基于MC9328MXl的Socket通讯设计与实现

介绍了基于新一代龙珠 i.MX系列芯片MC9328MXl(ARM920T)最小系统的嵌入式系统开发平台，对其以太网卡部分围绕网卡芯片CS8900A进行了嵌入式网络通讯 系统的电路设计。在此基础上，经过对应用层的Socket编程的研究和分析，在嵌入式Linux环境下实现了开发板与PC机之间的C/S模式通讯。1引言 目前，嵌入式系统已经普遍应用到人们的工做、生活中，2003年我国嵌入式系统应用产品经济总量达l000亿元。随着技术的发展，8位MCU市场已逐步趋 向稳定

        介绍了基于新一代龙珠i.MX系列芯片MC9328MXl(ARM920T)最小系统的嵌入式系统开发平台，对其以太网卡部分围绕网卡芯片CS8900A进行了嵌入式网络通讯系统的电路设计。

      在此基础上，经过对应用层的Socket编程的研究和分析，在嵌入式Linux环境下实现了开发板与PC机之间的C/S模式通讯。

       1 引言
   

       目前，嵌入式系统已经普遍应用到人们的工做、生活中，2003年我国嵌入式系统应用产品经济总量达l 000亿元。随着技术的发展，8位MCU市场已逐步趋向稳定，32位MPU表明着嵌入式技术的发展方向，正在加速发长。在32位嵌入式微处理器市场上，基于ARM内核的微处理器处于绝对的领导地位。
   

       嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、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。嵌入式系统除 了具备高效、稳定、性能专注等优势外，还具备实时性较高的操做系统。嵌入式系统与通讯、网络技术的结合能够极大加强网络的智能化与灵话性，拓展通讯功能， 从而实现各类通讯系统之间的互联互通。本文给出了一种适合于中/低端应用的通讯平台设计方案，它可支持以太网之间的数据传输，而且具备RS232、RS485、USB等接口。文中围绕嵌入式Linux环境设计了基于MC9328MXl(ARM920T)最小系统的硬件通讯平台，从而实现了嵌入式Socket通讯。

       2 最小系统分析
   

       Motorola公司的MC9328MXl是以ARM920T为内核的高性价比16/32位RISC微控制器，内含一个ARM公司设计的16/32位 ARM920T RISC处理器核，ARM920T为低功耗，高性能16/32位核，最适合于对价格及功耗敏感的应用场合。除了ARM920T核之外，MC9328MXl 还包含了许多外围功能模块。处理器和这些模块都集成在核心板上，其具体结构如图1所示。

       由图1可见，除了ARM920TDMI内核外，MC9328MXl还集成了多个外围功能模块：一个LCD控制器、一个脉冲调制控制器、一个USB控制器及多个扩展通道，可是没有集成用于网络通讯的以太网控制器。因此，须要设计包含合适的以太网控制器的外围电路。

       3 外围电路设计
   

       本系统选用与MC9328MXl相匹配的CS8900A做为以太网控制器。CS8900A是Cirrus Logic公司生产的低功耗16位以太网控制器，功能强大。该器件的突出特色是使用灵活，其物理层接口、数据传输模式和工做模式等都能根据须要动态调整， 经过内部寄存器的设置来适应不一样的应用环境。
   

       CS8900A内部结构框图如图2所示，内部功能模块主要是802.3介质访问控制块(MAC)。802.3介质访问控制块支持全双工工做模式，彻底依照IEEE802.3以太网标准，采用100引 脚TQFP封装，负责处理有关以太网数据帧的发送和接收，包括：冲突检测、帧头的产生和检测、CRC校验码的生成和验证。经过对发送控制寄存器 (TxCMD)的初始化配置，MAC能自动完成帧的冲突后重传。若是帧的数据部分少于46个字节，它能生成填充字段使数据帧达到802.3所要求的最短长 度。

    CS8900A的主要特色以下：
   

    ·符合IEEE802.3以太网标准，并带有ISA接口；
    ·片内4KB RAM；
    ·适用于I/O工做模式、存储器工做模式和DMA工做模式；
    ·带有传送、接收低通滤波的lOBase2T链接端口；
    ·支持lOBase2，lOBase5和lOBase2F的AUI接口；
    ·自动生成报头，自动进行CRC检验，冲突后自动重发；
    ·最大电流消耗为55mA(5 V电源)；
    ·全双工工做模式； 
    ·支持外部EEPROM。
   

       另外，要实现CS8900A与主机之间的数据通信，在电路设计时可根据具体状况灵活选择合适的数据传输模式。CS8900A支持的传输模式有：I/O模式 和Memory模式，另外还有DMA模式。其中，I/O模式是访问CS8900A存储区的缺省模式，简单易用。
   

       由MC9328MXl的引脚描述能够看出，MCU的数据是经过D[3l：0]传输的，而以太网控制器CS8900A最多使用16位传输模式，因此MC9328MXl的数据总线前16位(D[15：0])应与CS8900A的SD[O：15]相连，为解决速度不匹配的问题，需使用具备缓冲功能的总线收发器。从成本考虑，该系统采用两个8位的74LS245。地址信息经过MC9328MXI地址总线接口的A[DO：03]与CS8900A的SA[00：03]经过缓冲器74HC244相连，A[04：19]与SA[04：19]直接相连用于设置网卡的初始基址。另外，CS8900A经过一个带扼流线圈的隔离变压器20F001N将CPU发 送的数据(变比为l：1.414)发送到网络上；接收数据时，网络传送的数据通过隔离变压器(变比为1：1)。隔离变压器的做用主要是将外部线路与 CS8900A隔开，防止干扰和烧坏元件，实现带电的插拔功能。XTALl与XTAL2之间的晶振为CS8900A提供稳定的时钟脉冲。其电路图如图3所 示。

       4 基于嵌入式Linux的Socket通讯
   

       基于嵌入式Linux的开发环境通常由装有交叉编译器的PC机和硬件开发板组成。本设计以PC宿主机做为客户端，以MC9328MXl的开发板做为服务器 实现通讯。先由PC机将客户机程序(server)编译好后，经过串口写入开发板，而后将开发板与PC机经过以太网口创建链接。
   

       Socket(套接字)是经过标准UNIX文件描述符和其余程序通信的一个方法，其实质是提供了进程通讯的端点，能够看做是一种特殊的管道。经过 Sock-et编程能够实现网络通讯。一个完整的套接字有一个相关的描述：协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口。
   

      通用套接口地址结构struct sockaddr的定义以下：

    套接字操做函数主要有：
   

   (1)建立一个Sockets
    sockfd=socket (family，type，protocol)
    其中由地址类(family)参数指定该Socket使用的地址类。由类型(type)参数规定所请求的通讯类型。协议(protocol)参数通常为零，使得默认的协议将自动被选取。
    (2)链接本地地址
    本函数的主要功能是将一个规定的地址与一个Sockets结合，一个服务进程要使用以下函数：bind(sockfd，address，addrlen)其中，sockfd参数是由socket()调用返回的sockets描述符。address指向一个地址结构，addrlen参数规定了地址的字节长度。
    (3)客户进程链接到服务进程
    用此函数实现客户进程对服务进程链接的初始化。此系统调用是：
    connect(sockfd，address，addrlen)
    其中，sockfd是本地Sockets的Sockets描述符。address规定目的机上服务进程正在使用的地址，addrlen规定了地址的字节长度。
    当connect()函数被调用时，若是客户的Sockets尚未结合到一个本地地址，则系统自动选择一个本地地址和一个适当的端口号，而且把它们和该客户的Sockets相结合。
    (4)网络监听
    int listen(int sockfd，int backlog)；
    sockfd是Socket系统调用返回的Socket描述符；backlog指定在请求队列中容许的最大请求数，进入的链接请求将在队列中等待 accept ()(参考下文)。backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。若是一个服务请求到来时，输入队列已满，该 Socket将拒绝链接请求，客户将收到一个出错信息。当出现错误时listen函数返回-l，并置相应的errno错误码。
    (5)接收请求函数
    accept()函数让服务器接收客户的链接请求。在创建好输入队列后，服务器就调用accept函数，而后睡眠并等待客户的链接请求。
    int accept(int sockfd，void*addr，int*addrlen)；
    sockfd是被监听的Socket描述符，addr一般是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出链接请求服务的主机的信息；addrlen一般为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。
    (6)数据传输
    Send()和Recv()这两个函数应用于面向链接的Socket上进行数据传输。
    Send()函数原型为：int send(int sockfd，const void*msg，int len，int flags)；sockfd是用来传输数据的socket描述符；msg是一个指向要发送数据的指针；len是以字节为单位的数据长度；flags通常状况下置为0。
    Recv ()函数原型为：int Recv(int sockfd，void*buf int len，unsigned int flags)；sockfd是接受数据的Socket描述符；buf是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。flags也被置为O。Recv()返回实际上接收的字节数，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。
   

      本部分设计的目的是经过分析Socket的编程方法，编写一个服务器程序server，用arm-linux-gcc编译后运行在ARM开发板上，一个客户端程序client用gcc编译后在PC上运行。
   

       整体编程模型即客户机与服务器的通讯过程见图4。

      4.1 服务器端
    (1)初始化

      4.2 客户机端
    (1)经过服务器域名得到服务器的IP地址

    函数gethostbyname ()是完成域名转换的。当gethostname()调用成功时，返回指向struct hosten的指针，当调用失败时返回-1。
    (2)建立一个Socket(实现方法与服务器端相同)
    (3)与服务器创建链接

        这样，给ARM开发板CS8900A网卡分配地址，而且编译server和client程序后，能够将开发板用做服务器，PC用做客户端，实现二者的通讯。

       5 结束语
   

        本文设计开发了基于MC9328MXl的以太网通讯系统，并利用嵌入式linux操做系统强大的网络功能实现了Socket通讯。文中的客户端应用程序已 经在基于ARM9TDMI核的MC9328MXl处理器的嵌入式开发平台上成功运行，应用宿主PC机的服务器端应用程序成功实现了Socket通讯。当 然，也能够把目标硬件开发平台看成服务器端，而把宿主PC机看成客户端来进行双向文件传输。