中國(guó)最好的嵌入式培訓(xùn)學(xué)校_淺談嵌入式系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信模塊的實(shí)現(xiàn)

小嵌

中國(guó)最好的嵌入式培訓(xùn)學(xué)校_淺談嵌入式系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信模塊的實(shí)現(xiàn),   

  



嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、對(duì)可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1. VxWorks中的網(wǎng)絡(luò)通信原理

1.1 VxWorks的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

VxWorks 是美國(guó) Wind River System 公司（ 以下簡(jiǎn)稱風(fēng)河 公司 ，即 WRS 公司）推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Tornado 是WRS 公司推出的一套實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，類似Microsoft Visual C，但是提供了更豐富的調(diào)試、仿真環(huán)境和工具。它提供了對(duì)其它VxWorks系統(tǒng)和TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的“透明“訪問(wèn)，包括與BSD套接字兼容的編程接口，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC），SNMP（可選項(xiàng)），遠(yuǎn)程文件訪問(wèn)（包括客戶端和服務(wù)端的NFS機(jī)制以及使用RSH，F(xiàn)TP 或 TFTP的非NFS機(jī)制）以及BOOTP 和代理ARP、DHCP、DNS、OSPF、RIP。無(wú)論是松耦合的串行線路、標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)連接還是緊耦合的利用共享內(nèi)存的背板總線，所有的 VxWorks 網(wǎng)絡(luò)機(jī)制都遵循標(biāo)準(zhǔn)的 Internet 協(xié)議。

在傳輸媒介上，VxWorks使用TCP/IP和UDP/IP協(xié)議作為VxWorks進(jìn)程與其他主機(jī)環(huán)境進(jìn)程之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ�。VxWorks的所有網(wǎng)絡(luò)機(jī)制都遵循標(biāo)準(zhǔn)的Internet協(xié)議。在以太網(wǎng)協(xié)議之上，VxWorks提供了以下幾種網(wǎng)絡(luò)工具：套接字（socket）；遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（Remote Procedure Calls）；遠(yuǎn)程文件存�。≧emote File Access）；文件輸出（File Export）；遠(yuǎn)程命令執(zhí)行。

1.2 VxWorks中的Socket接口

本文網(wǎng)絡(luò)通訊接口是基于套接字（socket）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。利用套接字，無(wú)論是單一CPU中的不同進(jìn)程，還是通過(guò)共享內(nèi)存底板，以太網(wǎng)或任何類型的網(wǎng)絡(luò)連接的進(jìn)程都可以實(shí)現(xiàn)通信。套接字是與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的UDP或TCP端口捆綁在一起的通信接口。VxWorks實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的BSD流套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字。socket接口增加了網(wǎng)絡(luò)通信操作的抽象定義，與文件操作一樣，每個(gè)打開(kāi)的socket都對(duì)應(yīng)一個(gè)整數(shù)，稱之為socket描述符。

1.3客戶/服務(wù)器編程模式

網(wǎng)絡(luò)編程一般采用客戶/服務(wù)器（Client/Server）模式。服務(wù)器端有一個(gè)或多個(gè)任務(wù)在指定的端口等待來(lái)自客戶端的連接請(qǐng)求，一旦連接成功，即可按約定的數(shù)據(jù)交換方法和格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在C/S編程模式下，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序可分為客戶端程序和服務(wù)器端程序。

客戶端程序是指發(fā)出用戶請(qǐng)求的程序，它需要知道服務(wù)端的地址，提供服務(wù)的端口號(hào)，服務(wù)所用的傳輸層協(xié)議類型。服務(wù)器端程序是提供服務(wù)的一方，它偵聽(tīng)某個(gè)端口，等待來(lái)自客戶端的請(qǐng)求消息。在程序結(jié)構(gòu)上，服務(wù)端程序可使用循環(huán)模式和并發(fā)模式。循環(huán)模式是指程序結(jié)構(gòu)總體上是一個(gè)循環(huán)，一次處理一個(gè)請(qǐng)求。并發(fā)模式是指服務(wù)端程序可同時(shí)處理多個(gè)請(qǐng)求，結(jié)構(gòu)上一般采用父進(jìn)程接受請(qǐng)求，然后產(chǎn)生子進(jìn)程來(lái)處理請(qǐng)求。

2.基于socket的C/S編程模式的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

2.1嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)整機(jī)系統(tǒng)的子系統(tǒng)運(yùn)行于VME總線的VME處理器上。嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)意圖如圖1所示。

  

圖1：板卡驅(qū)動(dòng)程序示意圖

硬件板卡主要由DSP子系統(tǒng)組成，它接收外部傳感器信息，控制執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。DpRAM模塊是VME處理器和硬件板卡之間共享的雙端口RAM。板卡驅(qū)動(dòng)程序的目的是提供一系列接口函數(shù)，對(duì)用戶屏蔽掉硬件板卡的硬件細(xì)節(jié)。其主要任務(wù)是分發(fā)硬件板卡命令，傳遞命令伴隨的I/O參數(shù)。

2.2網(wǎng)絡(luò)中間件

根據(jù)上面介紹的VxWorks中的網(wǎng)絡(luò)通信原理，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于分布式系統(tǒng)上的任務(wù)/進(jìn)程之間的通信模塊CX。本文中CX公共模塊采用的是基于TCP協(xié)議的流套接字和阻塞模式，其中TCP協(xié)議是一種面向連接的通信方式，提供了有序的、無(wú)重復(fù)并且無(wú)記錄邊界的數(shù)據(jù)流服務(wù)，同時(shí)流量和擁塞控制以及傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)保證了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量；阻塞模式節(jié)約資源。

系統(tǒng)中CX的作用類似于網(wǎng)絡(luò)中間件，它將VxWorks中socket編程接口封裝成進(jìn)程間通信的統(tǒng)一接口，從而屏蔽掉底層的通信細(xì)節(jié)，調(diào)用者不需要具備socket通信的技能就能直接調(diào)用CX接口函數(shù)進(jìn)行通信。在實(shí)際整機(jī)系統(tǒng)中，許多不同任務(wù)駐留在不同的CPU處理器上，即使同一處理器上由于任務(wù)的進(jìn)一步劃分，子任務(wù)之間也存在進(jìn)程之間的通訊。不管通信的實(shí)體（任務(wù)/進(jìn)程）在同一CPU上，還是不同CPU上，都能夠直接以邏輯地址（CX Address） 利用CX公共通訊模塊來(lái)進(jìn)行通信，CX模塊主要提供了如表1的功能：

  

本文中CX公共模塊在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)以下各方面也進(jìn)行了兼顧：

1、CX傳送數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性保證：網(wǎng)絡(luò)中間件針對(duì)所有接收函數(shù)都提供有timeout的功能，這樣既避免了client掛起而接收不到回應(yīng)消息；

2、CX的重發(fā)機(jī)制：當(dāng)一個(gè)server沒(méi)有偵聽(tīng)到請(qǐng)求時(shí)，client可以多次向server重發(fā)請(qǐng)求，重發(fā)間隔時(shí)間由調(diào)用者自己設(shè)定；

3、CX支持阻塞模式：使用select機(jī)制來(lái)同步多路I/O復(fù)用。允許client從多個(gè)server等待回應(yīng)。server同樣也可以使用這樣的機(jī)制來(lái)等待請(qǐng)求消息，或從其它server處等待回應(yīng)消息；

4、CX的監(jiān)視機(jī)制：提供單獨(dú)的進(jìn)程來(lái)監(jiān)視host的狀態(tài)，一旦某個(gè)host不可訪問(wèn)就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤或警告信息。

2.3網(wǎng)絡(luò)中間件的實(shí)例

int CXc_send（const CX_serv serv_addr, const void *msg, int len, int retry_interval ）

{

int serv_num;

int result;

//檢查調(diào)用CX的任務(wù)是否已向CX注冊(cè)，CX是否在本地host上初始化

if（（！CX_TaskInitialized）||（！CXs_CXisInitialized（）））

{ result = CX_NOT_INITIALIZED; }

//參數(shù)檢查

else if（（len <= 0）||（len>CX_MaxMsgSize））

{ result = CX_ILLEGAL_MSG_LEN; }

else嵌入式寄存器的位, 嵌入式垃圾箱優(yōu)缺點(diǎn), qt嵌入式桌面, 嵌入式系統(tǒng)中斷的使用, 嵌入式開(kāi)發(fā)微芯片, 嵌入式電器哪個(gè)好, 嵌入式硬件咋樣, web嵌入式開(kāi)發(fā), 嵌入式工程師做什么, 嵌入式三級(jí)百度云, 博士嵌入式音箱, 嵌入式項(xiàng)目是什么, 剪貼畫是嵌入式嘛, 做嵌入式不會(huì)技術(shù), 微帶貼片天線嵌入式, 床墊是嵌入式, 中恒嵌入式電源, 瑞強(qiáng)嵌入式hmi, 廣東嵌入式自考�？�, 嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)特點(diǎn), 嵌入式26歲學(xué), 嵌入式廣告的新形式,

{ //將server地址轉(zhuǎn)換為server號(hào)

result=ServAddr2Num（serv_addr, &serv_num ）；

if（result == OK）

{ //發(fā)送請(qǐng)求消息

result = CXclient_send（ serv_num, msg, len, retry_interval ）；

}

}

return result;

}

int CXclient_send（ int serv_num, const void *msg, int len, int retry_interval ）

{

int result;

result = CX_CONN_RESET;

while（result == CX_CONN_RESET）

{

//檢查cliet是否還與server保持連接，如果沒(méi)有則建立連接

if（！CXclient_IsStillConnectedTo（serv_num））

{ result = CXc_Connect（serv_num, retry_interval）；

if（result != OK）

{ return result; }

}

//向server發(fā)送消息

Result = CXFD_WriteMsg（Client_Admin[serv_num].cl_write_fd, msg, len）；

//如果沒(méi)有發(fā)送成功，則返回錯(cuò)誤碼，并修改client相應(yīng)的項(xiàng)目

if（result == CX_CONN_RESET）

{ Client_Admin[serv_num].cl_is_connected = FALSE; }

}

return result;

}

2.4基于網(wǎng)絡(luò)中間件的板卡驅(qū)動(dòng)程序

板卡驅(qū)動(dòng)的軟件結(jié)構(gòu)采用C/S（Client/Server）模式，客戶端和服務(wù)器通過(guò)CX模塊通信。Client發(fā)送請(qǐng)求消息到指定的server，server從client接收請(qǐng)求消息，執(zhí)行請(qǐng)求的動(dòng)作，發(fā)送一個(gè)包含請(qǐng)求動(dòng)作執(zhí)行結(jié)果的消息給發(fā)送請(qǐng)求的client。板卡驅(qū)動(dòng)的軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

  

圖2：板卡驅(qū)動(dòng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖

板卡驅(qū)動(dòng)的外部接口函數(shù)ILDXA_xxx以庫(kù)文件的形式提供給用戶，作為請(qǐng)求服務(wù)的客戶端。用戶通過(guò)調(diào)用這些接口函數(shù)向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求。

請(qǐng)求發(fā)送成功后，客戶端調(diào)用接收返回消息的函數(shù)來(lái)接收服務(wù)端返回消息：CXc_recv。

服務(wù)器端則通過(guò)一個(gè)無(wú)限循環(huán)的進(jìn)程等待來(lái)自客戶的請(qǐng)求消息，接收請(qǐng)求消息的接口函數(shù)是：CXs_recv。

服務(wù)器端接收到請(qǐng)求消息后調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)來(lái)處理傳遞過(guò)來(lái)的命令和參數(shù)，并繼續(xù)等待下一個(gè)請(qǐng)求。當(dāng)命令執(zhí)行完后，外部中斷信號(hào)會(huì)中斷服務(wù)器端處理器。

3結(jié)束語(yǔ)

VxWorks是一種高效的多任務(wù)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)是VxWorks系統(tǒng)之間以及與其他系統(tǒng)通信的主要方式。VxWorks 提供了一個(gè)快速靈活的與 ANSI C 兼容的 I/O 系統(tǒng)，包括 UNIX 標(biāo)準(zhǔn)的Basic I/O（creat（）， remove（）， open（），close（）， read（）， write（）， and ioctl（）。），Buffer I/O （fopen（）， fclose（）， fread（）， fwrite（）， getc（）， putc（）） 以及POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的異步 I/O。VxWorks 包括以下驅(qū)動(dòng)程序：網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、管道驅(qū)動(dòng)、RAM盤驅(qū)動(dòng)、SCSI驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)、磁盤驅(qū)動(dòng)、并口驅(qū)動(dòng)等 ?本文討論了VxWorks中網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：利用這種基于socket的面向連接的網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，開(kāi)發(fā)了普適于整機(jī)系統(tǒng)通訊的公共模塊-CX網(wǎng)絡(luò)中間件，具體到該嵌入式分系統(tǒng)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與硬件板卡的實(shí)時(shí)通信，取得了良好的效果。



QICK