PXA270嵌入式系统在Socket通信的应用

1 引言

英特尔公司于2003年底推出了性能最为强劲的PXA27x系列嵌入式处理器，PXA27x系列嵌入式处理器基于ARMv5E的Xscale核心，最高频率可达624MHz.作为一款性能极其强劲的嵌入式处理器，配合嵌入式Linux或Wince操作系统，PXA270理论上可以支持任何媒体格式，并通过软件升级，支持未来媒体格式。它最初出现在PDA(比如惠普HP4700)和智能手机(如MOTO E680)上。因此它的扩展接口相当丰富，扩展接口有SD/SDIO/MMC、CF/PCMCIA、CMOS/CCD CAMERA、蓝牙、USB1.1、OTG等。

Socket接口是TCP/IP网络的API,socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。

2 系统设计

系统的设计分为服务器端和客户端设计两部分，服务器端为运行Linux操作系统的PC机，客户端为PXA270系统，在该系统中移植和构建Linux嵌入式操作系统，两者通过Switch交换机进行网络通信。

2.1 系统工作原理

在Linux 操作系统中，Socket 属于文件系统的一部分，网络通信可以被看作是对文件的读取。Linux 拥有POSIX 标准库函数，Socket()、Bind()、Sendto()、Recvfrom()等库函数可以方便地实现客户/ 服务器模型中数据的传送与接收。系统设计主要的目的是完成服务器和客户端网络通信的实现。首先启动宿主机和客户机的操作系统Linux,然后每个模块加载网络设备驱动程序，最后通过TCP/IP协议建立双方的通信链路，完成Socket通信，详细情况如图1所示。

2.2 嵌入式TCP/IP协议架构

TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)的简写，中文译名为传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通讯协议，这个协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，简单地说，就是由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成的。TCP/IP定义了电子设备(比如计算机)如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP是一个四层的分层体系结构。高层为传输控制协议，它负责聚集信息或把文件拆分成更小的包。低层是网际协议，它处理每个包的地址部分，使这些包正确的到达目的地。

嵌入式系统作为TCP服务器，在三次握手建立连接的过程中，嵌入式系统作为监听状态的服务器，处于LISTEN状态，等待对方发起连接。当它接收到SYN数据片，立即发出SYN+ACK的数据片确认收到对方的SYN,此时变为SYN_ RECEIVED状态。再接收到对方返回的一个包含ACK的空数据片则三次握手完成，进入ESTABLISHED状态，最后进行TCP数据通讯。

图1 系统的原理示意图

嵌入式系统建立连接时初始化序列号，然后根据对方发包中的值来确定序列号，不记忆序列号，不能识别重复报文。嵌入式服务器仅仅在服务器端响应客户端的请求，接收一个发送一个确认回答，不考虑失序问题。同时接收到TCP请求后，将存储于发送缓冲区中的数据立即发送即可，只需一个数据包就能完成，也不需考虑失序问题。

因为嵌入式系统采用滑动窗口为1的传输方式，即发送一次数据包就等待返回应答，因此当接收不到确认包，就认为自己发送的包丢失，直接发送上次发送的数据。TCP的连接中，当客户机异常导致连接崩溃时，嵌入式系统发数据时会被回复复位信号，回到初始状态。嵌入式TCP/IP协议如图2所示。

嵌入式系统是"控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置"(devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants)。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

3 客户端/服务器端功能设计

在TCP/IP网络中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式，即客户端向服务器端发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求方式。

图2 嵌入式TCP/IP图解

3.1 客户端程序设计

socket是面向客户/服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的socket系统调用。客户随机申请一个socket(相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫)，系统为之分配一个socket号;服务器拥有全局公认的socket,任何客户都可以向它发出连接请求和信息请