基于嵌入式系统的聊天程序设计.docx

课程设计报告书设计名称： 基于嵌入式系统的聊天程序设计 课程名称： 嵌入式系统开发 摘要随着IT技术的日益发展，嵌入式设备的功能越来越强大。 嵌入式设备决不再只是充当一个小小的个人信息管理工具了，更重要的是可以上网浏览、收发邮件，在线聊天等。然而就目前国内市场来说，并不是所有的嵌入式设备都具备以上所有的功能，即使具备，也可能由于缺乏相应的服务而不能实现。但可以预见，嵌入式设备发展的趋势和潮流就是计算、通信、网络、存储等功能的融合。目前市场上大多数的嵌入式系统都是商业化产品，价格昂贵，因此在开发过程中有必要使用一个模拟器，使得在PC上可以模拟一个嵌入式设备。在Pc机上可以方便的开发和测试程序，并且可以帮助工程师快速的进行分析和改进，提高了工作效率和降低了项目的开发成本。在嵌入式操作系统的领域中，Linux以其特有的魅力得到了众多开发商的亲睐。Linux这些特性包括可以移植到多个同结构的CPU和硬件平台上，有很好的稳定性以及各种性能的升级能力。嵌入式linux在电子行业的应用很广泛，学习嵌入式linux显得非常重要。这次课程设计的主要目的是检验上学期学习linux后的效果。通过基础题的代码编写，熟悉linux C语言编程技巧。通过完成聊天程序的设计，熟悉linux底层编程。利用QT设计界面，缩短开发时间。关键字：嵌入式linux；基础题；聊天程序；QT 一、引言1二、 系统分析22.1开发背景22.2聊天程序的基本需求22.3需实现的主要功能2三、需求分析33.1 QT设计33.1.1 客户端QT界面设计43.2服务器端和客户端的数据传输方式43.3 服务器端功能设计53.4客户端功能设计5四、总体设计54.1 总体功能5五、 详细设计65.1 功能分析和描述65.2 客户端功能模块65.2.1 连接服务器65.2.2发送消息功能65.2.3接收消息模块75.3 服务器功能模块8六、代码实现86.1 客户端代码86.1.1 QT构造和析构函数86.1.2 创建套接字106.1.3 创建线程116.2 服务器端代码11七、功能的实现过程13八、总结13一、引言随着IT(信息)技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及，3C(计算机、通讯、消费电子)合一的加速，数字化时代已经来临。嵌入式系统是数字化时代的一大主流产品，世界各国在此领域开始了激烈竞争，以争取获得主导地位。嵌入式系统是数字化产品的核心。为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必需配有通信接口，相应需要TCPIP协议族软件支持；由于家用电器相互关联(如防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息)及实验现场仪器的协调工作等要求，新一代嵌入式设备还需具备IEEEl394、USB、Bluetooth或Ir DA通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如Web或无线Web编程模式，还需要相应的浏览器，如HTML、WML等。可以想象，如果一个体积很小的嵌入式系统能够进行在线聊天，HrrP通信，这将是会一件充满意义的事情。但是现在大多数的嵌入式系统都是商业化产品，价格昂贵。所以嵌入式系统开发前期投入比较大，开发工具投入高。为了改变这种状况，有必要设计一个模拟器，使得在PC上可以模拟一个嵌入式设备。在PC机上可以方便的开发和测试程序，并且可以帮助工程师快速的进行分析和改进，提高了工作效率和降低了项目的开发成本。随着自由软件理念日益为大众广为接受，一批自由软件在IT的各个领域取得了巨大成功，Linux是其中最具代表性的一个。其自由、开放的特性吸引了大批软件厂商和独立开发人员。多年的发展和业界同仁的共同努力已使其成为高效、稳定、低成本的操作系统。而且由于Linux开放源代码，任何人都可以对其进行裁减、修改，以适应自行开发的需要。二、 系统分析2.1开发背景IRC(Intemet Relay Chat，网络中继聊天）协议用于文本交谈被设计出来已经有许多年了。IRc协议是基于客户服务器模型的，可以很好地分布式地在许多机器上运行。一个典型的设置涉及一个进程(服务器)，它作为中心点接受客户(或其它服务器)的连接，并且实现要求的消息传送多元技术和其它的功能。这种分布模型，由于它要求每个服务器都拥有全局状态信息，限制了一个网络所能达到的最大规模。因此是此协议最令人不能容忍的问题。现存的网络能够以难以置信的速度持续增长，我们必须感谢硬件制造商们给了我们比以往更加强大的系统。IRC协议本身就是个电话会议系统(虽然使用的是CS模式)，所以非常适合分布式的多个机器上使用。一个典型的建立包括一个单一的处理器(服务器)形成一个中心节点，客户机(或其他服务器)连接这个节点去获取消息或发送，群发等功能。IRC协议已经在使用TCPIP网络协议的系统中应用了。虽然TCPIP协议并不是必须的，但是现在IRC操作仅使用在这个方面。2.2聊天程序的基本需求1、在QT（或miniGUI）编写聊天程序，交叉编译后下载到目标机，可实现两台目标机可发送文本聊天。2、QT（或miniGUI）界面设计至少包括“发送”，“重置”两个按钮,要求必须把目标机的硬件键盘映射到QT设计的软件界面中，实现软件按钮的功能。2.3需实现的主要功能(1) 客户端输入服务器IP和端口号。(2) 服务器必须成功启动。(3) 每一个客户端可以寻找服务器，并且与服务器建立连接。(4) 客户端和服务器可以实现通信。(5) 通信的内容可以显示在面板上。(6) 利用QT设计界面，并下载到MagicARM2410上面。三、需求分析3.1 QT设计QT设计编写和调试阶段使用周立功MagicARM2410箱子提供的QT for PC编译器，运行测试阶段使用QT for ARM编译器。使用QT for PC阶段编译程序的步骤如下（以编译hello.cpp程序为例）：（1）进入/x86-qtopia目录，运行set-env脚本，设置环境变量。$ . set-env（2）进入hello目录，然后用progen工具生成工程文件hello.pro。$ cd hello$ vi hello.cpp$ progen t app.t o hello.pro（3）使用tmake工具，生成hello工程的Makefile文件。$ tmake -o Makefile hello.pro（4）修改Makefile文件，在LIBS变量中增加需要用到的库，然后输入make命令编译。LIBS = $(SUBLIBS) -L$(QTDIR)/lib -lqte -lm -lstdc+$ make（5）启动虚拟控制台，运行hello程序（主机须启动帧缓冲，必须能够访问/dev/fb0）。$ cd /zylinux/x86-qtopia$ . set-env$ cd hello$ ./hello qws如果要将Hello程序发布到MagicARM2410上运行，还需进行以下工作：（6）进入/zylinux/arm-qtopia目录，并将hello工程复制到当前目录下。$ cd /zylinux/arm-qtopia$ cp av /zylinux/x86-qtopia/hello （7）运行当前目录下的set-env文件，重新设置环境变量，进入hello目录，使用tmake工具，重新生成Makefile文件。$ . set-env$ cd hello$ tmake -o Makefile hello.pro（8）按照步骤(4)的方法修改包含库，编译，得到可执行文件hello，将hello文件添加到文件系统中，更新文件系统。（9）插入USB鼠标和USB键盘，启动MagicARM2410。启动Qtopia的终端，运行hello程序。利用同样的编译方法，客户端QT程序进行编译和调试。3.1.1 客户端QT界面设计客户端QT需要以下基本组件：（1）两个QEditLine，一个用于输入服务器IP地址（可读可写），另一个用于输入服务器端口号（可读可写）。（2）三个按钮，一个用于连接服务器，另一个用于发送消息，最后一个用于清空发送区域数据。（3）四个标签，用于显示不用组件的内容。（4）两个MultiLineedit，一个用于显示通信内容（只读），一个作为发送区域（可读可写）。3.2服务器端和客户端的数据传输方式 服务器端和客户端的数据是用TCP套接字来传输的。IP地址表示Internet上的计算机，端口号标识正在计算机运行的进程。端口号与IP地址的组合得出一个网络套接字。客户端使用linux C 函数socket建立到服务器的套接字连接。 当套接字连接socket建立后，可以利用linux C语言中的send函数和recv函数来实现简单的发送和接收消息。3.3 服务器端功能设计由于时间有限，服务器并没有用QT来编写界面，只是实现一个简单的控制程序。服务器主要实现有：（1）创建套接字（2）对套接字、IP地址和端口号进行绑定（3）进行监听（4）等待客户端的连接（5）对客户端接收和发送数据3.4客户端功能设计客户端使用QT设计界面，客户端实现的功能如下： （1）创建套接字 （2）连接服务器 （3）与服务器通信四、总体设计4.1 总体功能根据对需求所做的分析，聊天程序需要实现的基本功能应包括以下几个方面：(1) 客户端输入服务器IP和端口号。(2) 服务器必须成功启动。(3) 每一个客户端可以寻找服务器，并且与服务器建立连接。(4) 客户端和服务器可以实现通信。(5) 通信的内容可以方便查看。 使用QT设计的界面简洁，大方，操作简单，方便，容易上手，用户可以快速掌握操作流程。五、 详细设计5.1 功能分析和描述 聊天工具包括两大功能模块：客户端和服务器端。具体实现的功能创建套接字、连接通信、接收数据显示和发送数据。5.2 客户端功能模块5.2.1 连接服务器连接服务器之前需要解析服务器地址、创建套接字、设置sockaddr_in 结构体中相关参数。5.2.2发送消息功能连接功能是开始聊天前必须进行的步骤，连接成功之后，就可以进行发送消息了。发送消息功能流程图如图2-5所示： 图2-5 发送消息功能流程图5.2.3接收消息模块连接成功后，就可以接收服务器发送过来的数据。5.3 服务器功能模块 服务器的设计并没有使用QT编写界面，服务器端实现的功能有： 图2-8 服务器模块流程图六、代码实现6.1 客户端代码6.1.1 QT构造和析构函数EditDemo:EditDemo( QWidget *parent, const char *name):QWidget(parent, name)QGridLayout *grid = new QGridLayout(this, 6, 3, 0, 0);/IP addrQLabel *label1 = new QLabel( IP Addr:, this);grid-addWidget( label1, 0, 0 );edit_ip = new QLineEdit(this); edit_ip-setText(127.0.0.1);grid-addWidget( edit_ip, 0, 1 );/Server PortQLabel *label2 = new QLabel( Server Port:, this);grid-addWidget( label2, 1, 0);edit_port = new QLineEdit(this); edit_port-setText(4321);grid-addWidget( edit_port, 1, 1);QPushButton *btn = new QPushButton(Connect, this); /*add the connect button*/ grid-addWidget( btn, 2, 1); /*add the button*/connect(btn, SIGNAL(clicked(), this, SLOT(ButtonConnect(); /multiline input modeQLabel *label3 = new QLabel( Contract Area:, this);grid-addWidget(label3, 3, 0);multiedit_contract = new QMultiLineEdit(this); multiedit_contract-setReadOnly(1);/set read only grid-addWidget(multiedit_contract,3,1); QLabel *label4 = new QLabel( Send Area:, this);grid-addWidget(label4, 4, 0);multiedit_send = new QMultiLineEdit(this); grid-addWidget(multiedit_send,4,1);QPushButton *button_send = new QPushButton(Send, this); /*add the send button*/ grid-addWidget( button_send, 5, 0); connect(button_send, SIGNAL(clicked(), this, SLOT(ButtonSend(); QPushButton *button_clear = new QPushButton(Clear, this); /*add the clear button*/ grid-addWidget( button_clear, 5, 1); connect(button_clear, SIGNAL(clicked(), this, SLOT(ButtonClear(); EditDemo:EditDemo()if(socket_flag = 1)/*if create socket success*/ close(sockfd); /*Close the socket*/ printf(Close the socketn);6.1.2 创建套接字void EditDemo:CreateSocket(void)/*地址解析函数*/host = gethostbyname(edit_ip-text()；/*创建socket*/sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*设置sockaddr_in 结构体中相关参数*/serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(atoi(edit_port-text();serv_addr.sin_addr = *(struct in_addr *)host-h_addr);bzero(&(serv_addr.sin_zero), 8); 6.1.3 创建线程void *task(void *arg) int recvbytes = 0; char bufBUFFER_SIZE= 0; arg = arg; while(1) if(recvbytes = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE, 0) 0) multiedit_contract-append(Server said: +(QString)buf); void CreateThread(void)int result = 0;result = pthread_create(&thread1, NULL, task, (void *)0); /*Create Thread*/6.2 服务器端代码#define PORT 4321#define BUFFER_SIZE 1024#define MAX_QUE_CONN_NM 5int main()struct sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;int sin_size, recvbytes;unsigned int sendbytes = 0;int sockfd, client_fd;char bufBUFFER_SIZE;/*建立socket连接*/sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)；/*设置sockaddr_in 结构体中相关参数*/server_sockaddr.sin_family = AF_INET;server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);server_sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bzero(&(server_sockaddr.sin_zero), 8);int i = 1;/* 使得重复使用本地地址与套接字进行绑定 */setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &i, sizeof(i);/*绑定函数bind*/ibind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, sizeof(struct sockaddr);/*调用listen函数*/listen(sockfd, MAX_QUE_CONN_NM);/*调用accept函数，等待客户端的连接*/client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_sockaddr, &sin_size);/*调用recv函数接收客户端的请求*/ while(1) memset(buf , 0, sizeof(buf);recvbytes = recv(client_fd, buf, BUFFER_SIZE, 0); if(recvbytes 0) printf(Received a message: %sn, buf); printf(Send a message: %sn, buf); (sendbytes = send(client_fd, buf, strlen(buf), 0); close(sockfd);exit(0);七、功能的实现过程 依照上节所设计的结构和过程，可以很方便的实现出聊天功能。下面就是一个聊天过程的执行情况。聊天的现实过程为： A：Hello B：Hello A(B)： A：Bye B：Bye其中A，B是虚拟的聊天者。 在实现过程中，这个聊天过程就要借助一个服务器来实现，聊天的发送端要先跟这个服务器通信，然后由这个服务器与接收方进行通信，最后完成聊天过程。八、总结通过这次嵌入式linux程序设计和编程，对linux的编程有了更深的了解。特别是对QT编程有了很大的进步，通过测试，编写的程序都能顺利运行。由于时间紧迫，对服务器部分没有用QT来设计界面，只是编写客户端的QT程序，并成功仿真运行。16