基于UDP協(xié)議的ARM與其它平臺(tái)通訊的解決方案

【摘要】本文通過(guò)案例，首先在觸摸屏進(jìn)行畫(huà)圖，使其在液晶屏上顯示，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，使其在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，并由計(jì)算機(jī)控制清除液晶屏上的圖形，實(shí)現(xiàn)了基于UDP協(xié)議的ARM、X86平臺(tái)之間的通訊，從而提出了基于UDP協(xié)議的ARM與其它平臺(tái)之間通訊的解決方案。

【關(guān)鍵詞】UDP協(xié)議；ARM；X86；通訊；解決方案

隨著人工智能的應(yīng)用，ARM產(chǎn)品已經(jīng)遍布到各個(gè)領(lǐng)域：工業(yè)控制、無(wú)線通訊領(lǐng)域、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、成像和安全產(chǎn)品，包括現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)，手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。除此以外，ARM微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會(huì)在將來(lái)取得更加廣泛的應(yīng)用，因此，ARM與其它平臺(tái)之間通訊就顯得尤為重要。

1.UDP協(xié)議本質(zhì)

UDP協(xié)議是英文User Datagram Protocol的縮寫，即用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，主要用來(lái)支持那些需要在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問(wèn)世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋，但即使是在今天，UDP仍然不失為一項(xiàng)非常實(shí)用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。

UDP協(xié)議使用端口號(hào)為不同的應(yīng)用保留其各自的數(shù)據(jù)傳輸通道。UDP和TCP協(xié)議正是采用這一機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)同一時(shí)刻內(nèi)多項(xiàng)應(yīng)用同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的支持。數(shù)據(jù)發(fā)送一方（可以是客戶端或服務(wù)器端）將UDP數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)源端口發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)接收一方則通過(guò)目標(biāo)端口接收數(shù)據(jù)。有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只能使用預(yù)先為其預(yù)留或注冊(cè)的靜態(tài)端口；而另外一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則可以使用未被注冊(cè)的動(dòng)態(tài)端口。因?yàn)閁DP報(bào)頭使用兩個(gè)字節(jié)存放端口號(hào)，所以端口號(hào)的有效范圍是從0到65535。一般來(lái)說(shuō)，大于49151的端口號(hào)都代表動(dòng)態(tài)端口。

數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度是指包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)部分在內(nèi)的總的字節(jié)數(shù)。因?yàn)閳?bào)頭的長(zhǎng)度是固定的，所以該域主要被用來(lái)計(jì)算可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)部分（又稱為數(shù)據(jù)負(fù)載）。數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度根據(jù)工作環(huán)境的不同而各異。從理論上說(shuō)，包含報(bào)頭在內(nèi)的數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為65535字節(jié)。不過(guò)，一些實(shí)際應(yīng)用往往會(huì)限制數(shù)據(jù)報(bào)的大小，有時(shí)會(huì)降低到8192字節(jié)。

UDP協(xié)議使用報(bào)頭中的校驗(yàn)值來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全。校驗(yàn)值首先在數(shù)據(jù)發(fā)送方通過(guò)特殊的算法計(jì)算得出，在傳遞到接收方之后，還需要再重新計(jì)算。

如果某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過(guò)程中被第三方篡改或者由于線路噪音等原因受到損壞，發(fā)送和接收方的校驗(yàn)計(jì)算值將不會(huì)相符，由此UDP協(xié)議可以檢測(cè)是否出錯(cuò)。其實(shí)在UDP協(xié)議中校驗(yàn)功能是可選的，如果將其關(guān)閉可以使系統(tǒng)的性能有所提升。這與TCP協(xié)議是不同的，后者要求必須具有校驗(yàn)值。

2.實(shí)現(xiàn)案例

實(shí)現(xiàn)案例如下：在觸摸屏進(jìn)行畫(huà)圖，使其在液晶屏上顯示，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，使其在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，并由計(jì)算機(jī)控制清除液晶屏上的圖形。

步驟如下：

（1）新建工程

（2）在main.c文件中編輯初始化網(wǎng)絡(luò)函數(shù)

void InitNetWork（）//初始化網(wǎng)絡(luò)

{

U32 ipaddr32，ipmaskaddr32，ipgateaddr32；

U8 *Mac；

ipaddr32=Get_ipaddr（）； //獲取IP地址

ipmaskaddr32=Get_maskaddr（）；//獲取子網(wǎng)掩碼

ipgateaddr32=Get_gwaddr（）； //獲取網(wǎng)關(guān)

Mac=Get_mac（）； //獲取網(wǎng)卡地址

NetPortChoose（0）； //選擇網(wǎng)口，必須在配置網(wǎng)絡(luò)以前進(jìn)行

initOSNet（ipaddr32， ipmaskaddr32， ipgateaddr32，Mac）；//配置網(wǎng)絡(luò)

OSTimeDly（1000）；//任務(wù)掛起1秒

printk（\"init Ethernet and UDP is ok！＼n\"）；

}

（3）定義計(jì)算機(jī)端套接字，全局變量

（4）編寫Main_Task任務(wù)及消息循環(huán)

主要負(fù)責(zé)響應(yīng)觸摸屏消息，在屏幕上畫(huà)圖，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。

對(duì)觸摸屏消息的處理和鍵盤消息類似，其消息類型pMsg->Message為OSM_TOUCH_SCREEN，消息參數(shù)pMsg->LParam中包含了觸摸屏的動(dòng)作信息，定義如下：

#define TCHSCR_ACTION_NULL 0

#define TCHSCR_ACTION_CLICK 1 //觸摸屏單擊

#define TCHSCR_ACTION_DBCLICK 2 //觸摸屏雙擊

#define TCHSCR_ACTION_DOWN 3 //觸摸屏按下

#define TCHSCR_ACTION_UP 4 //觸摸屏抬起

#define TCHSCR_ACTION_MOVE 5 //觸摸屏移動(dòng)

消息參數(shù)pMsg->WParam中則包含了觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)信息，低16位是X坐標(biāo)值，高16位是Y坐標(biāo)值。這里當(dāng)觸摸屏產(chǎn)生“按下”動(dòng)作后采用MoveTo（）函數(shù)設(shè)置繪圖起始點(diǎn)坐標(biāo)，當(dāng)產(chǎn)生“移動(dòng)”動(dòng)作后采用LineTo（）函數(shù)繪制線段。

3.解決方案

3.1 建立Socket

為了建立建立Socket，程序可以調(diào)用Socket函數(shù)，該函數(shù)返回一個(gè)類似于文件描述符的句柄。socket函數(shù)原型為：

int socket（int domain， int type，int protocol）；

domain指明所使用的協(xié)議族，通常為PF_INET，表示互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族（TCP/IP協(xié)議族）；type參數(shù)指定socket的類型：SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，Socket接口還定義了原始Socket（SOCK_RAW），允許程序使用低層協(xié)議；protocol通常賦值”0”。Socket（）調(diào)用返回一個(gè)整型socket描述符，你可以在后面的調(diào)用使用它。

Socket描述符是一個(gè)指向內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針，它指向描述符表入口。調(diào)用Socket函數(shù)時(shí)，socket執(zhí)行體將建立一個(gè)Socket，實(shí)際上”建立一個(gè)Socket”意味著為一個(gè)Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配存儲(chǔ)空間。Socket執(zhí)行體為你管理描述符表。

兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序之間的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接包括五種信息：通信協(xié)議、本地協(xié)議地址、本地主機(jī)端口、遠(yuǎn)端主機(jī)地址和遠(yuǎn)端協(xié)議端口。Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含這五種信息。

3.2 配置Socket

通過(guò)socket調(diào)用返回一個(gè)socket描述符后，在使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸以前，必須配置該socket。面向連接的socket客戶端通過(guò)調(diào)用Connect函數(shù)在socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存本地和遠(yuǎn)端信息。無(wú)連接socket的客戶端和服務(wù)端以及面向連接socket的服務(wù)端通過(guò)調(diào)用bind函數(shù)來(lái)配置本地信息。

Bind函數(shù)將socket與本機(jī)上的一個(gè)端口相關(guān)聯(lián)，隨后你就可以在該端口監(jiān)聽(tīng)服務(wù)請(qǐng)求。Bind函數(shù)原型為：

int bind（int sockfd，struct sockaddr *my_addr，int addrlen）；

Sockfd是調(diào)用socket函數(shù)返回的socket描述符，my_addr是一個(gè)指向包含有本機(jī)IP地址及端口號(hào)等信息的sockaddr類型的指針；addrlen常被設(shè)置為

3.3 建立連接

面向連接的客戶程序使用Connect函數(shù)來(lái)配置socket并與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立一個(gè)TCP連接，其函數(shù)原型為：

int connect（int sockfd，struct sockaddr *serv_addr，int addrlen）；

Sockfd是socket函數(shù)返回的socket描述符；serv_addr是包含遠(yuǎn)端主機(jī)IP地址和端口號(hào)的指針；addrlen是遠(yuǎn)端地址結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。Connect函數(shù)在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回-1，并且設(shè)置errno為相應(yīng)的錯(cuò)誤碼。進(jìn)行客戶端程序設(shè)計(jì)無(wú)須調(diào)用bind（），因?yàn)檫@種情況下只需知道目的機(jī)器的IP地址，而客戶通過(guò)哪個(gè)端口與服務(wù)器建立連接并不需要關(guān)心，socket執(zhí)行體為你的程序自動(dòng)選擇一個(gè)未被占用的端口，并通知你的程序數(shù)據(jù)什么時(shí)候到達(dá)端口。

Connect函數(shù)啟動(dòng)和遠(yuǎn)端主機(jī)的直接連接。只有面向連接的客戶程序使用socket時(shí)才需要將此socket與遠(yuǎn)端主機(jī)相連。無(wú)連接協(xié)議從不建立直接連接。面向連接的服務(wù)器也從不啟動(dòng)一個(gè)連接，它只是被動(dòng)的在協(xié)議端口監(jiān)聽(tīng)客戶的請(qǐng)求。

Listen函數(shù)使socket處于被動(dòng)的監(jiān)聽(tīng)模式，并為該socket建立一個(gè)輸入數(shù)據(jù)隊(duì)列，將到達(dá)的服務(wù)請(qǐng)求保存在此隊(duì)列中，直到程序處理它們。

int listen（int sockfd，int backlog）；

首先，當(dāng)accept函數(shù)監(jiān)視的socket收到連接請(qǐng)求時(shí)，socket執(zhí)行體將建立一個(gè)新的socket，執(zhí)行體將這個(gè)新socket和請(qǐng)求連接進(jìn)程的地址聯(lián)系起來(lái)，收到服務(wù)請(qǐng)求的初始socket仍可以繼續(xù)在以前的socket上監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)可以在新的socket描述符上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。

3.4 傳輸數(shù)據(jù)

Send（）和recv（）這兩個(gè)函數(shù)用于面向連接的socket上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

Sockfd是你用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的socket描述符；msg是一個(gè)指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針；Len是以字節(jié)為單位數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度；flags一般情況下設(shè)置為0（關(guān)于該參數(shù)的用法可參照man手冊(cè)）。

Send（）函數(shù)返回實(shí)際上發(fā)送出的字節(jié)數(shù)，可能會(huì)少于你希望發(fā)送的數(shù)據(jù)。在程序中應(yīng)該將send（）的返回值與欲發(fā)送的字節(jié)數(shù)進(jìn)行比較。當(dāng)send（）返回值與len不匹配時(shí)，應(yīng)該對(duì)這種情況進(jìn)行處理。

3.5 傳輸結(jié)束

當(dāng)所有的數(shù)據(jù)操作結(jié)束以后，你可以調(diào)用close（）函數(shù)來(lái)釋放該socket，從而停止在該socket上的任何數(shù)據(jù)操作。

作者簡(jiǎn)介：秦婷，工學(xué)碩士，副教授，內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院系主任，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)。