平臺上實現網絡控制的各項功能。本文的敘述的網絡通信工程就是其中最主要的功能。
1 基于S3C4510B以太網電路的設計思路與實現
作為一款優秀的網絡控制器,基于S3C4510B的系統若沒有以太網接口,其應用價值就會大打折扣,因此,就整個系統而言,以太網接口電路應是必不可少的,但同時也是相對較復雜的。從硬件的角度看,以太網接口電路主要由MAC控制器和物理層接口(Physical Layer,PHY)兩大部分構成。
S3C4510B內嵌一個以太網控制器,支持媒體獨立接口(Media Independent Interface,MII)和帶緩沖DMA接口(Buffered DMA Interface,BDI),可在半雙工或全雙工模式下提供情報0M/100Mbps的以太網接入。在半雙工模式下,控制器支持CSMA/CD協議,在全雙工模式下支持IEEE802.3MAC控制層協議。因此,S3C4510B內部實際上已包含了以太網MAC控制,但并未提供物理層接口,故需外接一片物理層芯片,以提供以太網的接入通道。
常用的單口10M/100Mbps高速以太網物理層接口器件主要有RTL8201、DM9161等,均提供MII接口和傳統7線制網絡接口,可方便地與S3C4510B接口。以太網物理層接口器件主要功能一般包括:物理編碼子層、物理媒體附件、雙絞線物理媒體子層、10BASE-TX編碼/解碼器和雙絞線媒體訪問單元等。
在該設計中,使用DP9161作為以太網的物理層接口。DM9161是一款低功耗、高性能的CMOS芯片,支持10M和100M的以太網傳輸,它起編碼、譯碼輸入和輸出數據的作用。它與S3C4510B的引腳連線如圖圖1所示。
由于S3C4510B片內已民用有帶MII接口的MAC控制器,而DM9161也提供了MII接口,各種信號的定義也很明確,因此DM9161與S3C4510B的連接時序銜接,可以達到很好的網絡信號傳遞的目的。圖2為DM9161在本系統中的實際應用電路(圖中右下方的1、2、3以及14、15、16分別與網絡隔離變壓器相應引腳相連)。
S3C4510B的MAC控制器可通過MDC/MDIO管理接口控制多達斡爾1個DM9161,每個DM9161應有不同的PHY地址(可從00001B~11111B)。當系統復位時,DM9161鎖存引腳9、10、12、13、15的初始狀態作為與S3C4510B管理接口通信工程的PHY地址;但該地址不能設為00000B,否則DM9161進入掉電模式。
信號的發送和接收端應通過網絡隔離變壓器和RJ45接口接入傳輸媒體,實際應用電路如圖書室所示。
圖2
2 Linux下的網絡編程協議分析
Linux下的TCP/IP網絡協議棧的各層之間是通過一系列互相連接層的軟件來實現Internet地址族的,結構層次如圖4所示。
其中BSD socket層由專門用來處理BSD socket的通用套接字管理軟件來處理,它由INET socket層來支持。INET socket為基于IP的協議TCP和UDP管理傳輸端點。UDP(用戶數據報協議)是一個無連接協議,而TCP(傳輸控制協議)是一個可靠的端對端協議。傳輸UDP包的時候,Linux不知道也不關心它們是否安全到達了目的地。TCP則不同。在TCP連接的兩端都需要加上一個編號,以保證傳輸的數據被正確接收。在IP層,實現了Internet協議代碼,這些代碼要給傳輸的數據加上一個IP頭,并且知道如何把傳入的IP包送給TCP或者UDP協議。在IP層以下,就是網絡設備來支持所有的Linux網絡工作,如PLIP、SLIP和以太網。
3 uClinux環境下的socket編程
網絡的socket數據b傳輸是一種特殊的I/O,socket也是一種文件描述符,也具有一個類似文件的函數調用socket()。該函數返回一個整型的socket描述符,隨后的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該socket函數實現的。常用的socket類型有兩種:流式socket和數據報式socket。兩者的區別在于:前者對應于TCP服務,后者對應于UDP服務。
3.1 uCLinux中socket編程中用到的函數
(1) socket函數
為了執行I/O,一個進程必須做的第一件事情就是調用socket函數,指定期望的通信協議類型(使用IPv4的TCP、使用IPv6的UDP、Unix域字節流協議等),其函數結構如下:int socket(int family,int type,int protocol);
/*返回:非負描述字—成功,-1—出錯*/
代碼中的family指明協議族。套接口的類型type是某個常值。一般來說,函數socket的參數protocol主設置為0,socket函數成功時返回一個小的非負整數值。為了得到這個數值,我們指定協議族(IPv4IP、v6或Unix)和套接口類型(字節流、數據報或原始套接口)。
(2)connect函數
TCP客戶用connect函數來建立一個與TCP服務器的連接。
Int connect(int sockfd,const struct sockaddr* servaddr,socklen_t addrlen);/*返回:0—成功,-1—出錯*/
Sockfd由socket函數返回數值,第二、第三個參數分別是一個批晌套接口地址結構的指針和該結構的大小。套接口葉址結構必須含有服務器的IP地址和端口號。
(3)bind函數
函數bind給套接口分配一個本地協議地址。對于網際協議,協議地址是非顛倒2位IPv4地址16位的TCP或UDP端口號的組合。
Int bind(int sockfd,const struct sockaddr* myaddr,socklen_t addrlen);/*返回:0—成功,-1—出錯*/
第二個參數量個指向特定于協議地址結構的指針,第三個參數是該地址結構的長度。對于TCP,調用函數bind可以指定一個端口,指定一個IP地址。可以兩者都指定,也可以一個也不指定。
(4)listen函數
函數listen僅被除數TCP服務器調用。它做兩件事件事情,當函數socket創建一個套接口時,被假設為一個主動套接口。也就是說,它是一個將調用connect發起連接的客戶套接口,函數listen將未連接的套接口轉換成被動套接口,指示內核應接受指向此套接口的連接請求。根據TCP狀態轉換調用函數listen導致套接口從CLOSED狀態轉換到LISEN狀態。函數的第二個參數規定了內核為此套接口排隊的最大連接個數。
Int listen(int sockfd,int backlog);
/*返回:0—成功,-1—出錯*/
一般來說,此函數應在調用函數socket和bind之后,調用函數accept之前調用。
(5)accept函數
accept函數由TCP服務器調用,從已完成連接隊列頭返回下一個已完成連接。若已完成連接隊列為空,則進程睡眠。(假定套接口噗缺省的阻塞方式)
int accept(int sockfd,struct sockaddr*cliaddr,socklen_t*addrlen);/*返回非負數值—OK,-1—出錯*/
參數cliaddr和addrlen用來返回連接對方進程(客戶)的協議地址。Addrlen是結果參數,調用前,將由*addrlen所指示的整數值置為由cliaddr所旨的套接口地址結構的長度,返回時,此整數值即為由內核存在此套接口地址結構內的準確字節數。
3.2 uClinux中網絡通信編程的實現
在uCLinux中進行socket編程,一般按照圖書資料所示流程編寫網絡應用程序。
除了熟悉前文提出的函數外,還應知道兩個重要的數據結構。因為在計算機中,數據存儲有兩種字節優先順序:高位字節優先和低位字節優先。在互聯網上,數據是以高位字節優先順序傳輸的,所以對于在內部以低位字節優先方式存儲的數據,需要進行轉換才能在互聯網上傳輸。
*struct sockaddr:用來保存socket信息
struct sockaddr{unsigned short sa_family;/*地址族,AF_xxx*/
char sa_data[14]; /*14字節的協議地址*/};
*struct sockaddr_in;和來進行數據類型的轉換
struct sockaddr_in{
short int sin_family; /*地址族*/
unsigned short int sin_port; /*端口號*/
sruct in_addr sin_addr; /*IP地址*/
unsigned cha sin_zero[8]; /*填充0,以保持與struct sockaddr同樣大小*/};
至此,可經編出uCLinux的網絡通信工程程序。在此給出部分uCLinux下實現網絡通信源代碼及其Makefile文件的編寫實例。
main()函數中部分代碼如下:
int sockfd;
unsigned int uiip;
char szsendbuf[1024];
char head[8];
int*phead=head+4,nsize=1024,allsize=0;
struct sockaddr_in servaddr;
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*創建socket*/
bzero(&servaddr,sizeof(struct sockaddr_in));
servaddr.sin_family=AF_INET;
servaddr.sin_port=8888;//htons(8888); /*指定通信端口*/將命令行輸入的字符串IP轉換為connect函數可識別的整數uiip。本來在Linux上開發時可以使用C庫函數inet_pton(),但在uCLinux的庫中不支持該函數,因此只好自己實現該函數的功能。
aiptoi()如下所示:
aiptoi(argv[1],&uiip);
servaddr.sin_addr.s_addr=uiip; /*指定連接的對端IP*/
connect(sockfd,(struct sockaddr)&servaddr,sizeof(struct sockaddr));
/*連接對端接收代碼*/
fp=fopen("kongzhi.htm","r"); /*打開控制頁面*/
while(nsize==1024)
{bzero(szsendbuf,1024); /*每次從文件中讀取巧024個字節發送出去,若讀出少于1024字節結束*/
nsize=phead=fread(szsendbuf,1,1024,fp);/*從文件中讀取并填入發送BUFFER中*/
write(sockfd,head,8);/*發送協議頭*/
nsize=write(sockfd,szsendbuf,nsize);/*發送*/}
fclose(fp);
uCLinux中的Makefile需做的修改如下:
CC=gcc
COFF2FLAT=/uclinux/coff2flt-0.3/coff2flt
CFLAGS=-I/uclinux/uC-libc-pic/include
LDFLAGS=/uclinux/uC-libc-pic/libc.a
ethernet:Ethernet.o
$(CC)-o $@.coff ethernet.c $(CFLAGS)$(LDFLAGS)
$(COFF2FLAT)-o Ethernet ethernet.coff
cp Ethernet /Ethernet
clean:
rm -f Ethernet Ethernet.o
需要注意的是:①uCLinux中不帶有pthread庫,在編寫網絡程序要切記;②在uCLinux環境下,處理器(硬件)和內核黃素(軟件)均不提供內存管理機制,所以程序的地址空間等同于內存的物理地址空間。在程序中可直接對I/O地址進行操作,而不需要申請和釋放I/O空間,但需要用戶自己來檢查所操作的I/O地址的占用情況。
結語
由于網絡通信工程廣泛應用在嵌入式設備中,以往的文章只是泛泛地敘述網絡通信設計的某一個方面。本文結合實際工程項目,從硬件電路的搭建、應用軟件的設計要點。這對于在嵌入式設備中,特別是基于uCLinux的系統中應用網絡通信有重要的參考意義。
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2009-12-05 16:25:4925 結合嵌入式實時系統VxWorks實現網絡通信系統的實際應用,以其中有連接的TCP、無連接的UDP通信為例,討論了在VxWorks下實現設備操作和網絡通信的關鍵技術和相應的機制,給出了軟
2010-01-11 09:52:2128 提出一種基于ARM 微處理器S3C4510B 和uClinux 操作系統的嵌入式路由器的設計方案。首先簡單介紹了Netlink 套接字,然后分析嵌入式路由器的基本構成和主要功能,并在此基礎上提出路由
2010-01-13 15:47:1639 使用嵌入式微處理器S3C4510B內部包含的HDLC控制器封裝和解析HDLC協議,微處理器既可實現系統功能,又可完成HDLC協議的數據傳輸,降低了設計的復雜度。本設計已應用于微波網絡管理
2010-07-08 15:26:2746 基于S3C4510B嵌入式系統CF卡高速存儲技術
2010-08-23 17:16:3721 基于S3C4510B的系統設計 arm開發詳解全集
1991 年ARM 公司成立于英
2010-02-09 14:22:44766 什么是汽車的網絡通信系統
在保證正常駕駛情況下,網絡通信
2010-03-17 13:39:373188 什么是網絡通信優先級
網絡通信優先級在概念上很簡單:重要網絡通信獲得高于次要網絡通信的優先權。但這引出了一系列有趣的問
2010-04-03 16:41:382887 摘要:本文討論了基于ARM的嵌入式操作系統uClinux及其應用開發設計及實現。在32位ARM核的微處理器S3C4510B的硬件平臺上
2010-07-21 15:14:30832 本文介紹S3C4510B型ARM微處理器最小系統的構建,并給出系統外圍相關器件的選型。
2011-08-19 14:33:082778 高速電路板S3C4510B的PCB圖,好東西,喜歡的朋友可以下載來學習。
2016-01-18 15:31:050 網絡通信七層,講解了網絡7層定義及理論,很好的學習資料。
2016-03-15 13:49:5612 工業網絡通信技術,網絡通信學習的好資料,值得下載哦。
2016-03-21 16:56:3522 內存對齊對網絡通信程序的影響,網絡通信的技術資料,很好很實用。
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2016-03-28 10:35:137 網絡通信過程中的故障排除,網絡通信的技術資料,很好很實用。
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2016-03-28 10:29:579 網絡通信平臺的內存使用,網絡通信的技術資料,很好很實用。
2016-03-28 10:25:2417 網絡通信系統的控制技術,網絡通信的技術資料,很好很實用。
2016-03-28 10:23:2811 TD-SCDMA網絡通信,網絡通信基礎資料,快來學習吧
2016-04-13 16:40:5814 使用JAVA編寫網絡通信程序,網絡通信基礎資料,快來學習吧
2016-04-13 16:40:5815 比較實用的設計開發資料
2016-12-20 21:52:2611 S3C4510B的開發板(原理圖和PCB)
2018-01-19 10:22:3427 分享到 μClinux 移植到基于 S3C4510B 處理器目標板上的方法與過程。首先介紹了S3C4510B處理器和μClinux,并簡單說明了如何搭建移植環境,然后著重討論了在該開發板
2018-04-10 11:17:002214 三星16/32位ARM處理器S3C4510B是目前在國內應用非常廣泛的一種性價比很高的ARM處理器,本文在介紹S3C4510B中HDLC通道結構特點的基礎上,詳細說明了4510中HDLC通道在DMA
2018-04-05 11:44:001128 三星公司針對arm7開發的S3C4510B是目前業界使用非常頻繁的一款芯片。它的強大功能使其成為基于諸多傳統的51等系列單片機開發思想的終結者。通過對它移植uClinux操作系統,猶如為虎添翼。穩定的Linux系統和強大的S3C4510B硬件緊密結合,形成了一個強大的開發平臺,帶來了嶄新的開發理念。
2018-04-06 02:47:004966 。它的強大功能使其成為基于諸多傳統的51等系列單片機開發思想的終結者。通過對它移植uClinux操作系統,猶如為虎添翼。穩定的Linux系統和強大的S3C4510B硬件緊密結合,形成了一個強大的開發
2020-10-04 17:33:001678 Micro,是“小”的意思;C表示Control,是“控制”的意思,所以uCLinux就是Micro-Control-Linux,字面上的理解就是“針對微控制領域而設計的Linux系統”。它也是針對無MMU(內存管理單元模塊)的微處理器設計的操作系統。S3C4510B就是屬于該類的微處理器。
2020-10-04 17:37:001672 電子發燒友網為你提供基于S3C4510B的USB主控器驅動設計資料下載的電子資料下載,更有其他相關的電路圖、源代碼、課件教程、中文資料、英文資料、參考設計、用戶指南、解決方案等資料,希望可以幫助到廣大的電子工程師們。
2021-04-13 08:46:2910 基于ARM的S3C4510B的開發板原理圖下載
2021-04-26 11:17:284 網絡通信可以分為兩大類:客戶端準客戶端(C/S)和Peer-To-Peer(P2P)網絡通信。其中,客戶端/服務器式網絡通信是指傳統的客戶端/服務器網絡模型,客戶端通常指瀏覽器或其他用戶端,服務器則提供網絡服務,如文件共享等,用于為客戶端提供服務。
2023-05-08 15:12:491427 介紹S3C4510B型ARM微處理器和基于該處理器設計的最小系統,概述該系統外圍應用電路的選型,以便使用者自行設計開發。
2023-07-23 15:17:02494 電子發燒友網站提供《ARM應用系統開發詳解——基于S3C4510B的系統設計.rar》資料免費下載
2023-11-08 15:35:360 5G網絡通信有哪些技術痛點?光耦技術在5G網絡通信的應用? 5G網絡通信的技術痛點: 1. 頻譜資源短缺:5G通信需要更高的頻譜資源來支持更大的數據傳輸量和更高的速度,但是目前無線通信頻譜資源已經
2024-02-18 17:13:30361
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