嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”（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，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個普遍被認同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)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)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)，對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(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 Wind River System 公司（ 以下簡稱風河 公司 ，即 WRS 公司）推出的一個實時操作系統(tǒng)。Tornado 是WRS 公司推出的一套實時操作系統(tǒng)開發(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。它提供了對其它VxWorks系統(tǒng)和TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的"透明"訪問，包括與BSD套接字兼容的編程接口，遠程過程調(diào)用（RPC），SNMP（可選項），遠程文件訪問（包括客戶端和服務(wù)端的NFS機制以及使用RSH，F(xiàn)TP 或 TFTP的非NFS機制）以及BOOTP 和代理ARP、DHCP、DNS、OSPF、RIP。無論是松耦合的串行線路、標準的以太網(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)機制都遵循標準的 Internet 協(xié)議。

在傳輸媒介上，VxWorks使用TCP/IP和UDP/IP協(xié)議作為VxWorks進程與其他主機環(huán)境進程之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ摺xWorks的所有網(wǎng)絡(luò)機制都遵循標準的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）；遠程過程調(diào)用（Remote Procedure Calls）；遠程文件存取（Remote File Access）；文件輸出（File Export）；遠程命令執(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）來實現(xiàn)的。利用套接字，無論是單一CPU中的不同進程，還是通過共享內(nèi)存底板，以太網(wǎng)或任何類型的網(wǎng)絡(luò)連接的進程都可以實現(xiàn)通信。套接字是與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的UDP或TCP端口捆綁在一起的通信接口。VxWorks實現(xiàn)了標準的BSD流套接字和數(shù)據(jù)報套接字。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，每個打開的socket都對應(yīng)一個整數(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)器端有一個或多個任務(wù)在指定的端口等待來自客戶端的連接請求，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，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，它偵聽某個端口，等待來自客戶端的請求消息。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)總體上是一個循環(huán)，一次處理一個請求。并發(fā)模式是指服務(wù)端程序可同時處理多個請求，結(jié)構(gòu)上一般采用父進程接受請求，然后產(chǎn)生子進程來處理請求。

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

2.1嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本嵌入式系統(tǒng)作為一個整機系統(tǒng)的子系統(tǒng)運行于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)合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強的專用性，必須結(jié)合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。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)行器實現(xiàn)目標功能。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)動程序的目的是提供一系列接口函數(shù)，對用戶屏蔽掉硬件板卡的硬件細節(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，我們開發(fā)了一個用于分布式系統(tǒng)上的任務(wù)/進程之間的通信模塊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、無重復(fù)并且無記錄邊界的數(shù)據(jù)流服務(wù)，同時流量和擁塞控制以及傳輸數(shù)據(jù)校驗保證了數(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編程接口封裝成進程間通信的統(tǒng)一接口，從而屏蔽掉底層的通信細節(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)進行通信。在實際整機系統(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)的進一步劃分，子任務(wù)之間也存在進程之間的通訊。不管通信的實體（任務(wù)/進程）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公共通訊模塊來進行通信，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)計過程中對以下各方面也進行了兼顧：

1、CX傳送數(shù)據(jù)的實時性保證：網(wǎng)絡(luò)中間件針對所有接收函數(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)機制：當一個server沒有偵聽到請求時，client可以多次向server重發(fā)請求，重發(fā)間隔時間由調(diào)用者自己設(shè)定；

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

4、CX的監(jiān)視機制：提供單獨的進程來監(jiān)視host的狀態(tài)，一旦某個host不可訪問就會產(chǎn)生錯誤或警告信息。

2.3網(wǎng)絡(luò)中間件的實例

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，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

{ //將server地址轉(zhuǎn)換為server號

result=ServAddr2Num（serv_addr, &serv_num ）；

if（result == OK）

{ //發(fā)送請求消息

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）；

//如果沒有發(fā)送成功，則返回錯誤碼，并修改client相應(yīng)的項目

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)動程序

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

圖2：板卡驅(qū)動軟件結(jié)構(gòu)示意圖

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

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

服務(wù)器端則通過一個無限循環(huán)的進程等待來自客戶的請求消息，接收請求消息的接口函數(shù)是：CXs_recv。

服務(wù)器端接收到請求消息后調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)來處理傳遞過來的命令和參數(shù)，并繼續(xù)等待下一個請求。當命令執(zhí)行完后，外部中斷信號會中斷服務(wù)器端處理器。

3結(jié)束語

VxWorks是一種高效的多任務(wù)的嵌入式實時操作系統(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 提供了一個快速靈活的與 ANSI C 兼容的 I/O 系統(tǒng)，包括 UNIX 標準的Basic I/O（creat（）， remove（）， open（），close（）， read（）， write（）， and ioctl（）。），Buffer I/O （fopen（）， fclose（）， fread（）， fwrite（）， getc（）， putc（）） 以及POSIX 標準的異步 I/O。VxWorks 包括以下驅(qū)動程序：網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、管道驅(qū)動、RAM盤驅(qū)動、SCSI驅(qū)動、鍵盤驅(qū)動、顯示驅(qū)動、磁盤驅(qū)動、并口驅(qū)動等 ?本文討論了VxWorks中網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)，其創(chuàng)新點在于：利用這種基于socket的面向連接的網(wǎng)絡(luò)通信機制，開發(fā)了普適于整機系統(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)用中實現(xiàn)了上位機與硬件板卡的實時通信，取得了良好的效果。