基于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計解析

引言
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)無法滿足傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信方式，對于一種高性能的網(wǎng)絡(luò)通信的呼聲愈來愈高。VxWorks 是美國 Wind River SySTem 公司在1983年推出的一個實(shí)時操作系統(tǒng)，它以可靠、實(shí)時、可裁剪的特點(diǎn)著稱，利用VxWorks對TCP／IP協(xié)議、多任務(wù)以及BSD Socket的良好支持，一種新的可方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的方法將得以實(shí)現(xiàn)。
　　1 VxWorks網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
　　VxWorks通常使用以太網(wǎng)作為最底層傳輸媒介。而在傳輸媒介的上一層，VxWorks則用TCP／IP協(xié)議來用于VxWorks進(jìn)程與其它主機(jī)環(huán)境進(jìn)程之間的傳輸數(shù)據(jù)。用戶程序需要的就是在TCP／IP層之上進(jìn)行通信。因此，利用VxWorks對多任務(wù)和socket的良好支持，可以方便的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。
　　TCP／IP是VxWorks提供的網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)程通信的主要機(jī)制，它主要包括三個協(xié)議：Internet協(xié)議、IP協(xié)議和傳輸層協(xié)議。其中Internet協(xié)議是處于TCP和UDP之上的一組協(xié)議專門開發(fā)的應(yīng)用程序，包括telnet、文件傳輸協(xié)議（FTP）等。IP層也稱網(wǎng)絡(luò)層，它包括Internet協(xié)議（IP）、網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）和地址識別協(xié)議（ARP）；其中IP協(xié)議是TCP／IP協(xié)議族的基礎(chǔ)，該協(xié)議被設(shè)計成互聯(lián)分組交換通信網(wǎng)，現(xiàn)已形成了一個網(wǎng)際通信環(huán)境，它負(fù)責(zé)在源主機(jī)和目的地主機(jī)之間傳輸來自其較高層軟件的（稱為數(shù)據(jù)報文的）數(shù)據(jù)塊，它在源和目的地之間可提供非連接型傳遞服務(wù)；而傳輸層協(xié)議包括傳輸控制協(xié)議，主要有面向連接的TCP和無連接數(shù)據(jù)報UDP兩種協(xié)議。
　　VxWorks網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一個基于開放系統(tǒng)的互連（OSI）模型，而且系統(tǒng)為了向高層協(xié)議層提供一個統(tǒng)一的、規(guī)范的、方便協(xié)議移植的網(wǎng)絡(luò)接口，在高層IP層之下添加了一個MUX層，由MUX層負(fù)責(zé)與網(wǎng)絡(luò)底層驅(qū)動的交互。這樣做可以使用戶在設(shè)計協(xié)議中不必關(guān)心網(wǎng)絡(luò)底層的數(shù)據(jù)傳遞，而在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序時也不必關(guān)心協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)，因而大大方便了對其進(jìn)行的開發(fā)。VxWorks網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　
　　2 基于雙緩沖隊列的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計
　　網(wǎng)絡(luò)通信的基石是套接字，一個套接字是通信的一端，在這一端上可以找到與其對應(yīng)的一個名字。一個正在被使用的套接字都有它的類型和其相關(guān)的任務(wù)，VxWorks可以實(shí)現(xiàn)與BSD4.4TCP／IP兼容的Socket編程接口。由于面向連接的服務(wù)器使用的傳輸層協(xié)議可保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性和順序性，因此，本文的系統(tǒng)端采用基于流Socket的客戶機(jī)／服務(wù)器（Client／Server）編程模式，其程序可以分為客戶端程序和服務(wù)端程序。其通信模型如圖2所示。
　　
　　2.1 客戶端程序設(shè)計
　　所謂客戶端服務(wù)程序，就是主要用來發(fā)出服務(wù)請求的程序?？蛻舳顺绦蛟O(shè)計要知道服務(wù)端的地址、服務(wù)所提供的端*及服務(wù)使用的傳輸層協(xié)議（TCP協(xié)議）。在客戶／服務(wù)器模式中，客戶端程序可以通過兩種形式找到服務(wù)器：一是通過指定服務(wù)器的IP地址和端*來找到服務(wù)端；二是通過廣播的形式來來尋找服務(wù)器。本系統(tǒng)的客戶端程序應(yīng)用第一種形式來尋找服務(wù)器。知道了服務(wù)端的位置后，客戶端任務(wù)就可以打開一個套接字，然后通過連接服務(wù)器來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
　　面向連接的TCP客戶端編程結(jié)構(gòu)分為部分：一是以TCP連接服務(wù)器，TCP協(xié)議是一種可保證傳輸可靠，且能保護(hù)順序的傳輸層協(xié)議。在連接服務(wù)器之前，先要申請一個SOCK_STREAM類型的套接字，該套接字的通信域應(yīng)制定為PF_INET類型；二是使用TCP與服務(wù)器通信，因?yàn)門CP是面向連接的協(xié)議，在連接建立以后，它可以通過send、recv等調(diào)用來進(jìn)行通信，就像管道一樣；三是關(guān)閉TCP連接，即在客戶端程序結(jié)束，或使用完一個套接字后，可以使用close來關(guān)閉一個套接字。