課程設(shè)計（論文）-基于linux嵌入式的聊天室系統(tǒng)設(shè)計

1、 專業(yè)方向課程設(shè)計任務(wù)書嵌入式方向題 目: 基于linux嵌入式的聊天室系統(tǒng)設(shè)計 初始條件：軟帝嵌入式ARM9開發(fā)教學設(shè)備；PC機及相關(guān)應(yīng)用軟件；要求完成的主要任務(wù): 了解TCP方面socket編程。實現(xiàn)客戶端與效勞器端的聊天功能。撰寫課程設(shè)計說明書。課程設(shè)計說明書要求：引言、設(shè)計要求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理設(shè)計、各個模塊的設(shè)計與實現(xiàn)、軟件設(shè)計、調(diào)試過程、體會及總結(jié)、參考文獻、源程序。說明書使用A4紙打印或手寫。序號階 段 內(nèi) 容所需時間周1 下達課程設(shè)計任務(wù)書和日程安排，根據(jù)任務(wù)書查找資料，了解觸摸屏工作原理；第13周 2 熟悉ARM的C語言程序設(shè)計；第14周 3 程序的編寫和調(diào)試；結(jié)果分析整理、撰

2、寫課程設(shè)計報告，驗收和辯論。 合 計 4 周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘 要本系統(tǒng)建立在嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺上，系統(tǒng)的設(shè)計使用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計原那么。系統(tǒng)采用C/S與B/S結(jié)合的結(jié)構(gòu)，客戶端與客戶端以及客戶端與效勞器端之間通過Socket傳送消息。使用嵌入式C+語言編寫，開發(fā)工具采用linux下的Qt環(huán)境。效勞器設(shè)計與實現(xiàn)過程中，采用了多線程技術(shù)，可以在單個程序當中同時運行多個不同的線程，執(zhí)行不同的任務(wù)。大大增強了程序?qū)π谄髻Y源的利用。在Linux下編寫并調(diào)試效勞器端程序和客戶端程序，實現(xiàn)了客戶、效勞器之間的連接和通信。關(guān)鍵字：Linux ； Qt； TCP/IP；多人聊天目錄

3、TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc312423278 目錄 PAGEREF _Toc312423278 h 3 HYPERLINK l _Toc312423279 第一章 總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc312423279 h 4 HYPERLINK l _Toc312423280 1.1 系統(tǒng)實現(xiàn)原理 PAGEREF _Toc312423280 h 4 HYPERLINK l _Toc312423281 1.2. 總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc312423281 h 4 HYPERLINK l _Toc312423282 1.1 效勞器流程圖 PA

4、GEREF _Toc312423282 h 5 HYPERLINK l _Toc312423283 1.2 客戶端流程圖 PAGEREF _Toc312423283 h 6 HYPERLINK l _Toc312423284 第二章 軟件功能實現(xiàn) PAGEREF _Toc312423284 h 7 HYPERLINK l _Toc312423285 PAGEREF _Toc312423285 h 7 HYPERLINK l _Toc312423286 網(wǎng)絡(luò)套接字socket PAGEREF _Toc312423286 h 7 HYPERLINK l _Toc312423287 C/S結(jié)構(gòu) PA

5、GEREF _Toc312423287 h 8 HYPERLINK l _Toc312423288 2.1.3多線程 PAGEREF _Toc312423288 h 9 HYPERLINK l _Toc312423289 2.2 聊天室系統(tǒng)功能實現(xiàn) PAGEREF _Toc312423289 h 9. HYPERLINK l _Toc312423290 Linux提供的有關(guān)Socket的系統(tǒng)調(diào)用 PAGEREF _Toc312423290 h 9 HYPERLINK l _Toc312423291 2.通信實現(xiàn) PAGEREF _Toc312423291 h 10 HYPERLINK l _T

6、oc312423292 第三章 運行結(jié)果 PAGEREF _Toc312423292 h 11 HYPERLINK l _Toc312423293 心得體會 PAGEREF _Toc312423293 h 13 HYPERLINK l _Toc312423294 參考文獻 PAGEREF _Toc312423294 h 14第一章 總體方案設(shè)計 1.1 系統(tǒng)實現(xiàn)原理聊天系統(tǒng)的設(shè)計跟普通網(wǎng)站設(shè)計有著許多不同的地方，普通網(wǎng)站設(shè)計所考慮的因素，例如，普通網(wǎng)站需要對布局進入大量美化以及動畫設(shè)計等等，而聊天室只要提供滿足訪客雙方直接實時聊天即可。因此，在設(shè)計聊天系統(tǒng)的過程中，必須要考慮好以下幾個設(shè)計要點

7、：在Internet上的聊天程序一般都是以效勞器提供效勞端連接響應(yīng)，使用者通過客戶端程序登錄到效勞器，就可以與登錄在同一效勞器上的用戶交談，這是一個面向連接的通信過程。因此，程序要在TCP/IP環(huán)境下，實現(xiàn)效勞器端和客戶端兩局部程序。圖1-1 系統(tǒng)實現(xiàn)原理 1.2 總體方案設(shè)計 效勞器的主要任務(wù)是偵聽建立連接的請求，這是由我們創(chuàng)立的特定效勞器對象完成的。而客戶機的任務(wù)是試著與一臺效勞器建立連接，這是由我們創(chuàng)立的特定客戶機對象完成的。一旦連接建好，那么無論在效勞器端還是客戶機端，連接只是魔術(shù)般地變成了一個IO數(shù)據(jù)流對象。從這時開始，我們可以象讀寫一個普通的文件那樣對待連接。圖1-3 效勞器和客戶

8、機的連接 效勞器流程圖2021-07-21 15:51 上傳下載次數(shù): 34每個客戶端開啟兩個進程，開啟兩個TCP Socket 通信。一個進程響應(yīng)用戶的操作，它還把用戶輸入的聊天信息發(fā)送給效勞器；另外一個進程的功能是接收信息，單獨開辟一個接收信息的原因是因為中的進程設(shè)計到輸入，可能會導(dǎo)致接收報文的阻塞效勞器端開啟。剛開始只有一個父進程，當有一個新的連接時，那么會開啟一個新的進程， 用這個開啟的新的進程來實現(xiàn)“接收對應(yīng)客戶端信息，分析解碼后，再發(fā)送重組報文信息給其他客戶端。.2 客戶端流程圖 2021-07-21 15:51 上傳下載次數(shù): 34端口通知報文，等客戶端連接上效勞器之后，效勞器會

9、新建一個進程，使用一個新的Socket來和客戶端通信，需要發(fā)送一個報文來告訴客戶端新的端口號。 聊天消息報文，A對B發(fā)送消息，組裝成報文，供效勞器分析，然后播送給其他客戶 用戶列表更新，當用戶狀態(tài)發(fā)生變化時，效勞器會播送此報文，來通知所有客戶。第二章 軟件功能實現(xiàn) 本多人聊天系統(tǒng)設(shè)計采用linux環(huán)境下的QT編程，利用C/S結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)聊天界面的功能，在通信方面主要是通過Socket網(wǎng)絡(luò)套接字多線程技術(shù)來實現(xiàn)。本聊天室程序在linux下，采用C語言實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)為Client/Server結(jié)構(gòu);效勞端程序通過共享存儲區(qū)存儲聊天數(shù)據(jù)，并發(fā)送給每個連接的客戶端；效勞端程序和客戶端程序都是通過父子進程分別

10、負責發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的，以防止數(shù)據(jù)沖撞；需按以下格式調(diào)用客戶端程序：client.exe 效勞端主機IP 端口號(本)，用戶名(在聊天室中顯示的用戶名)。網(wǎng)絡(luò)套接字socketSocket接口上TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口API，它提供了許多函數(shù)和例程，程序員可以使用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。使用Socket接口進行網(wǎng)絡(luò)通信的過程如下圖，簡要步驟如下：建立一個Socket.按要求配置socket，將socket連接到遠程主機或給socket指定以各本地協(xié)議端口。按要求通過socket發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。關(guān)閉此socket。這是通過Socket實現(xiàn)點對點通信需要掌握的4個編程要點。 TCP是

11、傳輸控制協(xié)議的簡稱，它是提供一條全雙工的、可靠的信道。TCP提供面向連接的效勞，在傳送數(shù)據(jù)之前必須先建立連接，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后要釋放連接。TCP不提供播送和多播效勞。由于TCP要提供可靠的、面向連接的運輸效勞，所以不可防止地增加了許多系統(tǒng)開銷，比方確認、流量控制、計時器以及連接管理等都需要占用許多系統(tǒng)的時空資源。 兩個計算機之間如果使用TCP通信，其連接過程需要三次握手實現(xiàn)，如實驗圖2-1所示。圖2-1 用三次握手建立TCP連接 對于兩個計算機之間連接的釋放過程也需要類似的3次握手的互相確認的過程，如實驗圖2-2所示。圖2-2 TCP連接的釋放過程網(wǎng)絡(luò)套接字socket在C/S結(jié)構(gòu)中，多個相互通

12、信的計算機都作為客戶端，與網(wǎng)絡(luò)效勞器進行連接，并通過效勞器進行信息的傳遞。所以多個客戶端之間的通信就變?yōu)榱丝蛻舳伺c效勞端的通信。所以，采用客戶/效勞器模型進行網(wǎng)絡(luò)聊天需要分別編寫效勞器端和客戶端的程序，效勞器和客戶端之間相互通信的同步關(guān)系和各自的程序流程如實驗圖1-3所示。圖2-3 Socket通信流程圖2.多線程上述點對點通信的實現(xiàn)知識完成了主機進程與效勞器進程之間的連接，建立連接的進程之間是一對一的聯(lián)系，即主機的一個進程與效勞器的一個進程之間建立的連接。而每個進程進行通信的環(huán)節(jié)都包括了發(fā)送信息和接口信息兩個任務(wù)，這兩個任務(wù)通過一個端口地址發(fā)送和接收。在網(wǎng)絡(luò)通信中，端口地址是以進程為單位進程

13、分配的，而一個進程與外界的消息發(fā)送與接收必須通過分配給它的同一個端口進行。因此，不能通過創(chuàng)立進程方式來解決上訴問題，因為兩個進程會分別對應(yīng)兩個不同的端口，而發(fā)送和接收必須使用同一端口。2.2 聊天室系統(tǒng)功能實現(xiàn) Linux提供的有關(guān)Socket的系統(tǒng)調(diào)用Socket() 作用：socket函數(shù)為客戶機或效勞器創(chuàng)立一個sokcet格式：int socket(int family,int type,int protocol);bind( )格式： int bind(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen); 參數(shù)說明： Sockfd：socket的

14、文件描述符號。 Sockaddr：表示名字所用的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來保存地址(包括IP地址和端口) Addrlen:設(shè)置結(jié)構(gòu)大小長度。listen()格式： int listen(int sockfd, int backlog); 作用：監(jiān)聽連接信號，和accepted函數(shù)合同。 參數(shù)說明： Sockfd：表示socket調(diào)用返回的文件描述符。 Backlog：表示接入隊列允許的連接數(shù)目，大多數(shù)系統(tǒng)允許20個，也可以子定義510個。accept() 格式： Int accept (int sockfd, void *addr, int *addrlen); 作用：與listen函數(shù)合用，監(jiān)聽信息

15、、接收客戶端請求。 參數(shù)說明： Sockfd：表示socket的文件描述符。 Addr：表示指向局部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct sockaddr-in的指針。 Addrlen：表示地址的長度。connect()格式： int connect( int sockfd , struct sockaddr *serv_addr , int addrlen); 作用：在面向連接的系統(tǒng)中客戶及連接效勞器時使用，connect必須在bind后使用。 參數(shù)作用： Sockfd：表示socket的文件描述符。 Serv-addr：表示村訪目的端口和ip地址套接字的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。send() 和 recv() 格式1：

16、 Int send (int sockfd, const vod *msg,int len, int flags); 功能：發(fā)送信息。 格式2： Int recv (int sockfd , void *buf,int len, usigned int flags); 作用：用于流式socket、數(shù)據(jù)報socket內(nèi)部之間的通信。close( ) 和 shutdown ( )格式： Close( int sockfd)或 Int shutdown(int sockfd , int how); 通信實現(xiàn)監(jiān)聽連接 利用socket、bind、listen建立連接，步驟是： 先用socket函數(shù)初始

17、化socket，創(chuàng)立新的sockfd。Sockfd = socketAF_INT，SOCK_STREAM,0此步驟涉及到IP地址及其處理過程。參數(shù)說明： inet_addr 函數(shù) INADDR_ANY該函數(shù)把由小數(shù)點分開的十進制IP地址轉(zhuǎn)為unsinged long 類型，而在實驗中所使用的為INADDR_ANY，使用利用自已的IP地址自動填充。利用bind函數(shù)綁定端口和IP地址。My_addr.sin_family=AF_INET; /*將地址族類型設(shè)定好 */My_addr.sin_port=htons(MYPORT; /* 將端口給其賦值*/My_addr.sin_addr.s_addr

18、=INADDR_ANY; /*用連接地址自動填充ip*/Bind(sockfd,(stuct sockaddr*)&my_addr,sizeof(stuct sockaddr);/*sockfd 是分配的socket名字，my-addr那么便是分配好的端口與IP，用bind綁定*/利用listen監(jiān)聽請求 發(fā)送請求1)利用gethostbyname獲取主機信息。2)初始化socket端口。3)利用connect函數(shù)將自己的IP地址等信息發(fā)送到主機，等待主機調(diào)用accept函數(shù)來接受請求。主機接收請求，進行數(shù)據(jù)通信1)主機利用accept接收請求。2)創(chuàng)立子進程，顯示歡送信息；3)接收返回信息，

19、顯示連接成功，并推出連接；4)關(guān)閉客戶端口socket；5)關(guān)閉效勞端socket，結(jié)束子線程。第三章 運行結(jié)果/效勞端/客戶端1：真水無香/客戶端2：蠟筆小新心得體會在剛開始要做這個實訓的時候，發(fā)現(xiàn)對Qt的知識掌握的并不牢靠，對于從何下手感到迷茫。最后，參考了在網(wǎng)絡(luò)找到的聊天工程源代碼，邊翻看PPT講義，邊請教同學，才順利的做了出來。這個過程是痛苦的，但在這個痛苦的過程中，我也把這個學期學習的QT知識系統(tǒng)地梳理了一遍。當我把眾多零散的QT知識點連串起來時，發(fā)現(xiàn)自己對于所學的知識有了一個全新的認識，QT是多么的強大。Qt是一門面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，所以開發(fā)時必須對自己要創(chuàng)立的工程具有清楚認識、明

20、確的思路，嚴謹?shù)貙ο蟮墓δ芘c代碼聯(lián)系起來，才能順利完成Qt工程。在做這個工程的過程中，我更是明白了良好的大局思維對于一個開發(fā)人員來說有多么重要。要做一個工程，要先對工程的程序有大體上的想法思路，有個流程框架，然后利用代碼功能實現(xiàn)你的想法，在寫代碼過程中遇到具體問題時邊寫邊修正思路，完善思路。在做這個工程的過程中，遇到的最大問題是無法解決發(fā)生中文時出現(xiàn)亂碼的問題。中英文編碼格式不同，導(dǎo)致了亂碼的出現(xiàn)，屢次嘗試后最終還是放棄了這一功能的實現(xiàn)。這也讓我認識到QT的知識是多么博大精深，幾個月的學習是遠遠不夠的。整個工程做了十多天，每每遇到不熟悉的知識點時就要查看講義，還不懂就請教同學，工程的完成離不

21、開同學的幫助，所以我也非常感謝在不辭勞苦、不厭其煩給我講解的同學。做完這個工程后，我深深地感到自己知識的貧乏和以前學習方法上的一些缺乏。上課時老師講解的過程雖然是很清楚，但是比擬少去運用，對于程序、代碼實現(xiàn)的功能沒有一個清楚、深刻的認識。課堂后又沒有復(fù)習，導(dǎo)致一段時間后會遺忘局部的知識，到這次做工程時就要不斷的看講義。知識只有在不斷地運用中才能牢固地掌握。因此，我覺得在學習QT時應(yīng)該不斷地做工程。但是個人地學習能力不同，有些人獨立地完成一個會比擬吃力，那么幾個人組成一個小組做工程就是相互促進、共同進步地效果。 學習是艱難的，但無論學什么，只要有持之以恒的精神，就沒有學不好的知識。參考文獻1何加

22、銘主編嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用電子工業(yè)出版社2006年2張義磊，丁：濤，安吉宇三星S3C2410在嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用長春理工大學學 報20043魏洪興，胡亮，曲學樓嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)實驗教材一基于ARM9處理器與 Linux操作系統(tǒng)清華大學出版社2005年 4許海燕，付炎著嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用機械工業(yè)出版社2002年5DavidARusling朱珂等譯Linux編程白皮書機械工業(yè)出版社2000年6田澤主編嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程北京航空航天大學出版社2005年7周立功主編ARM嵌入式系統(tǒng)根底教程北京航空航天人學出版社2005年8陳賾主編ARM9嵌入式技術(shù)及Linux高級

23、實踐教程北京航空航天大學出版社2005年程序附錄TCP 通信實現(xiàn)#include#include#include#include#include#include#include#include#include#define MYPORT 3490#define BACKLOG 10 #define MAXDATASIZE 1024int sockfd,new_fd;pthread_t accthread,recthread;void recmessage(void) while(1) int numbytes; char bufMAXDATASIZE; if(numbytes = recv(n

24、ew_fd,buf,MAXDATASIZE,0) = -1)perror(recv); exit(1); bufnumbytes = 0; if(strcmp(buf,exit) = 0)printf(Client is closedn);close(new_fd);close(sockfd);exit(1);printf(Client:%sn,buf); void acceptconnect(void) struct sockaddr_in their_addr; int sin_size; sin_size = sizeof(struct sockaddr_in); if(new_fd =

25、 accept(sockfd,(struct sockaddr*)&their_addr,&sin_size) = -1) perror(accept); exit(1); printf(server:got connection from %sn,inet_ntoa(their_addr.sin_addr); if(pthread_create(&recthread,NULL,(void *)recmessage,NULL)!= 0) printf(Create thread error!rn); exit(1); int main(void) struct sockaddr_in my_a

26、ddr; if(sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) = -1) perror(socket); exit(1); my_addr.sin_family = AF_INET; my_addr.sin_port = htons(MYPORT); my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bzero(&(my_addr.sin_zero),8); if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr) = -1) perror(bind); exit

27、(1); if(listen(sockfd,BACKLOG) = -1) perror(listen); exit(1); if(pthread_create(&accthread,NULL,(void *)acceptconnect,NULL) != 0) printf(Create thread error!rn); exit(1); while(1) char msgMAXDATASIZE; scanf(%s,msg); if(send(new_fd,msg,strlen(msg),0) = -1) perror(send); close(new_fd); exit(1); if(str

28、cmp(msg,exit) = 0) printf(Byebye!n); close(new_fd); close(sockfd); exit(1); return 0;客戶端源程序清單如下，設(shè)文件名為#include#include#include#include#include#include#include#include#include#define PORT 3490#define MAXDATASIZE 1024int sockfd;pthread_t recthread;void recmessage(void) while(1) int numbytes; char bufMAXDATASIZE; if(numbytes = recv(sockfd,buf,MAXDATASIZE,0) = -1) perror(recv); exit(1); bufnumbytes=0; if(strcmp(buf,exit) = 0) printf(Server is closedn); close(sockfd); exit(1); printf(Server:%sn,buf); int main(int argc,