PC104計算機網(wǎng)絡(luò )通訊系統設計與研究

1．引言

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展以及系統工程中對嵌入式計算機的體積、功耗、硬件開(kāi)銷(xiāo)等方面要求的加強，嵌入式計算機不僅僅要實(shí)現單一的串行數據的傳輸，還要實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊。特別是DOS操作系統以其內核小、操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)使其在嵌入式操作系統領(lǐng)域占有重要的地位。但是，DOS操作系統沒(méi)有Windows操作系統中Winsock這樣的API，使得網(wǎng)絡(luò )通訊的開(kāi)發(fā)工作量及難度相對較大，下面介紹某火控系統中基于DOS操作系統的UDP網(wǎng)絡(luò )通訊軟、硬件系統設計，并在保證UDP通訊快速交付、傳輸等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又針對UDP網(wǎng)絡(luò )通訊系統的不可靠性做了必要防護設計，很好的克服了UDP網(wǎng)絡(luò )通訊中的丟幀、誤碼這一實(shí)際工程難題。

2．網(wǎng)絡(luò )通訊系統的硬件組成

型號為SCM/SDXa的 PC104采用增強型的80486處理器做CPU，板上包含了所有的PC/AT兼容的DMA控制器、中斷控制器及定時(shí)器，ROM-BIOS，32M字節的DRAM及鍵盤(pán)、喇叭接口；在板的外部接口包括兩個(gè)串行口、并口、IDE接口、軟盤(pán)接口、CRT接口、平板顯示接口、重要的是與NE2000兼容的RTL8019網(wǎng)絡(luò )接口。該款PC104做為硬件PCB電路設計的主要核心部件。ST16C554的四串口卡實(shí)現串行通訊，isp1032E門(mén)電路作為各個(gè)分系統的同步基準信號源，8255A并口電路來(lái)控制響應外部按鍵。系統編譯軟件采用的是Borland C++。

3．非面向連接的UDP數據報套接字網(wǎng)絡(luò )通訊

在UDP網(wǎng)絡(luò )應用中，首先要調用Socket建立套接字，然后用bind綁定本地地址、與端口。與面向連接的TCP流式套接字不同的是它不需要偵聽(tīng)和建立連接，此時(shí)通過(guò)調用Recvfrom()和sendto()函數就可以進(jìn)行數據讀寫(xiě)了，客戶(hù)端與此相同。

圖2 UDP數據報套接字調用過(guò)程圖

4．DOS下的UDP網(wǎng)絡(luò )通訊設計

4．1網(wǎng)卡驅動(dòng)

型號為SCM/SDXa 的PC104內嵌的網(wǎng)卡為RTL8019網(wǎng)絡(luò )接口芯片，首先要運行RSET8019.exe來(lái)設置網(wǎng)卡參數。主要設置網(wǎng)卡的中斷號為中斷15，基地址為320H（根據不同款的PC104，進(jìn)行不同的設置）。然后需要運行NE2000.COM來(lái)安裝網(wǎng)卡的底層信息包驅動(dòng)。需要設置網(wǎng)卡的軟中斷為0x62.軟中斷可以在60H到70H之間的任何數。 運行格式如下NE2000 0x62 15 0x320; 最后需要在autoexec.bat里設置：ne2000 0x62 15 0x320。

4．2 UDP網(wǎng)絡(luò )通訊工程模型建立

需要在Borland C++下建立工程文件，工程文件中要加入DSOCK.LIB和dsock.h。DSOCK.LIB是DOS 模式下的Dsock庫的支持文件，它是把網(wǎng)絡(luò )通訊底層驅動(dòng)文件和應用層C編譯文件連接的橋梁。dsock.h是支持Dsock的C語(yǔ)言的頭文件。還要在工程文件夾下根據不同工程要求修改DSOCK.CFG文件。

DSOCK.CFG文件修改如下：

ip=192.21.209.61

netmask=255.255.255.0

4．3 UDP網(wǎng)絡(luò )通訊特點(diǎn)及防丟幀設計與研究

UDP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )通訊是非面向連接的、不可靠的，但是UDP協(xié)議在某些方面有其特殊的優(yōu)點(diǎn)：發(fā)送數據之前不需要建立連接，減少了開(kāi)銷(xiāo)和發(fā)送數據之前的時(shí)延;不使用擁塞控制，也不保證可靠交付,主機不需要維持具有許多參數的、復雜的連接狀態(tài)表;用戶(hù)數據報只有8個(gè)字節的首部開(kāi)銷(xiāo)，要比TCP的20個(gè)字節的首部要短;由于UDP沒(méi)有擁塞控制，網(wǎng)絡(luò )出現的擁塞不會(huì )使主機的發(fā)送速率降低。

為了克服UDP通訊的不可靠性可以通過(guò)軟件做類(lèi)似像TCP“握手”一樣的通訊過(guò)程，但是這樣便大大折扣了UDP通訊的優(yōu)點(diǎn)，增加了開(kāi)銷(xiāo)和延時(shí)。為了即保證UDP的交付、通訊的快速性又要避免UDP通訊的不可靠性，在控制軟件中做了以下設計。

1． 在傳輸的每一幀中，我們規定報頭信息狀態(tài)字包含了報頭單元序號，即與本地端口號唯一對應的報頭單元序號。例如：在信源（information origin）規定了報頭單元序號為0x7d對應的端口號為1600，網(wǎng)絡(luò )連通后，信宿(information end-result)判斷接收的數據報頭單元序號是否為0x7d，是則表示接收來(lái)自端口號為1600的數據。否則可能是因網(wǎng)絡(luò )數據發(fā)生碰撞、擁塞而產(chǎn)生的誤碼、誤幀錯誤。

2． 在傳輸的每一幀中，我們規定報頭信息狀態(tài)字包含了信息單元序號，即與每一幀唯一對應的信息單元序號。例如：在第一個(gè)時(shí)間周期內發(fā)送的一幀的信息單元序號為00，而在下一個(gè)時(shí)間周期內發(fā)送的一幀的信息單元序號則做加一處理為01，依次類(lèi)推直到255完成一個(gè)循環(huán)。這樣實(shí)現了信源單元序號從0-255的連續循環(huán)發(fā)送，信宿可以通過(guò)檢查信息單元序號的連續性、完整性來(lái)判斷接收到的數據是否有丟幀現象。

3． 對數據幀做校驗和運算，所謂的校驗和就是信源對除去信息單元序號、報頭單元序號、信息長(cháng)度、報文標志等報頭信息外的具體數據字節段做邏輯異或處理。校驗和運算結果做幀尾送至信宿，信宿接收后對也做解校驗和的運算，如果與信源的一致就表明這幀為有效的網(wǎng)絡(luò )信道傳輸數據，否則丟棄。

4． 設置時(shí)間戳信息，信源的每一幀中包含了發(fā)送該幀時(shí)刻的四個(gè)字節時(shí)間戳信息，精度為1ms。信宿把本周期內接收到的時(shí)間戳再打包回送到信源，信源將時(shí)間戳與上一周期幀數據發(fā)送時(shí)刻的時(shí)間戳做信息比較，如果一致則說(shuō)明沒(méi)有丟幀現象。

5． 設計了丟幀、誤碼錯誤判斷累加信息，即針對上述四種情況而產(chǎn)生的錯誤信息次數做累加統計。并且在顯示器上實(shí)時(shí)的顯示，這樣可以很直觀(guān)的顯示出每次網(wǎng)絡(luò )通訊過(guò)程中具體的錯誤信息次數，以便更好的改進(jìn)UDP網(wǎng)絡(luò )通訊的不足。

通過(guò)以上設計滿(mǎn)足1%的誤碼率測試要求。

4．4 UDP網(wǎng)絡(luò )通訊系統的工程應用

在某工程中，我們采用了10MB/S帶寬的以太網(wǎng)，通訊分系統和上級火控系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸，通訊分系統和伺服分系統、電視分系統通過(guò)串行通訊進(jìn)行連接。isp1032E門(mén)陣列時(shí)統電路產(chǎn)生不同頻率的時(shí)統信號，以達到各個(gè)分系統之間同步的目的。UDP通訊主要函數及流程圖如下：

BOOL Dsock_Open()函數實(shí)現的功能是打開(kāi)一個(gè)Dsock socket 庫。

BOOL Dsock_LoadConfigFile(char *szFile) 函數是加載網(wǎng)絡(luò )設置的配置文件，即我們上邊所提到的dsock.cfg文件。

SOCKET SocketCreate(int nType)函數創(chuàng )建一個(gè)socket類(lèi)。nType的類(lèi)型可以為T(mén)CP_SOCKET或UDP_SOCKET.

BOOL SocketBind(SOCKET s,DWORD dwAddr,WORD wPort)函數是實(shí)現綁定本地IP地址和本地端口。dwAddr為本地IP地址，wPort為本地端口號。

int SocketDataReady(SOCKET s)函數實(shí)現查詢(xún)通過(guò)建立的套接字s返回的數據。該函數的返回值為socket 接收到數據的個(gè)數。

int SocketRecvFrom(SOCKET s,DWORD *pdwAddr,WORD *pwPort,BYTE *pby,int nlen)函數為通過(guò)UDP Socket 接收到的數據。

int SocketSendTo(SOCKET s,DWORD dwAddr,WORD wPort,BYTE *pby,int nlen) 函數為通過(guò)UDP Socket 發(fā)送的數據。

圖3 UDP通訊主要實(shí)現流程圖

5．結語(yǔ)

本文介紹了基于DOS下PC104計算機UDP網(wǎng)絡(luò )通訊系統的軟、硬件設計原理和過(guò)程，文中提到的一些理論和方法，在某實(shí)際工程項目中得到了很好的驗證，并達到實(shí)際丟幀碰撞技術(shù)指標。本通訊系統的防止丟幀設計設計思想可以推廣到其它嵌入式UDP通訊設備。本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：設計如何在DOS操作系統下更好的解決UDP通訊的優(yōu)點(diǎn)與不可靠性這一矛盾問(wèn)題。

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