嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)分析

彭良鵬 史玉明

引言：隨著社會(huì)的的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)在日常生產(chǎn)生活中應(yīng)用更加廣泛，設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算機(jī)操作已經(jīng)成為自動(dòng)化的必然趨勢(shì)，預(yù)示著我國(guó)進(jìn)入到信息時(shí)代。常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)接入一般采用以太網(wǎng)，隨著技術(shù)的升級(jí)與改良，以太網(wǎng)類型更加多樣，嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)在設(shè)備連接與通信中發(fā)揮了重要作用。本文主要針對(duì)嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)進(jìn)行分分析，探討嵌入式以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)原理與技術(shù)。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也亦步亦趨，設(shè)備聯(lián)網(wǎng)成為行業(yè)共識(shí)，但是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)接入的過(guò)程中也產(chǎn)生了明顯的問(wèn)題，鑒于時(shí)代對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷增加，信息流通量大等導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)接入不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)堵塞與故障頻發(fā)，于是新的嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)應(yīng)用而生，在網(wǎng)絡(luò)連接中發(fā)揮了重要作用。嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)作為一種新的網(wǎng)絡(luò)通信連接技術(shù)，一經(jīng)產(chǎn)生，廣受好評(píng)。本文主要針對(duì)S3C4510號(hào)嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析，探討其實(shí)現(xiàn)原理。

一、嵌入式以太網(wǎng)通信系統(tǒng)硬件分析

以太網(wǎng)分為硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，其中以太網(wǎng)通信硬件系統(tǒng)包括以太網(wǎng)控制器與以太網(wǎng)接口，系統(tǒng)采用的以太網(wǎng)專用控制器能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式處理器S3C4510B內(nèi)置MAC接口，除了以太網(wǎng)控制器與以太網(wǎng)接口外還有物理層收發(fā)器芯片，物理層收發(fā)器是擁有串行網(wǎng)絡(luò)接口的單端高速物理收發(fā)器，兼具了所有的物理層功能，主要包括物理編碼電子層，物理介質(zhì)接入、基于雙絞線物理媒介子層等。如果嵌入式以太網(wǎng)要完成信息的接收與發(fā)送，必須通過(guò)DMA讀寫(xiě)內(nèi)部的16KBRAM，該RAM具有雙端口性，所謂的雙端口指的是兩套總線共同連接到該RAM上，其中一套總線讀或?qū)懺揜AM，主要是本地DMA，另一套總線是CPU，也負(fù)責(zé)讀或?qū)慠AM，其為遠(yuǎn)程DMA。通過(guò)網(wǎng)卡接收DMA上傳的數(shù)據(jù)，然后借助網(wǎng)卡將信息數(shù)據(jù)發(fā)送到以太網(wǎng)，RemoteDMA里的數(shù)據(jù)在完成啟動(dòng)命令后，在網(wǎng)卡內(nèi)自動(dòng)完成，然后提取數(shù)據(jù)到RAM中。

二、嵌入式以太網(wǎng)軟件通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析

我們前面介紹了嵌入式以太網(wǎng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其實(shí)在嵌入式以太網(wǎng)功能的正常發(fā)揮中，軟件系統(tǒng)也起著重要的作用，是嵌入式以太網(wǎng)進(jìn)行正常連接與工作的關(guān)鍵技術(shù)部分。一般來(lái)說(shuō)，嵌入式以太網(wǎng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為幾種，主要有以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序配置、以太網(wǎng)Socket編碼設(shè)置等，下面我們針對(duì)每一種驅(qū)動(dòng)進(jìn)行具體分析。

（一）嵌入式以太網(wǎng)通信驅(qū)動(dòng)程序配置

在以太網(wǎng)正常的功能發(fā)揮中，特別是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的傳輸功能，我們首先要對(duì)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行必要的設(shè)置，該系統(tǒng)中采用的板子與S3C4510處理器采用的是ne2000兼容的網(wǎng)卡芯片，因此對(duì)于控制流程不需要做任何改動(dòng)，在必要的時(shí)候只需要修改芯片中的寄存器訪問(wèn)操作，或者是對(duì)一些生產(chǎn)廠家所設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡芯片最初設(shè)計(jì)定義。就目前嵌入式以太網(wǎng)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序來(lái)說(shuō)采用的都是ne2000的驅(qū)動(dòng)程序，其接入實(shí)現(xiàn)方式主要將接收緩沖區(qū)置于發(fā)送緩沖區(qū)之后。

（二）使用Socket編程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信

嵌入式以太網(wǎng)可以借助Socket編程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，其中Socket編程一半被翻譯成套接字，簡(jiǎn)而言之就是網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程中的固定ID。目前比較常用的Socket編程有兩種，一種是流式，一種是數(shù)據(jù)報(bào)式。這兩種形式的主要區(qū)別在于采用不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其中前者采用的是TCP協(xié)議，而后者采用的是UDP協(xié)議。如果在準(zhǔn)確性完整性要求比較高的情況下，建議選擇流式編程技術(shù)。流式編程技術(shù)由Socket函數(shù)調(diào)來(lái)進(jìn)行創(chuàng)建。在調(diào)用時(shí)一般采用bind函數(shù)作為其分配地址之一。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序包括兩大部分，其中一部分是服務(wù)器端的應(yīng)用程序，主要負(fù)責(zé)對(duì)客戶端提出的連接請(qǐng)求、客戶端信息進(jìn)行接受與分析，在分析的基礎(chǔ)上多客戶端提出的傳輸請(qǐng)求進(jìn)行處理并解決，向客戶端傳達(dá)一定的應(yīng)答信息。其中一部分是客戶端的應(yīng)用程序，主要作用是對(duì)申請(qǐng)連接到服務(wù)器、面向服務(wù)器進(jìn)行信息請(qǐng)求傳輸，處理服務(wù)器發(fā)回來(lái)的結(jié)果信息等信息資料進(jìn)行分析并處理。

（三）嵌入式以太網(wǎng)的服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)分析

在系統(tǒng)中使用GNUC對(duì)流式套接字進(jìn)行編程處理，需要輔助函數(shù)庫(kù)。在服務(wù)器程序中使用其通用接口函數(shù)編碼完成。服務(wù)器的程序流程主要遵循這樣的過(guò)程。首先將服務(wù)器的程序啟動(dòng)，創(chuàng)建出監(jiān)聽(tīng)套接字，發(fā)出監(jiān)聽(tīng)端口請(qǐng)求，監(jiān)聽(tīng)請(qǐng)求被接聽(tīng)，創(chuàng)建出子進(jìn)程處理請(qǐng)求，在產(chǎn)生了子進(jìn)程處理請(qǐng)求后，父進(jìn)程繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)端口，此時(shí)子進(jìn)程創(chuàng)建出新的套接字，實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)端之間的數(shù)據(jù)通信，此時(shí)連接被斷開(kāi)，雙方程序關(guān)閉，子進(jìn)程結(jié)束。在此過(guò)程中，如果出現(xiàn)建立連接失敗的現(xiàn)象，一般會(huì)有函數(shù)提出錯(cuò)誤信息，如果連接成功，雙方可以借助send與recv函數(shù)調(diào)進(jìn)行發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，完成嵌入式以太網(wǎng)的安裝連接。如果有斷開(kāi)連接的需求，我們可以調(diào)用函數(shù)cbse進(jìn)行真正釋放，也可以對(duì)套接字相關(guān)的系統(tǒng)資源進(jìn)行調(diào)用處理。

結(jié)束語(yǔ)

以太網(wǎng)已經(jīng)有20多年的發(fā)展歷程，在互聯(lián)網(wǎng)的連接中發(fā)揮著重要作用，是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)中底層連接不可缺少的組成部分。目前來(lái)說(shuō)，嵌入式以太網(wǎng)與IP協(xié)議已經(jīng)成為使用最為廣泛的協(xié)議。與嵌入式以太網(wǎng)比較起來(lái)，其他形式的總線協(xié)議，如RS485、RS232等都適用于局部的系統(tǒng)中，其現(xiàn)有的傳輸距離與應(yīng)用范圍與嵌入式以太網(wǎng)相比差距十分明顯。在我國(guó)目前控制領(lǐng)域中，遠(yuǎn)程控制成為重要的控制方式，在控制領(lǐng)域占據(jù)重要地位。現(xiàn)有的各種控制一般是以單片機(jī)為實(shí)際的控制中心，構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)與Internet的有效性連接，對(duì)于局域網(wǎng)的完善提供了系統(tǒng)保障。

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