基于嵌入式實時操作系統的微機保護裝置網絡通信設計解析

引言
　　隨著科學技術的不斷發展，人們已經無法滿足傳統的網絡通信方式，對于一種高性能的網絡通信的呼聲愈來愈高。VxWorks 是美國 Wind River SySTem 公司在1983年推出的一個實時操作系統，它以可靠、實時、可裁剪的特點著稱，利用VxWorks對TCP／IP協議、多任務以及BSD Socket的良好支持，一種新的可方便地實現網絡通信的方法將得以實現。
　　1 VxWorks網絡協議
　　VxWorks通常使用以太網作為最底層傳輸媒介。而在傳輸媒介的上一層，VxWorks則用TCP／IP協議來用于VxWorks進程與其它主機環境進程之間的傳輸數據。用戶程序需要的就是在TCP／IP層之上進行通信。因此，利用VxWorks對多任務和socket的良好支持，可以方便的實現網絡通信。
　　TCP／IP是VxWorks提供的網絡間進程通信的主要機制，它主要包括三個協議：Internet協議、IP協議和傳輸層協議。其中Internet協議是處于TCP和UDP之上的一組協議專門開發的應用程序，包括telnet、文件傳輸協議（FTP）等。IP層也稱網絡層，它包括Internet協議（IP）、網際控制報文協議（ICMP）和地址識別協議（ARP）；其中IP協議是TCP／IP協議族的基礎，該協議被設計成互聯分組交換通信網，現已形成了一個網際通信環境，它負責在源主機和目的地主機之間傳輸來自其較高層軟件的（稱為數據報文的）數據塊，它在源和目的地之間可提供非連接型傳遞服務；而傳輸層協議包括傳輸控制協議，主要有面向連接的TCP和無連接數據報UDP兩種協議。
　　VxWorks網絡協議是一個基于開放系統的互連（OSI）模型，而且系統為了向高層協議層提供一個統一的、規范的、方便協議移植的網絡接口，在高層IP層之下添加了一個MUX層，由MUX層負責與網絡底層驅動的交互。這樣做可以使用戶在設計協議中不必關心網絡底層的數據傳遞，而在設計網絡驅動程序時也不必關心協議棧的結構，因而大大方便了對其進行的開發。VxWorks網絡協議的結構如圖1所示。
　　
　　2 基于雙緩沖隊列的網絡通信設計
　　網絡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的任務，VxWorks可以實現與BSD4.4TCP／IP兼容的Socket編程接口。由于面向連接的服務器使用的傳輸層協議可保證數據傳送的可靠性和順序性，因此，本文的系統端采用基于流Socket的客戶機／服務器（Client／Server）編程模式，其程序可以分為客戶端程序和服務端程序。其通信模型如圖2所示。
　　
　　2.1 客戶端程序設計
　　所謂客戶端服務程序，就是主要用來發出服務請求的程序?？蛻舳顺绦蛟O計要知道服務端的地址、服務所提供的端*及服務使用的傳輸層協議（TCP協議）。在客戶／服務器模式中，客戶端程序可以通過兩種形式找到服務器：一是通過指定服務器的IP地址和端*來找到服務端；二是通過廣播的形式來來尋找服務器。本系統的客戶端程序應用第一種形式來尋找服務器。知道了服務端的位置后，客戶端任務就可以打開一個套接字，然后通過連接服務器來發送和接收數據。
　　面向連接的TCP客戶端編程結構分為部分：一是以TCP連接服務器，TCP協議是一種可保證傳輸可靠，且能保護順序的傳輸層協議。在連接服務器之前，先要申請一個SOCK_STREAM類型的套接字，該套接字的通信域應制定為PF_INET類型；二是使用TCP與服務器通信，因為TCP是面向連接的協議，在連接建立以后，它可以通過send、recv等調用來進行通信，就像管道一樣；三是關閉TCP連接，即在客戶端程序結束，或使用完一個套接字后，可以使用close來關閉一個套接字。