嵌入式网络通信系统的设计与实现

ARM开发与应用

嵌入式网络通信系统的设计与实现

Designandimplementationofanembeddedcommunicationsystem

(上海理工大学)

胡志丁左小五

HUZhi-dingZUOXiao-wu

摘要:简要介绍了S3C2410A处理器及嵌入式Linux操作系统的构成和特点。针对嵌入式系统在网络通信中的应用需求,设计并实现了一种基于ARM9微处理器S3C2410A的嵌入式网络通信系统,给出了系统的电路设计方法。重点介绍了系统在Linux嵌入式操作系统环境下,实现socket通信的Qt/Embedded应用程序的设计方法。关键词:S3C2410A;嵌入式;ARM;Linux;Qt/Embedded;socket通信中图分类号:TP393文献标识码:A

Abstract:ThecharacteristicsoftheS3C2410AandthesystemstructureoftheLinuxwasintroducedbriefly.Aimingattheapplica-tionrequirementofembeddedsysteminnetworkcommunication,thispaperputforwardadesignandimplementationofanembeddednetworkcommunicationsystembasedonS3C24lOAARM9microprocessor.Itgavepartofthecircuitdiagramofthissystem.Further-more,thedesignofQt/EmbeddedprogramintheLinuxoperationsystemenvironmentrealizingsocketcommunication.Keywords:S3C2410A;embeddedsystem;ARM;Linux;Qt/Embedded;Socketcommunication

引言

嵌入式系统已经被广泛应用在计算机、自动控制等领域。所谓嵌入式系统是指以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件都可以裁减,适用于系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户应用程序四部分组成。

嵌人式系统与通信、网络技术的结合可以极大地增强网络的智能化与灵活性,拓展通信功能,从而实现各种通信系统之间的互连互通。针对嵌入式系统在网络通信中的应用需求,本文给出一种基于嵌入式微处理器S3C2410A的嵌入式网络通信系统的设计和实现方案。在此平台上基于ARM-Linux嵌入式实时操作系统和Qt/Embedded嵌入式GUI设计socket通信软件,实现了嵌入式socket通信。

路由器、工业控制等领域。系统硬件设计见图1。

2通信软件设计

2.1Linux在S3C2410A上的移植Linux的内核主要有5个子系统组成

(1)进程调度(ProcessScheduler)负责控制进程对CPU的使用。(2)内存管理(MemoryManager)。标准Linux的内存管理支持虚拟内存,进程的代码、数据和堆栈的总量可以超过实际内存的大小。而Linux大致可以根据平台有无存储管理单元分为两个类别:一类是和标准Linux一样运行在有硬件存储管理器的处理器上,另外一类通常针对无硬件存储管理器的CPU进行裁

减和移植。

技术创新

(3)虚拟文件系统隐藏了不同硬件的具体细节,为所有设备

提供统一的接口。

1系统硬件设计

(4)网络接口负责支持标准的网络通信协议和各种网络硬

件设备。

(5)进程间通信,支持进程间各种通信机制。

根据嵌入式系统特点,要使嵌入式Linux具备一定的功能且保持小型化应包括以下部分:启动加载程序、内核、初始化进程,以及硬件驱动程序、文件系统、必要的应用程序、TCP/IP协议

栈等。

图1系统硬件体系结构

表1移植过程中需要修改或添加的文件列表

S3C2410A微处理器是一款由三星公司设计的资源丰富、模块体积小、扩展性强的基于ARM920T核的微处理器,是S3C2410X的替代产品。在这款芯片中集成了16KB指令Cache、16KB数据Cache、MMu、外部存储器控制器、集成LCD控制器(STN和TFT)、NANDFlash控制器、4个DMA通道、3个UART通道、1个多主I2C总线控制控制器等,这就大大减少系统总成本和减少外围器件,现在他广泛应用于PDA、移动通信、

胡志丁:硕士

为完成移植工作,修改所有和体系结构相关的代码。主要指内核入口、处理器初始化、I/O口映射等。内核源代码中与体系

邮局订阅号：82-946360元/年-141-

《PLC技术应用200例》

ARM开发与应用

结构相关的代码在arch/arm子目录里,所需的头文件在include/

《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2009年第25卷第12-2期

232、RS-485、USB等接口;在此平台上基于ARM-Linux嵌入式

实时操作系统和Qt/Embedded嵌入式GUI设计socket通信软件,实现了嵌入式socket通信。采用此方案设计的嵌入式网络通信系统成本低、功耗小、实时性好。

asm-arm目录。移植到S3C2410A系统板过程中需要修改或添

加的文件如表1示。

最后,将编译成功的Linux核心通过u-boot下载到SDRAM。另外内核启动过程将加载RAMDISK文件系统,因此需要先制作RAMDISK文件系统并将其加载到SDRAM。

2.2Qt/embeddedsocket通信软件设计

Qt/embedded是Trolltech公司开发的面向嵌入式系统的C++GUI工具。它的类库完全采用C++封装,在底层仅采用framebuffer作为底层图形接口,将外部输入设为keyboard和mouse输入事件,低层接口支持键盘、GPM鼠标、触摸屏以及用户自定义的设备等。Qt/embedded具有丰富的控件资源和较好的可移植性,可以大大简化开发和维护图形用户界面应用程序的任务。越来越多的第三方软件公司开始采用Qt/embedded开发嵌入式Linux下的应用软件。

本文设计的socket通信程序采用server/client模式,即服务

器端的应用程序用于接收客户端的连接请求、接收客户端的信息、处理客户端的计算请求、向客户端发送计算结果以及应答信息等。客户端的应用程序用于申请与服务器的连接、向服务器发送计算请求、处理服务器发回的计算结果和其他信息。基于TCP的文件传送与接收程序流程图如图3所示。

参考文献

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[5]王翠华,张策,郭刚.一种基于S3C2410A的液晶接口设计。微计算机信息.2008,2-2:113-114

作者简介:胡志丁,男,硕士,研究方向:嵌入式控制系统与汽车电

子;左小五,男,讲师,主要研究方向:嵌入式系统与应用、现场总线技术。

技术创新

Biography:HUZhi-ding(1985-),male,Shanghai,UniversityofShanghaiforscienceandtechnology,Master,Studyfield:embed-dedcontrolsystemandauto-electronics.(200093上海市上海理工大学)胡志丁左小五

通讯地址:(200093上海市军工路334号上海理工大学南校区九舍713)胡志丁

(收稿日期:2009.01.10)(修稿日期:2009.04.10)

(上接第28页)研究[D],优秀博硕士学位论文.秦皇岛:燕山大学,2002

[2]张涛.基于BP神经网络的电力系统负荷预报[J],微计算机信息,2007(06-1)

[3]焦李成.神经网络系统理论[M]西安:西安电子科技大学出版社,1994.

[4]廉师友.人工智能技术导论[M]西安:西安电子科技大学出版社,2000.

作者简介:王洪瑞(1956-),男,黑龙江克山人,教授,博士生导师,主

要研究方向为机器人智能控制,板形板厚控制;宋洋(1982-),男,硕士研究生,黑龙江省哈尔滨人,主要研究方向机器人智能控制;赵立兴(1978-),男,博士研究生,主要研究方向为机器人系统控制;田学静(1982-),女,硕士研究生,河北省唐山市滦南县人,主要研究方向模糊控制。

Biography:WANGHong-rui(1956-),male,HeilongjiangKeshan,professor,doctoraltutor,themainresearchdirectionisintelligentrobotcontrol,shapeandgaugecontrol.(066004河北秦皇岛燕山大学西校区电院工业计算机控制工

图3基于TCP的文件传送与接收程序流程图

程河北省重点实验室)王洪瑞宋洋赵立兴田学静

3结束语

本文以S3C2410A处理器为核心开发了一个以太网通信系统,成功地将Linux实时操作系统移植到了S3C2410A处理器上,并在这个操作系统上利用Qt/Embedded类库强大的网络支持功能实现了socket通信。

本文的主要创新点在于:给出一种基于嵌入式微处理器

(071002河北保定河北大学)王洪瑞

(KeyLabofIndustrialComputerControlEngineeringofHebeiProvinceofTelecommunicationEngineeringYanshanUniversityHebeiQinhuangdao,066004,China)

WANGHong-ruiSONGYangZHAOLi-xingTIANXue-jing(HebeiUniversity,HebeiBaoding,071002,China)WANGHong-rui

通讯地址:(066004河北秦皇岛燕山大学西校区电院工业计算

机控制工程河北省重点实验室)宋洋

(收稿日期:2009.01.03)(修稿日期:2009.04.03)

S3C2410A的嵌入式网络通信系统的设计和实现方案,适合于中、高端应用;它支持Ethernet网络之间的数据传输,具有Rs--142-360元/年邮局订阅号：82-946

《现场总线技术应用200例》