摘 要： 為了實(shí)現(xiàn)Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境下的總控制器與Windows開(kāi)發(fā)環(huán)境下分節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線傳輸，提出用Socket的方法解決它們所帶WiFi模塊之間的無(wú)線通信。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的正常傳輸，并能把數(shù)值準(zhǔn)確地顯示出來(lái)。Socket的使用比較簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)整體系統(tǒng)增加太多代碼量。這樣開(kāi)發(fā)出來(lái)的總控制器與分節(jié)點(diǎn)之間的通信，傳輸速率快、誤碼率低、容易實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 嵌入式Linux；WiFi；Socket；總控制器；分節(jié)點(diǎn)
現(xiàn)如今無(wú)線通信的方式越來(lái)越多，組網(wǎng)模式也千姿百態(tài)。一般研究同種操作系統(tǒng)下的Socket或WiFi通信的比較多，但在兩種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境下WiFi之間的通信研究卻并不多。眾所周知，Linux操作系統(tǒng)由于其系統(tǒng)源碼的自由和開(kāi)放性，以及系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性，被廣泛用作服務(wù)器的操作系統(tǒng)。而Windows由于其友好的圖形界面和強(qiáng)大的編程環(huán)境，常被廣泛用作客服端的開(kāi)發(fā)環(huán)境和操作系統(tǒng)[1]。因此，研究?jī)纱蟛僮飨到y(tǒng)的實(shí)時(shí)通信問(wèn)題具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
本文主要研究嵌入式Linux下的ARM與Windows環(huán)境開(kāi)發(fā)下的STC80C51單片機(jī)之間的無(wú)線通信問(wèn)題，通過(guò)套接字編程由WiFi進(jìn)行傳輸，成功實(shí)現(xiàn)了兩大開(kāi)發(fā)環(huán)境下數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，基本解決了兩者之間的通信問(wèn)題。
1 Socket原理
Socket通常稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個(gè)通信鏈的句柄。在客戶端/服務(wù)器通信模型中，Socket是網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元，一個(gè)Socket描述就是通信連接的一端，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信連接中，兩端通信程序應(yīng)各有一個(gè)Socket對(duì)其進(jìn)行描述，不同的進(jìn)程通過(guò)各自的Socket發(fā)送和接收消息，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信[2-3]。
Linux Socket支持以下3種常見(jiàn)的套接字類型：（1）流式Socket(SOCK_STREAM)，一種最常用的套接字類型，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕粫?huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、破損或重復(fù)出現(xiàn)等差錯(cuò)；（2）數(shù)據(jù)報(bào)Socket(SOCK_DGRAM)是一種無(wú)連接和不可靠的雙工數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)通過(guò)獨(dú)立的報(bào)文進(jìn)行傳輸，是無(wú)序的，并且不保證數(shù)據(jù)的可靠性和無(wú)重復(fù)性，適用于可靠性要求不高的一些場(chǎng)合；（3）原始Socket(SOCK_RAW)，這種類型的Socket允許對(duì)底層協(xié)議(如IP或ICMP)直接訪問(wèn)，它功能強(qiáng)大但使用不太方便，一般用于新協(xié)議的開(kāi)發(fā)。
Socket的編程方法很多，但主要有兩種方式——面向連接的TCP協(xié)議方式和無(wú)連接的UDP協(xié)議方式。本文采用的是TCP協(xié)議方式。
2 通信平臺(tái)的搭建
本文研究的是兩個(gè)平臺(tái)的通信，服務(wù)器是內(nèi)有嵌入式Linux操作系統(tǒng)的ARM開(kāi)發(fā)板，客戶端是運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境下的單片機(jī)。本文在實(shí)際研究中，服務(wù)器端選用ARM11系列的S3C6410為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)部嵌入Linux2.6.28內(nèi)核版本，目標(biāo)代碼的編譯平臺(tái)選用裝有Ubuntu12.04操作系統(tǒng)的普通PC，它們通過(guò)交叉編譯和NFS掛載的方式實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器端編譯平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)的正常運(yùn)行；客戶端是在Windows XP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境下的帶有各種傳感器的51單片機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)二者之間的通信，WiFi模塊在此過(guò)程中起到樞紐的作用，因此通信兩端都有一個(gè)WiFi模塊。在服務(wù)器端的WiFi模塊選用的是Marvell 88w8686[4]，它是一款低成本、低功耗、自帶數(shù)據(jù)鏈路層的WiFi協(xié)議棧，內(nèi)部集成了兩個(gè)工作頻率為128 MHz的ARM7 Core，一個(gè)Core負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理，另一個(gè)Core負(fù)責(zé)處理RF方面的工作。該模塊通過(guò)SDIO接口與ARM開(kāi)發(fā)板相連。
客戶端的WiFi 模塊選用海凌科電子有限公司新推出的HLK-RM04模塊[5]，是基于通用串行接口的符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的低成本嵌入式模塊。通過(guò)該模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備在不需要更改任何配置的情況下，即可通過(guò)Internet 網(wǎng)絡(luò)傳輸自己的數(shù)據(jù)。模塊通過(guò)雙9針工頭串口線與單片機(jī)相連，功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由于該模塊內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口、以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)（WiFi）3個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換。
至此，整個(gè)系統(tǒng)的通信平臺(tái)的搭建已經(jīng)完成，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)功能框圖如圖2所示，從圖中可以看出WiFi模塊的組網(wǎng)模式。
3 通信過(guò)程的實(shí)現(xiàn)
本文以采集到的溫度值的傳輸來(lái)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。下面分別從服務(wù)器端和客戶端進(jìn)行介紹。
3.1 服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)
雖然在舉例中采用的是單一客戶端與服務(wù)器進(jìn)行通信，但考慮到實(shí)際中往往會(huì)遇到多個(gè)客戶端連接服務(wù)器的情況，像常用的recv、send都是阻塞性函數(shù)，若資源沒(méi)有準(zhǔn)備好，則調(diào)用該函數(shù)的進(jìn)程將進(jìn)入睡眠狀態(tài)，這樣就無(wú)法處理I/O多路復(fù)用的情況。鑒于此，使用select函數(shù)既可以實(shí)現(xiàn)非阻塞I/O或信號(hào)驅(qū)動(dòng)I/O，還可以設(shè)置等待時(shí)間。服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)的程序流程圖如圖3所示。
接下來(lái)對(duì)其中一些關(guān)鍵性的步驟進(jìn)行闡述。
(1)建立Socket
socketfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
AF_INET表示的是針對(duì)Internet的通信協(xié)議，允許在遠(yuǎn)程主機(jī)之間通信；SOCK_STREAM表明使用的是TCP協(xié)議，這樣會(huì)提供按順序的、可靠的、雙向的、面向連接的比特流；0表示成功時(shí)返回文件描述符，失敗時(shí)返回-1，這樣通過(guò)errno即可知道出錯(cuò)的詳細(xì)情況。
(2)綁定和監(jiān)聽(tīng)
bind(socketfd,(structsocketaddr*)&server_sockaddr,
sizeof(structsockaddr));//綁定端口號(hào)和地址
listen(socketfs,n);//監(jiān)聽(tīng)，n表示允許與服務(wù)器的
最大連接數(shù)
它們都是成功時(shí)返回0，出錯(cuò)時(shí)返回-1。
（3）調(diào)用select函數(shù)與客戶端連接
fd_set readfd,writefd;//文件描述集的聲明
FD_ZERO(&readfd);//清空readfd與所有文件句柄的聯(lián)系
FD_SET(sockfd,&readfd);//建立文件句柄與readfd的聯(lián)系
select(MAX_CONNECTED_NO,&readfd,NULL,NULL,
(struct timeval*)0);//select函數(shù)的調(diào)用
FD_ISSET(sockfd,&readfd);//檢查readfd聯(lián)系的文件
句柄sockfd是否可讀寫(xiě)，當(dāng)大于0時(shí)表示可讀寫(xiě)
3.2 客戶端的實(shí)現(xiàn)
客戶端的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上分兩部分進(jìn)行：一是單片機(jī)通過(guò)DALLAS公司的DS18B20溫度傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳送給串口；二是與之用串口線相連的RM04模塊，通過(guò)WiFi與服務(wù)器建立連接，具體實(shí)現(xiàn)的程序流程如圖4所示。
第一部分采集數(shù)據(jù)傳給串口的過(guò)程需要注意數(shù)據(jù)在發(fā)送的過(guò)程中應(yīng)該把數(shù)據(jù)以ASCII形式發(fā)送，這樣服務(wù)器端才能以想要的十進(jìn)制的形式顯示出來(lái)，其他的比較簡(jiǎn)單，不再贅述。主要介紹第二部分中RM04模塊的配置。
(1)調(diào)到相應(yīng)的端口，搜索到該模塊。
(2)以無(wú)線網(wǎng)卡的模式配置該模塊，選擇TCP客戶端模式，遠(yuǎn)程端口的IP和端口號(hào)，無(wú)線局域網(wǎng)的名稱與密碼，本模塊的IP等，具體配置圖如圖5所示。
(3)在命令窗口下ping 192.168.1.120，如果ping通，說(shuō)明該模塊成功。
在Linux系統(tǒng)中進(jìn)入開(kāi)發(fā)板，先啟動(dòng)服務(wù)器端，再運(yùn)行客戶端程序，服務(wù)器端出現(xiàn)如圖6所示的結(jié)果。
通過(guò)圖6可以看出，客戶端與服務(wù)器端之間能夠正常通信，并能正確顯示出當(dāng)前測(cè)量的溫度是27.35 ℃。該項(xiàng)研究主要針對(duì)總控制器與分節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通信，對(duì)于需要這種模式通信的系統(tǒng)有很大的實(shí)際使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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