1 引言
    目前，嵌入式系統(tǒng)已經廣泛應用到人們的工作、生活中，2003年我國嵌入式系統(tǒng)應用產品經濟總量達l 000億元。隨著技術的發(fā)展，8位MCU市場已逐步趨向穩(wěn)定，32位MPU代表著嵌入式技術的發(fā)展方向，正在加速發(fā)長。在32位嵌入式微處理器市場上，基于ARM內核的微處理器處于絕對的領導地位。
    嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)除了具有高效、穩(wěn)定、性能專一等優(yōu)點外，還具有實時性較高的操作系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與通信、網絡技術的結合可以極大增強網絡的智能化與靈話性，拓展通信功能，從而實現各種通信系統(tǒng)之間的互聯互通。本文給出了一種適合于中/低端應用的通信平臺設計方案，它可支持以太網之間的數據傳輸，并且具有RS232、RS485、USB等接口。文中圍繞嵌入式Linux環(huán)境設計了基于MC9328MXl(ARM920T)最小系統(tǒng)的硬件通信平臺，從而實現了嵌入式Socket通信。

2 最小系統(tǒng)分析
    Motorola公司的MC9328MXl是以ARM920T為內核的高性價比16/32位RISC微控制器，內含一個ARM公司設計的16/32位ARM920T RISC處理器核，ARM920T為低功耗，高性能16/32位核，最適合于對價格及功耗敏感的應用場合。除了ARM920T核以外，MC9328MXl還包含了許多外圍功能模塊。處理器和這些模塊都集成在核心板上，其具體結構如圖1所示。

    由圖1可見，除了ARM920TDMI內核外，MC9328MXl還集成了多個外圍功能模塊：一個LCD控制器、一個脈沖調制控制器、一個USB控制器及多個擴展通道，但是沒有集成用于網絡通信的以太網控制器。所以，需要設計包含合適的以太網控制器的外圍電路。

3 外圍電路設計
    本系統(tǒng)選用與MC9328MXl相匹配的CS8900A作為以太網控制器。CS8900A是Cirrus Logic公司生產的低功耗16位以太網控制器，功能強大。該器件的突出特點是使用靈活，其物理層接口、數據傳輸模式和工作模式等都能根據需要動態(tài)調整，通過內部寄存器的設置來適應不同的應用環(huán)境。
    CS8900A內部結構框圖如圖2所示，內部功能模塊主要是802.3介質訪問控制塊(MAC)。802.3介質訪問控制塊支持全雙工工作模式，完全依照IEEE802.3以太網標準，采用100引腳TQFP封裝，負責處理有關以太網數據幀的發(fā)送和接收，包括：沖突檢測、幀頭的產生和檢測、CRC校驗碼的生成和驗證。通過對發(fā)送控制寄存器(TxCMD)的初始化配置，MAC能自動完成幀的沖突后重傳。如果幀的數據部分少于46個字節(jié)，它能生成填充字段使數據幀達到802.3所要求的最短長度。

    CS8900A的主要特點如下：
    符合IEEE802.3以太網標準，并帶有ISA接口；
    片內4KB RAM；
    適用于I/O工作模式、存儲器工作模式和DMA工作模式；
    帶有傳送、接收低通濾波的lOBase2T連接端口；
    支持lOBase2，lOBase5和lOBase2F的AUI接口；
    自動生成報頭，自動進行CRC檢驗，沖突后自動重發(fā)；
    最大電流消耗為55mA(5 V電源)；
    全雙工工作模式； 
    支持外部EEPROM。 
    另外，要實現CS8900A與主機之間的數據通訊，在電路設計時可根據具體情況靈活選擇合適的數據傳輸模式。CS8900A支持的傳輸模式有：I/O模式和Memory模式，另外還有DMA模式。其中，I/O模式是訪問CS8900A存儲區(qū)的缺省模式，簡單易用。
    由MC9328MXl的引腳描述可以看出，MCU的數據是通過D[3l：0]傳輸的，而以太網控制器CS8900A最多使用16位傳輸模式，所以MC9328MXl的數據總線前16位(D[15：0])應與CS8900A的SD[O：15]相連，為解決速度不匹配的問題，需使用具有緩沖功能的總線收發(fā)器。從成本考慮，該系統(tǒng)采用兩個8位的74LS245。地址信息通過MC9328MXI地址總線接口的A[DO：03]與CS8900A的SA[00：03]通過緩沖器74HC244相連，A[04：19]與SA[04：19]直接相連用于設置網卡的初始基址。另外，CS8900A通過一個帶扼流線圈的隔離變壓器20F001N將CPU發(fā)送的數據(變比為l：1.414)發(fā)送到網絡上；接收數據時，網絡傳送的數據經過隔離變壓器(變比為1：1)。隔離變壓器的作用主要是將外部線路與CS8900A隔開，防止干擾和燒壞元件，實現帶電的插拔功能。XTALl與XTAL2之間的晶振為CS8900A提供穩(wěn)定的時鐘脈沖。其電路圖如圖3所示。

4 基于嵌入式Linux的Socket通信
    基于嵌入式Linux的開發(fā)環(huán)境一般由裝有交叉編譯器的PC機和硬件開發(fā)板組成。本設計以PC宿主機作為客戶端，以MC9328MXl的開發(fā)板作為服務器實現通信。先由PC機將客戶機程序(server)編譯好后，通過串口寫入開發(fā)板，然后將開發(fā)板與PC機通過以太網口建立連接。
    Socket(套接字)是通過標準UNIX文件描述符和其他程序通訊的一個方法，其實質是提供了進程通信的端點，可以看作是一種特殊的管道。通過Sock-et編程可以實現網絡通信。一個完整的套接字有一個相關的描述：協議、本地地址、本地端口、遠程地址、遠程端口。
    通用套接口地址結構struct sockaddr的定義如下：

    套接字操作函數主要有：
    (1)創(chuàng)建一個Sockets
    sockfd=socket (family，type，protocol)
    其中由地址類(family)參數指定該Socket使用的地址類。由類型(type)參數規(guī)定所請求的通信類型。協議(protocol)參數一般為零，使得默認的協議將自動被選取。
    (2)連接本地地址
    本函數的主要功能是將一個規(guī)定的地址與一個Sockets結合，一個服務進程要使用如下函數：bind(sockfd，address，addrlen)其中，sockfd參數是由socket()調用返回的sockets描述符。address指向一個地址結構，addrlen參數規(guī)定了地址的字節(jié)長度。
    (3)客戶進程連接到服務進程
    用此函數實現客戶進程對服務進程連接的初始化。此系統(tǒng)調用是：
    connect(sockfd，address，addrlen)
    其中，sockfd是本地Sockets的Sockets描述符。address規(guī)定目的機上服務進程正在使用的地址，addrlen規(guī)定了地址的字節(jié)長度。
    當connect()函數被調用時，如果客戶的Sockets還沒有結合到一個本地地址，則系統(tǒng)自動選擇一個本地地址和一個適當的端口號，并且把它們和該客戶的Sockets相結合。
    (4)網絡監(jiān)聽
    int listen(int sockfd，int backlog)；
    sockfd是Socket系統(tǒng)調用返回的Socket描述符；backlog指定在請求隊列中允許的最大請求數，進入的連接請求將在隊列中等待accept ()(參考下文)。backlog對隊列中等待服務的請求的數目進行了限制，大多數系統(tǒng)缺省值為20。如果一個服務請求到來時，輸入隊列已滿，該Socket將拒絕連接請求，客戶將收到一個出錯信息。當出現錯誤時listen函數返回-l，并置相應的errno錯誤碼。
    (5)接收請求函數
    accept()函數讓服務器接收客戶的連接請求。在建立好輸入隊列后，服務器就調用accept函數，然后睡眠并等待客戶的連接請求。
    int accept(int sockfd，void*addr，int*addrlen)；
    sockfd是被監(jiān)聽的Socket描述符，addr通常是一個指向sockaddr_in變量的指針，該變量用來存放提出連接請求服務的主機的信息；addrlen通常為一個指向值為sizeof(struct sockaddr_in)的整型指針變量。
    (6)數據傳輸
    Send()和Recv()這兩個函數應用于面向連接的Socket上進行數據傳輸。
    Send()函數原型為：int send(int sockfd，const void*msg，int len，int flags)；sockfd是用來傳輸數據的socket描述符；msg是一個指向要發(fā)送數據的指針；len是以字節(jié)為單位的數據長度；flags一般情況下置為0。
    Recv ()函數原型為：int Recv(int sockfd，void*buf int len，unsigned int flags)；sockfd是接受數據的Socket描述符；buf是存放接收數據的緩沖區(qū)；len是緩沖的長度。flags也被置為O。Recv()返回實際上接收的字節(jié)數，當出現錯誤時，返回-1并置相應的errno值。
    本部分設計的目的是通過分析Socket的編程方法，編寫一個服務器程序server，用arm-linux-gcc編譯后運行在ARM開發(fā)板上，一個客戶端程序client用gcc編譯后在PC上運行。
    總體編程模型即客戶機與服務器的通信過程見圖4。

4.1 服務器端
    (1)初始化

4.2 客戶機端
    (1)通過服務器域名獲得服務器的IP地址

    函數gethostbyname ()是完成域名轉換的。當gethostname()調用成功時，返回指向struct hosten的指針，當調用失敗時返回-1。
    (2)創(chuàng)建一個Socket(實現方法與服務器端相同)
    (3)與服務器建立連接

    這樣，給ARM開發(fā)板CS8900A網卡分配地址，并且編譯server和client程序后，可以將開發(fā)板用作服務器，PC用作客戶端，實現兩者的通信。

5 結束語
    本文設計開發(fā)了基于MC9328MXl的以太網通信系統(tǒng)，并利用嵌入式linux操作系統(tǒng)強大的網絡功能實現了Socket通信。文中的客戶端應用程序已經在基于ARM9TDMI核的MC9328MXl處理器的嵌入式開發(fā)平臺上成功運行，應用宿主PC機的服務器端應用程序成功實現了Socket通信。當然，也可以把目標硬件開發(fā)平臺當作服務器端，而把宿主PC機當作客戶端來進行雙向文件傳輸。