1 引言

VxWorks操作系統是美國WindRiver公司于1983年設計開發的一種嵌入式實時操作系統（RTOS），是嵌入式開發環境的關鍵組成部分。良好的持續發展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發環境，使其在嵌入式實時操作系統領域占據一席之地。他以良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。

2 VxWorks的特點

2．1 可靠性

穩定、可靠是VxWorks的一個突出優點，因而他得到了越來越多的用戶的認可。

2．2 實時性

實時性是指能夠在限定時間內執行完規定的功能并對外部的異步事件做出響應的能力。實時性的強弱是以完成規定功能和做出響應時間的長短來衡量的。

VxWorks有很強的實時性，其系統本身的開銷很小，進程調度、進程間通信、中斷處理等系統公用程序精練而有效，他們造成的延遲很短。VxWorks提供的多任務機制中對任務的控制采用了優先級搶占（Preemptive Priority Scheduling）和輪轉調度（Round-Robin Scheduling）機制，也充分保證了可靠的實時性，使同樣的硬件配置能滿足更強的實時性要求，為應用的開發留下更大的余地。

2．3 可裁減性

VxWorks由一個體積很小的內核及一些可以根據需要進行定制的系統模塊組成。VxWorks內核最小為8kB，即便加上其他必要模塊，所占用的空間也很小，且不失其實時、多任務的系統特征。由于他的高度靈活性，用戶可以很容易地對這一操作系統進行定制或做適當開發，來滿足自己的實際應用需要。

3 C／S模式網絡編程

網絡是VxWorks系統之間以及與其他系統聯系的主要途徑。在VxWorks網絡結構的最底層，通常使用以太網作為傳輸媒介；而在傳輸媒介的上一層，則使用TCP／IP和UDP／IP協議。

VxWorks網絡編程中最常見的是C／S模式，在該模式下，服務器端有一個任務（或多個任務）在指定的端口等待客戶來連接，服務程序等待客戶的連接信息，一旦連接上之后，就可以按照設計的數據交換方法和格式進行數據的傳輸；而客戶端則在需要的時候發出向服務端的連接請求。客戶端與服務器端的關系如圖1所示。

3．1 C／S模式網絡編程原理

網絡通信的基石是套接字，一個套接字是通信的一端。VxWorks為用戶提供了2種套接字，即流套接字和數據報套接字。流式套接字定義了一種可靠的面向連接的服務，實現了無差錯無重復的順序數據傳輸。數據報套接字定義了一種無連接的服務，數據通過相互獨立的報文進行傳輸，是無序的，并且不保證可靠，無差錯。

五連接的服務一般都是面向事務處理的，一個請求一個應答就完成了客戶端與服務端之間的信息交互。無連接的套接字C／S模式程序的流程如圖2所示。

面向連接的服務比無連接的服務處理起來要復雜。面向連接的套接字C／S模式程序的流程如圖3所示。

套接字工作過程如下：服務器首先啟動，通過調用socket（）建立一個套接口，然后調用bind（）將該套接口和本地網絡地址聯系在一起，再調用listen（）使套接口做好偵聽的準備，并規定他的請求隊列的長度，之后就調用accept（）來接收連接。客戶在建立套接口后就可調用connect（）和服務器建立連接。連接一旦建立，客戶機和服務器之間就可以通過調用recv（）／recvfrom（）和send（）／sendto（）來發送和接收數據。最后，待數據傳送結束后，雙方調用close（）關閉套接口。

3．2 編程實例

下面給出一個面向連接的點對點實時通信的工程應用的實例。該實例應用于作者所在的“網絡測試分析儀”項目中。他由兩部分組成，服務器在VxWorks操作系統下運行，客戶機在Windows下運行。

3．2．1 服務端的程序設計

服務端的程序設計在結構上可以使用兩種基本模式：循環模式和并發模式。

循環模式 服務端進程在總體上是一個循環，一次處理一個請求。在有很多客戶端請求時，請求放人隊列，依次等待處理。如果某個請求的處理時間過長，就會導致隊列滿而不能接受新的請求。

并發模式 服務端進程可以同時處理多個請求，結構上一般采用父進程接受請求，然后調用fork產生子進程，由于進程處理請求。該模式的優點是可以同時處理多個請求，客戶端等待時間短。

由于是面向連接的點對點通信，所以實例中采用了循環模式。

（1）建立自己的套接口

sHost=socket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）

該函數建立指定通信域、數據類型和協議下的套接口，通信域為AF_INET（惟一支持的格式），數據類型SOCK-STREAM表示建立流式套接口，第3個參數為0，即協議缺省。

（2）綁定本地地址

bind（sHost，（struct sockaddr * ）&serverAddr，sizeof（serverAddr））

該函數將服務器地址與sHost綁定在一起，其中，serverAddr是sockaddr_in結構，其成員描述了本地端口號和本地主機地址，經過bind（）將服務器進程在網上標識出來。

（3）開始偵聽

listen（sHost，2）

該函數表示連接請求隊列長度為2，即允許有2個請求，若多于2個請求，則出現錯誤，給出錯誤代碼WSAECONNREFUSED。

（4）等待接收連接

snew=accept（sHost，（struct sockaddr*）&clientAddr，sizeof（clientAddr）））

該函數阻塞等待請求隊列中的請求，一旦有連接請求來，該函數就建立一個和sHost有相同屬性的新的套接口。clientAddr也是一個sockaddr_in結構，連接建立時填入請求連接的客戶端的地址。

（5）接收、發送數據

recv（snew，recvbuffer，buflen，0）

send（snew，sendbuffer，buflen，0）

recv（）和send（）分別負責接收和發送數據，recv（）從snew（建立連接的套接口）接收數據，放人recvbuffer中，send（）則將sendbuffer中數據發送給snew，第4個參數，表示該函數調用方式，通常用于診斷程序或路由選擇程序，可選擇MSG-DONTROUTE和MSG-OOB，MSG-WAITALL，MSG_DONTWAIT，0表示缺省。

（6）關閉套接口

Close（sHost）

close（snew）

3．2．2 客戶端程序設計

所謂客戶端程序，指用來向服務端發出服務請求的程序。客戶端需要知道服務端的地址、服務所提供的端口號以及服務所使用的傳輸層協議：TCP還是UDP。

該實例基于面向連接的TCP協議。

（1）調用WSAStartup（）函數初始化WindowsSockets DLL

Status = WSAStartup （VersionReqd，lpmyWSAData）

（2）創建一個通信域為Internet、SOCK_STREAM類型、使用TCP協議的套接字

sClient =socket （AF_INET， SOCK_STREAM，IPPROTO_TCP）

（3）設置與套接字sClient相關的屬性選項

int sockopt＝1

setsockopt （sClient，IPPROTO_TCP，SO_KEEPALIVE，（char *）&sockopt，sizeof（int））

setsockopt（）函數用于任意類型、任意狀態套接口的設置選項值。在不同協議層上存在選項，但往往是在最高的“套接口”層次上，設置選項影響套接口的操作，諸如操作的阻塞與否、包的選徑方式、帶外數據的傳送等。該實例中打開了SO_KEEPALIVE選項，使得套接字sClient實現在TCP連接情況下允許使用“保持活動”包。

（4）在套接字sClient上向服務器建立一個連接

connect （sClient，（struct sockaddr *）&serverAddr，sizeof（serverAddr））

該函數讓系統知道寫到sClient的數據將發往何地，而且只有該地址發來的數據才被sClient接收。其中，serverAddr是sockaddr_in結構，其成員描述了服務器的地址族，提供的端口號以及服務器地址，如下，

serverAddr．Sin_family=AF_INET

serverAddr．sin_addr．s_addr=inet_addr（ServerAddress）

serverAddr．sin_Port＝htons（Port）

其中：ServerAddress和Port通過參數傳人。

（5）接收、發送數據

recv （sClient，recvbuffer，buflen，0）

send （sClient，sendbuffer，buflen，0）

（6）關閉套接口

Close （sClient）

4 結 語

VxWorks操作系統是目前在國內外風行的嵌入式強實時操作系統，而網絡編程又是嵌入式實時系統軟件的設計核心之一。本文作者介紹了基于TCP的面向連接的C／S模式的編程方法。該方法已經在NA3100網絡測試儀中得到了良好而有效的應用。

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