基于嵌入式Linux系统的网络编程技术.pdf

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1、-7 7-中国科技信息 2 0 0 6 年第 5 期 C H I N A S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N M a r.2 0 0 6科 技 论 坛引 言源代码开放的嵌入式L i n u x操作系统具备稳定、高效、易定制、易裁减、硬件支持广泛等特点,逐渐成为嵌入式操作系统的研究重点。嵌入式系统中的设备与P C之间经常需要交换大量可靠的数据，而且必须达到一定的传输速率。在本系统中 PC和 ARM控制板之间传输的数据量有1 G B，而且要求传输速率大于1 M b y t e s/s。由于网口较之串口、并口有数

2、据传输速率快、准确性高等特性，因此，网络编程在实际中得到了大量的应用。利用网口进行数据交换还可以进行远程控制。在本系统中用的 A R M板是傅立叶公司的A T 9 1 R M 9 2 0 0评估板 1。其 C P U为 A R M 9 2 0 T，系统应用内存为3 2 M，f l a s h 为1 6 M，外扩网口一个，适应1 0 M/1 0 0 M以太网。串口两个，通讯速度可以达到1 1 5 2 0 0 b i t/s。普通I/O 口1 2 2 个。装载入板子的操作系统为R e d H a t l i n u x。网口通讯由于其快速性、高可靠性也逐渐成为系统与外界交换信息的主要接口。对于嵌入

3、式L i n u x 要用网口，需要在编译内核的时候选择支持以太网的T C P/I P和 U D P/I P协议栈，即在 A R M板上的L i n u x 内核里要有T C P/I P和 U D P/I P 协议栈支持。交叉编译的工具为：a r m-l i n u x-g c c。图1 L i n u x 下面向连接的s o c k e t 网络编程模型要采用网络编程就要用到网络套接字（S o c k e t）。网络的S o c k e t数据传输是一种特殊的 I/O，S o c k e t也是一种描述符，套接字是网络通信的基本操作单元，它提供了不同主机间的进程双向通信的端点，这些进程在通信

4、前各自建立一个S o c k e t，并通过对S o c k e t 的读写操作实现网络通信的功能。系统在 P C机与 A R M开发板之间建立一个可靠的面向连接的网络套接字服务，使得 A R M开发板可以通过网口与 PC机进行数据交换。1，L i n u x 网络编程模型及常用函数1.1 L i n u x 网络编程模型 2 在客户端/服务器模式中，我们将请求服务的一方称为客户（c l i e n t），将提供某种服务的一方称为服务器（s e r v e r）。一个服务程序通基于嵌入式 L i n u x 系统的网络编程技术N e t w o r k P r o g r a m m i n

5、g T e c h n o l o g y i n E m b e d d e d L i n u x俞冬丽 金华职业技术学院 3 2 1 0 1 7摘 要：本文详细的介绍了基于 L i n u x 系统的嵌入式 A R M 板与 P C 机之间的网络通讯技术，并结合实例阐述了 L i n u x 操作系统下 S o c k e t 套接字常用函数的用法，实现了客户机/服务器模型的网络编程。关键词：L i n u x；S o c k e t；嵌入式；客户机/服务器A b s t r a c t:T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e t e c

6、h n o l o g y o f n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e P C a n d A T 9 1 R M 9 2 0 0,w h i c h w a s i n s t a l l e d i n t h e e m b e d d e d L i n u x.I t a l s o i l l u s t r a t e st h e u s a g e o f c o m m o n s o c k e t f u n c t i o n s i n t h e L i n u x o p e r

7、 a t i n g s y s t e m，a n d a c h i e v e s t h e t e c h n o l o g y o f p r o g r a m m i n g w i t h t h e m o d e l o f C l i e n t/S e r v e r i n t h e n e t w o r k.K e y w o r d s:L i n u x；S o c k e t；E m b e d d e d；C l i e n t/S e r v e r常在一个众所周知的地址监听对服务的请求，也就使说，服务进程一直处于休眠状态，直到一个客户对这个服务的

8、地址提出了连接请求。在这个时候，服务程序被激活，它将创建出一个子进程为客户提供服务。而父进程继续在原地址监听。在子进程完成了相应的操作后，服务器关闭此连接套接字，并结束此子进程。套接字有三种类型：数据流套接字、数据包套接字和原始套接字。数据流套接字定义了一种可靠的面向连接的服务，实现了无差错无重复的顺序数据传输。数据包套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，使无序的，并且不保证可靠,无差错。原始套接字允许对底层协议如I P或 I C M P直接访问，主要用于新的网络协议实现的测试。此处介绍的是用的最为广泛的面向连接的数据流套接字。其工作过程如下：服务器通过调用s o c

9、k e t 函数创建一个用于通讯的套接字。然后调用b i n d（）将该套接字和本地网络地址联系在一起,再调用l i s t e n 函数使该套接字成为一个监听套接字,做好监听准备,并规定它的请求队列的长度。之后就调用a c c e p t 函数来启动该套接字，等待客户端的连接。客户在建立套接字后就可以调用c o n n e c t()和服务器建立连接。连接一旦建立，客户机和服务器之间就可以通过调用r e a d()和w r i t e（）进行数据交换。最后待数据传送结束后，双方调用c l o s e（）关闭套接字。客户端进程和服务器进程交互的过程如图1所示。1.2 套接字常用函数以下我们将介

10、绍建立面向连接的s o c k e t 网络编程常用函数 3 4 的用法。详细阐述一下容易出错的b i n d 函数。其余可以参考文献 2 。1.2.1、服务器和客户机首先要调用s o c k e t（）函数，建立套接字并指明应用何种通讯协议。格式如下：i n t s o c k e t(i n t d o m a i n,i n tt y p e,i n t p r o t o c o l);此函数为通信建立一个面向连接的套接字端口，若成功调用将返回一个整型的文件描述符，错误则返回 1。参数 d o m a i n指明套接字所用的协议族，一般我们选用 AF_INET(I n t e r n

11、e t协议，T C P/I P编程选该值)。参数t y p e 指明套接字类型，即上面所阐述的三类型：SOCK_STREAM：流式套接字，S O C K _ D G R A M：数据报套接字及S O C K _ R A W：原始套接字。参数 p r o t o c o l 为套接字所用的协议，一般可以设为 0。如下代码用于创建一个 T C P套接字：i n t s o c k f d =s o c k e t(A F _ I N E T,S O C K _ S T R E A M,0);1.2.2、一旦S o c k e t 调用成功并返回一个文件描述符，则应将该S o c k e t与服务器

12、本机上的一个端口绑定，就可以在该端口监听服务请求。该函数只用于服务器端程序，客户端无此调用。其格式为：i n t b i n d (i n t s o c k f d ,c o n s ts t r u c t s o c k a d d r *a d d r e s s ,s i z e _ t a d d r l e n);此函数三个参数含义如下：a)s o c k f d 即为s o c k e t 函数返回的文件描述符；b)a d d r e s s 为指向s o c k a d d r 类型的指针，它保存了套接字的地址（即端口和 IP地址）信息；s o c k a d d r 类型的

13、指针与s o c k a d d r _ i n 类型的指针可以互换。S o c k a d d r _ i n类型定义如下：s t r u c t s o c k a d d r _ i n s h o r t i n t s i n _ f a m i l y;/地址族u n s i g n e d s h o r t i n t s i n _ p o r t;/端口号s t r u c t i n _ a d d r s i n _ a d d r;/I P 地址u n s i g n e d c h a r s i n _ z e r o 8;/填充0，以保持与s t r u c t

14、 s o c k a d d r 同样大小;s i n _ f a m i l y 为套接字的协议族地址类型，如T C P/I P协议族为 A F _ I N E T；s i n _ p o r t和s i n _ a d d r 为端口号和I P 地址。对于端口号的分配，小于 1 0 2 4的所有端口是保留给系统使用的，普通进程应当使用大于 1 0 2 4且小于 6 5 5 3 6范围内的端口号，由于基于 I n t e l、A R M芯片的计算机和a r m控制板采用的数据存放顺序是倒序存放，即低字节在内存地址的底端，高字节在内存地址的高端。我们称这种存放顺序为主机字节顺序；而I n t

15、e r n e t 上传送的数据是顺序存放的，我们称为网络顺序。这样在数据被发送到网络之前，必须要进行字节顺序的转换。具体例子可参见以下的例子。也可以用以下赋值实现自动获取本机I P 地址和一个没被占用的端口号，S i n _ z e r o 8 数组填以0。a d d r e s s.s i n _ p o r t =0;a d d r e s s.s i n _ a d d r =I N A D D R _ A N Y;b z e r o(&(a d d r e s s s.s i n _ z e r o),8);c）a d d r l e n 为套接字地址的长度。2，具体应用以下将针对具

16、体应用，介绍客户端程序的编写。由于服务器端的程序是在P C 上实现的，具体的例子见文献 3 ，此处仅给出客户端程序的编写和操作。即在 A R M板上运行的程序的编写和编译过程。程序编写顺序将按图1所示的顺序进行编写。具体程序如下所示：#i n c l u d e#i n c l u d e#i n c l u d e#i n c l u d e#i n c l u d e#i n c l u d e#d e f i n e S E R V E R _ P O R T 8 0 0 6 /定义端口号需与主机端口号一致#d e f i n e M A X S I Z E 1 0 2 4i n t m

17、 a i n(i n t a r g c ,c h a r *a r g v)i n t s o c k f d;（下转第 80页）-8 0-中国科技信息 2 0 0 6 年第 5 期 C H I N A S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N M a r.2 0 0 6科 技 论 坛在市场经济条件下,要求企业在收到产品的市场需求信息后,能够快速做出反应，及时、准确地向用户提供产品的价格，为企业在激烈的市场竞争中赢得用户创造条件。产品的快速报价是在没有进行详细设计之前进行的，因此产品的材料消耗与工时消耗都不能确

18、定，为了提高报价速度和报价的准确性，采用按产品结构树进行成本估算的方法。按产品结构树进行成本估算要求先建立产品的结构树，也就是先确定构成产品的零部件，对于企业零部件数据库中已有的部件（通用件），只要将其成本信息从原有的零部件数据库中调出便可。而数据库没有的零部件则按新零部件处理。对于新零件重新设计，计算成本，并存入数据库中。对于新部件要按产品结构树展开，完成设计后，根据设计结果确定新部件消耗的材料定额和工时定额，材料费用按估算的部件材料消耗定额与当前材料采购平均成本的乘积计算；而加工费则按部件消耗的加工工时、组装工时与企业近期加工费率的乘积计算。新部件的成本为按产品结构树展开的子零件和子部件的

19、成本和。采用这种计算成本的方法，只需将产品结构变动的部分重新进行计算，然后把原有零部件与新测算的零部件成本相加后，便可估算出产品的制造成本，本文针对旋转格栅除污机进行开发报价系统设计。1，报价系统设计1.1 系统结构图1 快速报价的工艺流程旋转格栅除污机报价系统的开发孟令旸1 夏玉林2(1.唐山市教育局 0 6 3 0 0 0；2.唐山学院东校区 0 6 3 0 2 0)按产品结构树进行快速报价的工作流程如图1所示。1.2 系统功能旋转格栅除污机主要组成部分：传动装置（含减速机座）主传动涨紧装置主传动链轮组转刷转刷涨紧装置上部导轮组机架栅网挡渣体电气系统旋转格栅除污机的报价计算是在总体设计基础

20、上进行的，报价计算模块能够完成其组成部分的成本计算,进行成本报价。由材料报价费及加工费组成。在进入各项报价子模块后，首先读相应子模块报价计算的数据文件；然后进行数据处理及零部件材料用量计算；逐项检索各种零部件材料价格数据库进行价格统计；最后形成各级子模块报价结果明细表。1.3 软件开发1.3.1 软件系统主界面说明图2 软件的主界面报价子系统主界面采用多文档（MDI）窗体，它允许用户同时显示多个文档，每个文档显示在它自己的窗口中。文档或子窗口被包含在父窗口中，父窗口为应用程序中所有的子窗口提供工作空间。在运行时，子窗体显示在M D I 父窗体工作空间之内（其区域在父窗体边框以内及标题与菜单栏之

21、下）。当子窗体最小化时，它的图标显示在 M D I 窗体的工作空间之内，而不是在任务栏中。软件的主界面如图 2所示。1.3.2 软件系统系统采用V i s u a l B a s i c 6.0 和M S S Q L S e r v e r开发，可在W i n 9 x、W i n d o w s 2 0 0 0 及W i n N T 平台下运行。报价系统设计了基础数据库录入模块、原始参数输入模块、选型计算模块、查询模块和报价结果打印模块共同完成报价系统全部工作。系统设置有两种数据输入：设计文件转入，是根据设计部门提供的设计文件自动转入报价所需数据；手工输入，操作人员手工确定某些成本信息。选型计

22、算模块可对数记录进行添加、删除、修改。查询模块进行各个数据库的浏览查询。报价结果打印模块可将所需要的选型结果打印出来。2，结论旋转格栅除污机报价系统解决了原报价系统手工运算、操作，难以实现用户对本企业快速反应的要求；解决了信息传递及共享的问题；解决了产品设计数据信息一致性的问题。旋转格栅除污机报价系统研制的成功使报价实现了计算机化、信息化、系列化、准确化及快速化，使报价更加规范化。参考文献：1.张暴暴等.组合式冷库工程设计及报价系统开发与研究 J .机械设计与制造.1 9 9 9.6:6 7-6 92.曾庆良等.铁路货车产品报价系统的设计与软件开发 J .机械设计与制造.2 0 0 0.4:7

23、 1-7 33.王道荣.V i s u a l B a s i c 6.0 数据库处理 M .北京：中国铁道出版社.2 0 0 0.9i n t I,r e t ;s t r u c t s o c k a d d r _ i n s e r v e r _ a d d r;s t r u c t h o s t e n t *h o s t;c h a r b u f M A X S I Z E ;i f (a r g c!=2)printf(“usage:%Ss e r v e r n a m e n”,a r g v 0 );e x i t(1);i f(h o s t=g e t h

24、o s t b y n a m e(a r g v 1 )=N U L L)/得到主机地址 p e r r o r(“g e t h o s t b y n a m e”);e x i t(2);i f(s o c k f d=s o c k e t(A F _ I N E T ,S O C K _ S T R E A M ,0)h _ a d d r);b z e r o(&(s e r v e r _ a d d r.s i n _ z e r o),8);i f(c o n n e c t(s o c k f d ,&s e r v e r _ a d d r,s i z e o f(s

25、 e r v e r _ a d d r)0)/接收数据b u f n u m =0 ;p r i n t f(“r e c e i v e c h a r i s%s”,b u f);p r i n t f(“n”);c l o s e(s o c k f d);/接收完成后，关闭套接字r e t u r n 0;在程序编写完成后，把它编译成可以在A R M芯片上运行的应用程序。即把以上程序用l i n u x 下a r m 的交叉编译工具a r m-l i n u x-g c c 编译成相应的应用程序。比如用如下命令进行编译：a r m-l i n u x-g c c o c l i e

26、n t c l i e n t.c 。生成了应用程序c l i e n t 后，通过串口或网口下载到A R M 板上。然后就可以执行应用程序和主机的通讯了。3，结论通过应用网络编程技术，并采用网口通信代替串口通信，本系统中 P C和 A R M板之间的数据交换速率达到了6 M b y t e s/s。测试结果表明在传输过程中，准确性高、响应快，并可以实现远距离传输。而且该编程方法可移植性好，可广泛应用到其他嵌入式系统中，对于网络编程具有一定的参考价值。参考文献 1 A R M 开发板说明书 E B/O L .h t t p:/a t m e l.c o m/d y n/r e s o u r c e s/p r o d _ d o c u m e n t s/d o c 1 7 6 8.p d f.2 0 0 4 2 天夜创作室.L i n u x 网络编程技术 D .人民邮电出版社.2 0 0 1 3 徐延明,林立志等.L i n u x 编程指南与实例 D .人民邮电出版社.2 0 0 0 4 戴元军.L i n u x 系统下的网络编程技术.应用科技.第6 期2 9-3 1,2 0 0 1（上接第 77页）