基于PXA270嵌入式系统的Socket通信设计

1 引言
PXA270 是Intel 公司的一款基于XScale 架构的高集成度高性能嵌入式处理器，采用ARMv5TE内核，包含了Intel的SpeedStep 技术，优化了处理器的功耗，可以动态调节 CPU 的电压和频率来节省电源的功耗。支持多种嵌入式操作系统，如Linux、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks等。
Socket接口是TCP/IP网络层的API，定义了许多函数和例程，可以用它们来开发TCP/IP网络层的应用程序。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，具有一个类似于打开文件的函数调用Socket（），该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。
2 系统设计
系统的设计分为服务器端和客户端设计两部分，服务器端为运行Linux操作系统的PC机，客户端为PXA270系统，在该系统中移植和构建Linux嵌入式操作系统，两者通过Switch交换机进行网络通信。
2.1 系统工作原理
在Linux 操作系统中，Socket 属于文件系统的一部分，网络通信可以被看作是对文件的读取。Linux 拥有POSIX 标准库函数，Socket（）、Bind（）、Sendto（）、Recvfrom（）等库函数可以方便地实现客户/ 服务器模型中数据的传送与接收。系统设计主要的目的是完成服务器和客户端网络通信的实现。首先启动宿主机和客户机的操作系统Linux，然后每个模块加载网络设备驱动程序，最后通过TCP/IP协议建立双方的通信链路，完成Socket通信，详细情况如图1所示。
2.2 嵌入式TCP/IP协议架构
嵌入式系统作为TCP服务器，在三次握手建立连接的过程中，嵌入式系统作为监听状态的服务器，处于LISTEN状态，等待对方发起连接。当它接收到SYN数据片，立即发出SYN+ACK的数据片确认收到对方的SYN，此时变为SYN_ RECEIVED状态。再接收到对方返回的一个包含ACK的空数据片则三次握手完成，进入ESTABLISHED状态，最后进行TCP数据通讯。

图1 系统的原理示意图
嵌入式系统建立连接时初始化序列号，然后根据对方发包中的值来确定序列号，不记忆序列号，不能识别重复报文。嵌入式服务器仅仅在服务器端响应客户端的请求，接收一个发送一个确认回答，不考虑失序问题。同时接收到TCP请求后，将存储于发送缓冲区中的数据立即发送即可，只需一个数据包就能完成，也不需考虑失序问题。
因为嵌入式系统采用滑动窗口为1的传输方式，即发送一次数据包就等待返回应答，因此当接收不到确认包，就认为自己发送的包丢失，直接发送上次发送的数据。TCP的连接中，当客户机异常导致连接崩溃时，嵌入式系统发数据时会被回复复位信号，回到初始状态。嵌入式TCP/IP协议如图2所示。
3 客户端/服务器端功能设计
在TCP/IP网络中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式，即客户端向服务器端发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求方式。

图2 嵌入式TCP/IP图解