摘 要：本文介紹了在嵌入式調(diào)試器中如何通過以太網(wǎng)口進行嵌入式軟件調(diào)試，實現(xiàn)了主機與開發(fā)板之間的網(wǎng)口通信。針對具體的嵌入式開發(fā)板S3C4510B對網(wǎng)口驅(qū)動和網(wǎng)絡協(xié)議進行了研究，裁減了網(wǎng)口驅(qū)動和網(wǎng)絡協(xié)議的冗余部分，既保證了調(diào)試器可以通過以太網(wǎng)進行遠程調(diào)試，又能滿足嵌入式系統(tǒng)對資源占用的要求。 關鍵詞：嵌入式開發(fā)板;網(wǎng)絡協(xié)議;嵌入式調(diào)試器 0.引言 　　隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應用，嵌入式軟件開發(fā)變得日趨重要。嵌入式軟件開發(fā)有別于桌面軟件開發(fā)，其顯著特點是軟件開發(fā)的調(diào)試過程采用宿主機/目標機的模式進行，其交叉調(diào)試器分為宿主機和目標機兩部分，因此在軟件調(diào)試過程中就需要進行主機與目標機之間的通信。 　　目前宿主機與目標機之間的通信方式主要有串口方式、以太網(wǎng)接口方式和USB接口方式三種，其中串口通信實現(xiàn)簡單，穩(wěn)定可靠，是目前廣泛使用的通信方式，但是串口通信存在著速度慢、通信距離受限等弊端，而以太網(wǎng)接口方式則可以克服串口方式的不足，不僅可提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而且無論是傳輸速度還是傳輸距離都遠遠優(yōu)于串口方式，是一種快速高效的通信方式。目前網(wǎng)絡通信協(xié)議的發(fā)展已經(jīng)相當成熟，Internet工程委員會IETF及其下屬的管理組IESG在RFC文擋中已經(jīng)明確定義了Internet協(xié)議族的規(guī)范，該規(guī)范已經(jīng)成為一種標準在Internet中廣泛應用。本文根據(jù)此規(guī)范討論了在嵌入式調(diào)試器中如何實現(xiàn)以太網(wǎng)接口通信，給出了一種基于嵌入式調(diào)試器的網(wǎng)絡通信方法。 1.硬件結(jié)構(gòu) 　　S3C4510B是三星公司開發(fā)的一款16/32位RISC嵌入式處理器，芯片內(nèi)部集成了一個10Mbps/100Mvps以太網(wǎng)控制器，網(wǎng)卡芯片采用的是RTL8201。以太網(wǎng)控制器主要分為BDMA控制器和MAC子層兩部分，該控制器工作于MAC層，兼容IEEE802.3協(xié)議標準，支持半雙工或全雙工模式，采用介質(zhì)獨立接口（MII）與網(wǎng)卡芯片通信。 2.通信協(xié)議 　　在嵌入式調(diào)試器的通信中，主機向目標機發(fā)送命令，目標機接收、執(zhí)行命令并將結(jié)果返回主機，網(wǎng)口通信主要是面向數(shù)據(jù)和字符串傳輸?shù)?，因此在通信中主要用到IP協(xié)議、ARP協(xié)議和UDP協(xié)議。要通過網(wǎng)絡調(diào)試目標機，那么目標機IP地址的設置是必不可少的，因此目標機還需要實現(xiàn)BOOTP協(xié)議，通過BOOTP協(xié)議向主機申請本機IP地址，完成IP地址的配置。 　　BOOTP協(xié)議即引導程序協(xié)議，是一種基于UDP/IP的協(xié)議，主要用于客戶機從服務器獲得本機IP地址、服務器IP地址及其它配置信息，如本地子網(wǎng)掩碼等。UDP協(xié)議即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，是一個簡單的面向數(shù)據(jù)報的傳輸協(xié)議，與TCP不同，UDP不提供對IP協(xié)議的可靠機制、流控制以及錯誤恢復功能，所以實現(xiàn)起來比較簡單，且不影響傳輸速度，適用于嵌入式系統(tǒng)。IP協(xié)議即網(wǎng)際協(xié)議，是網(wǎng)絡上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A，所有的TCP、UDP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報格式傳輸，該協(xié)議提供了一種高效不可靠的無連接傳輸方式。ARP協(xié)議即地址解析協(xié)議，為IP地址與對應的物理地址提供映射。 3. 網(wǎng)絡通信程序?qū)崿F(xiàn) 　　具體的程序?qū)崿F(xiàn)主要包括網(wǎng)口驅(qū)動和通信協(xié)議兩部分，網(wǎng)口驅(qū)動即初始化S3C4510B的硬件，主要是以太網(wǎng)控制器和收發(fā)緩沖的設置;網(wǎng)絡協(xié)議的實現(xiàn)主要是完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，保證目標板接入以太網(wǎng)。程序?qū)崿F(xiàn)流程如圖1所示。 　　3.1網(wǎng)口驅(qū)動實現(xiàn) 　　網(wǎng)口驅(qū)動的實現(xiàn)主要是針對具體的開發(fā)板所做的硬件初始化，配置硬件工作環(huán)境。 　　3.1.1管理網(wǎng)卡芯片 　　在4510開發(fā)板中由MAC層的狀態(tài)管理控制機通過MII接口來讀取和設置網(wǎng)卡的工作狀態(tài)，物理設備地址及其內(nèi)部寄存器地址存放在站管理控制與地址寄存器STACON中，而要設置或讀取的數(shù)據(jù)則放在站管理數(shù)據(jù)寄存器STADATA中。 　　在實際應用中，網(wǎng)卡的MAC地址可以從ICC EEPROM中讀取，也可自行設定，只要保證在同一局域網(wǎng)內(nèi)該地址的唯一性即可。 　　3.1.2初始化以太網(wǎng)控制器 　　①關閉MAC、BDMA收發(fā)中斷，保證初始化程序的順利進行。 　?、谠O置MAC、BDMA中斷向量表。S3C4510B中共有21個中斷源，MAC和BDMA發(fā)送/接收中斷源占用16～19四個中斷號。 　　③設置MAC、BDMA控制器的初始值，即初始化BDMA接收/發(fā)送控制寄存器和MAC接收/控制寄存器，具體收發(fā)細節(jié)。 　　④配置以太網(wǎng)的收發(fā)緩沖區(qū)。發(fā)送幀和接收幀的幀描述符起始地址分別存放在寄存器BDMATXPTR和BDMARXPTR中，在BDMA的操作過程中它們會更新為下一個幀地址。其中，幀描述符定義為結(jié)構(gòu)類型，結(jié)構(gòu)體成員描述了幀信息。 　?、菔鼓蹷DMA接收中斷和MAC發(fā)送中斷。將中斷屏蔽寄存器INTMSK中的相應位清零，響應BDMA和MAC中斷請求。 　　3.1.3收發(fā)以太數(shù)據(jù)幀 　?、侔l(fā)送以太數(shù)據(jù)幀：調(diào)用發(fā)送函數(shù)DrvEthWrite（），從BDMATXPTR中獲得發(fā)送幀地址，為發(fā)送幀緩沖賦值，將數(shù)據(jù)幀的控制權(quán)交給BDMA控制器，以太網(wǎng)控制器自動為發(fā)送數(shù)據(jù)加上同步位、分割位、校驗位以及填充字段并將以太幀發(fā)送出去。 　　②接收以太數(shù)據(jù)幀：接收時產(chǎn)生BDMA接收中斷，中斷處理函數(shù)BDMA_Rx_isr（）完成數(shù)據(jù)的接收，并做相關的處理，如清楚中斷標志位、檢查數(shù)據(jù)幀的所有權(quán)、獲取下一個未處理的幀結(jié)構(gòu)指針等。 　　部分主要程序如下： 　　/＊配置物理設備＊/ 　　MIIWrite（0x0, 0x2, 1<<13|1<<8）;/＊設置物理設備的狀態(tài)＊/ 　　status = MIIRead（0x1, 0x0）;/＊讀取物理設備的狀態(tài)＊/ 　　/＊配置MAC地址＊/ 　　GetMyMacAddr（）: 　　/＊關閉收發(fā)中斷＊/ 　　Disable_Int（nMAC_RX_INT）; 　　Disable_Int（nMAC_TX_INT）; 　　Disable_Int（nBDMA_RX_INT）; 　　Disable_Int（nBDMA_TX_INT）; 　　/＊設置MAC發(fā)送中斷和BDMA接收中斷向量＊/ 　　SetInterrupt（nMAC_TX_INT, MAC_Tx_isr）; 　　SetInterrupt（nBDMA_RX_INT, BDMA_Rx_isr）; 　　/＊初始化MAC、BDMA控制器＊/ 　　BDMARXCON = BRxRS; /＊設置BDMA接收控制寄存器＊/ 　　BDMATXCON = BTxRS; /＊設置BDMA發(fā)送控制寄存器＊/ 　　MACCON = Reset; /＊復位MAC控制寄存器＊/ 　　BDMARXLSZ = MaxRxFrameSize+40; /＊接收幀的最大尺寸＊/ 　　MACON = gMacCon; /＊設置為全雙工方式＊/ 　　/＊配置以太網(wǎng)的收發(fā)緩沖＊/ 　　TxFDInitialize（）; 　　RxFDInitialize（）; 　　/＊使能BDMA接收中斷和MAC發(fā)送中斷＊/ 　　Enable_Int（nBDMA_RX_INT）; 　　Enable_Int（nMAC_TX_INT）; 　　3.2通信協(xié)議實現(xiàn) 　　本文采用結(jié)構(gòu)類型定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)bootphdr、Udphdr、ip和arphdr，分別用來記錄BOOTP、UDP、IP和ARP協(xié)議數(shù)據(jù)報報頭的各種信息。 　　3.2.1配置目標機IP地址 　　目標機首先向主機發(fā)送BOOTP請求，主機運行DHCP服務為目標機分配IP地址，向目標機發(fā)送BOOTP應答包，目標機收到應答包后，按照協(xié)議格式獲取主機和本機的IP地址以及其它相關信息。 　?、偕葿OOTP請求。初始化bootphdr中各個結(jié)構(gòu)體成員的值，客戶IP地址和主機IP地址分別設為0.0.0.0和255.255.255.255，在系統(tǒng)進行引導時0.0.0.0是一個有效的IP地址，目標機在不知道目的主機的IP地址時可以使用廣播地址255.255.255.255,以廣播的方式發(fā)送BOOTP請求。MAC地址已在初始化時獲得，并存放在全局變量MyMacSrcAddr中，其它成員變量可以按照協(xié)議的格式設置即可。 　?、诎l(fā)送BOOTP請求。BOOTP請求需封裝在UDP數(shù)據(jù)報中發(fā)送,BOOTP的服務器端口和客戶端口分別使用知名端口67和68;UDP校驗和通過調(diào)用函數(shù)udpChksum（）計算獲取。IP報頭各成員按照IP數(shù)據(jù)報格式設置，源IP地址與目的IP地址分別是0.0.0.0和255.255.255.255，IP校驗和通過調(diào)用函數(shù)ipChksum（）計算獲得。本機MAC地址作為源MAC地址，廣播形式的MAC地址0xffffffff作為目的MAC地址，封裝成以太數(shù)據(jù)幀，調(diào)用寫函數(shù)DrvEthWrite（）發(fā)送。調(diào)用發(fā)送中斷處理函數(shù)MAC_Tx_isr（），更新當前幀結(jié)構(gòu)描述指針并復位MAC控制器。 　　③接收BOOTP應答包，獲取主機和本機的IP地址。采用中斷方式接收BOOTP應答包。中斷處理函數(shù)BDMA_Rx_isr（）將接收到的包存放在接收幀描述符RxFDBaseAddr中，提取有效數(shù)據(jù)放入BOOTP接收緩沖區(qū)BOOTP_REC_BUF中,并且復位相應的BDMA控制寄存器道和中斷控制位。 　　③按照協(xié)議的數(shù)據(jù)報格式從BOOTP_REC_BUF中提取數(shù)據(jù)，記錄本機和主機的IP地址。 　　3.2.2數(shù)據(jù)收發(fā) 　　數(shù)據(jù)的收發(fā)主要是涉及IP、UDP和ARP三個重要的協(xié)議，在具體實現(xiàn)中根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特性有針對性地做了裁減，既保證了網(wǎng)口的正常工作，又節(jié)省了嵌入式系統(tǒng)的資源。 　?、儆幸蕴W(wǎng)數(shù)據(jù)包到來，首先進行判斷。如果是ARP請求則發(fā)送一個ARP應答;如果是ARP應答，則記錄發(fā)送方的IP地址和以太網(wǎng)地址;如果是IP數(shù)據(jù)包，則開始接收數(shù)據(jù)。 　　②接收數(shù)據(jù)：IP數(shù)據(jù)包到來，中斷處理函數(shù)將數(shù)據(jù)包放在接收幀描述符RxFDBaseAddr中，提取IP包放入接收緩沖區(qū)IP_REC_BUF。從IP_REC_BUF中提取有效數(shù)據(jù)交給調(diào)試器進行處理。 　?、郯l(fā)送數(shù)據(jù)：發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝在UDP數(shù)據(jù)報中，目標機IP地址和主機IP地址分別記錄在全局變量MyIpAddr和HostIpAddr中，按照UDP和IP協(xié)議的數(shù)據(jù)報格式為數(shù)據(jù)加上UDP報頭和IP報頭。以本機MAC地址作為源物理地址，以ARP應答中獲得的主機物理地址作為目的地址，封裝成以太數(shù)據(jù)幀，調(diào)用寫函數(shù)DrvEthWrite（）發(fā)送,中斷處理函數(shù)MAC_Tx_isr（）進行發(fā)送中斷處理。 　　部分主要通信程序如下： 　　SendBootpRequest（bootp_id）;/＊發(fā)送BOOTP請求，bootp_id是該請求隨機分配的標識號＊/ 　　/＊等待BOOTP應答包＊/ 　　/＊BOOTP應答包到來，從接收緩沖BOOTP_REC_BUF提取數(shù)據(jù)＊/ 　　memcpy（MyIpAddr,bhdr->your_ip,4）; /＊提取目標板的IP地址放在全局變量MyIpAddr中＊/ 　　memcpy（HostIpAddr,bhdr->server_ip,4）; /＊提取主機IP地址放在全局變量HostIpAddr中＊/ 　　/＊檢查到來的包＊/ 　　if（pro_type==ETHERTYPE_IP） IpProcess（IP_REC_BUF）;/＊處理到來的IP包＊/ 　　if（pro_type==ETHERTYPE_ARP） ArpProcess（IP_REC_BUF,42）;/＊處理到來的ARP包＊/ 4.結(jié)語 　　用C語言實現(xiàn)的程序代碼已調(diào)試通過，并成功應用于嵌入式調(diào)試器中。該功能模塊針對具體的開發(fā)板所設計的網(wǎng)口驅(qū)動和協(xié)議棧，裁減了冗余的功能部分，既能滿足嵌入式系統(tǒng)對資源占用的要求，又能保證數(shù)據(jù)準確、無丟失傳輸。測試證明對于批量數(shù)據(jù)的傳輸，網(wǎng)口的速度遠遠優(yōu)于串口，有效地實現(xiàn)了主機與目標機之間的調(diào)試通信，具有一定的實際意義。 　　本文作者創(chuàng)新點:設計并實現(xiàn)了嵌入式調(diào)試器的以太網(wǎng)接口通信方式，針對具體的開發(fā)板對網(wǎng)口驅(qū)動和協(xié)議棧做了裁減，既能滿足嵌入式系統(tǒng)的資源占用要求，又能保證數(shù)據(jù)高效傳輸。 參考文獻： 　　[1]喬容,彭思鵬,柏桂枝.嵌入式軟件源碼級交叉調(diào)試器的設計與實現(xiàn).艦船電子工程.2004,24（3）：56-59. 　　[2]龐繼勇,李維英,王竟.網(wǎng)絡通信處理器S3C4510B的網(wǎng)口驅(qū)動設計.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用.2004,（4）:26-28. 　　[3]胡德斌.基于ucOSⅡ操作系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)絡服務器的設計與實現(xiàn).微計算機信息.2005,21（8-2）:24-26. 　　[4]寇向輝,陳利學,田家林.基于S3C44BOX+ucLinux的嵌入式以太網(wǎng)設計與分析.2005,（35）: 　　[5]代勇,李昌禧.基于嵌入式以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng).微機發(fā)展.2005,15（5）:125-127. 　　[6]ADAM DUNKELS.《uIP-A Free Small TCP/IP Stack》.Sweden：Swedish Institute of Computer Science,2003