解析LED顯示屏網(wǎng)絡(luò )直連的設計與實(shí)現

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )普及和速度的提升，網(wǎng)絡(luò )通信方式被更多的用戶(hù)采用，即用戶(hù)通過(guò)集線(xiàn)器或網(wǎng)絡(luò )直連的方式與顯示屏通信。其中通過(guò)集線(xiàn)器，PC機和顯示屏IP可不在同一個(gè)網(wǎng)段;而網(wǎng)絡(luò )直連時(shí)，PC機和顯示屏的IP地址必須在同一個(gè)網(wǎng)段。不管采用哪一種方法，都必須知道兩者的IP地址才能進(jìn)行通信。但在調試過(guò)程中，由于LED控制卡太多、放置時(shí)間太長(cháng)或由不同的人進(jìn)行配置，有時(shí)用戶(hù)可能不知道顯示屏的IP地址，這樣就很難開(kāi)展工作了。另外，出廠(chǎng)配置的IP地址和現場(chǎng)安裝的IP地址可能不一樣，并且現場(chǎng)安裝的顯示屏IP地址由于用戶(hù)千差萬(wàn)別，其IP地址段也不一樣。這樣一來(lái)，在調試過(guò)程中，需要反復修改顯示屏或PC機的IP地址，帶來(lái)很大的工作量。因此，基于應用中的這些問(wèn)題，有用戶(hù)提出能否采用網(wǎng)絡(luò )直連的方式，無(wú)需知道LED顯示屏的IP地址，也不用修改PC機的IP就可實(shí)現PC機與LED顯示屏網(wǎng)絡(luò )通信，讓用戶(hù)更方便地調試LED顯示屏。通過(guò)市場(chǎng)調研，有些軟件聲稱(chēng)實(shí)現了LED顯示屏網(wǎng)絡(luò )直連的方式，但在具體實(shí)現上并不能令人滿(mǎn)意，例如穩定性、可靠性和時(shí)效性等方面并不如意。經(jīng)過(guò)研究，本文提出一種新的網(wǎng)絡(luò )直連的方法，可以很好地解決這些問(wèn)題，讓用戶(hù)方便、可靠、高效地調試顯示屏。

主要功能需求分析和模型構建

對于網(wǎng)絡(luò )直連，硬件如圖1所示，用網(wǎng)絡(luò )直連線(xiàn)將PC機和顯示屏連接起來(lái)，然后手動(dòng)設置它們的IP地址在同一個(gè)網(wǎng)段，即可進(jìn)行通信了。

但采用這種方式，如果事先不知道顯示屏的IP地址，將很難進(jìn)行通信。為了達到不知道顯示屏IP地址也能實(shí)現PC機與顯示屏直連通信的目的，可借助DHCP服務(wù)原理來(lái)解決：即設置LED顯示屏為某固定IP地址的DHCP服務(wù)器，設置PC機網(wǎng)卡為自動(dòng)獲取IP地址的方式，通過(guò)DHCP服務(wù)功能，自動(dòng)配置PC機的網(wǎng)卡IP地址，這樣網(wǎng)絡(luò )連接通道就建立了。有些開(kāi)發(fā)商就采用這種方式實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )直連，但這種方法存在一些問(wèn)題：其一，由于UDP通信為不連接通信，其通信可靠性要差一些，容易失敗;其二，只能通過(guò)操作系統自帶的系統完成，沒(méi)有干預，用戶(hù)不能設置超時(shí)，有時(shí)等待時(shí)間太長(cháng)，最長(cháng)為60秒;其三，DHCP為固定IP方式，在實(shí)際應用中顯然不太好;其四，退出系統時(shí)，不能恢復PC機原有的網(wǎng)卡配置信息。

基于此，經(jīng)過(guò)研究，本文提出一種新的網(wǎng)絡(luò )直連方法，可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )直連、自動(dòng)獲取IP地址以及實(shí)現PC機網(wǎng)卡配置信息保存和恢復等功能，克服當前實(shí)現方法的不足，提高可靠性、穩定性和時(shí)效性等各方面性能，其系統模型如圖2所示，主要功能和工作流程如下：

(1)啟動(dòng)系統時(shí)，檢索、訪(fǎng)問(wèn)PC機的所有網(wǎng)卡，并保存其網(wǎng)卡配置信息，供退出系統時(shí)恢復;(2)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò )直連進(jìn)程;(3)廣播IP地址請求數據包;(4)返回IP地址數據包;(5)解包，獲取PC機和LED顯示屏的IP地址，設置PC機的IP地址;(6)返回LED顯示屏的IP地址，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò )直連，完成通信通道的建立;(7)建立PC機和LED顯示屏的通信通道后，即可對顯示屏進(jìn)行讀/寫(xiě)參數、發(fā)送節目、開(kāi)關(guān)屏等通信控制操作;(8)退出系統時(shí)，根據(1)保存的網(wǎng)卡配置信息，恢復PC機網(wǎng)卡的原始狀態(tài)。

在以上流程中，(2)～(6)是核心過(guò)程，它模擬DHCP服務(wù)，實(shí)現PC機廣播請求IP地址，獲取PC機IP地址并設置，上傳LED顯示屏IP地址，完成網(wǎng)絡(luò )直連通道的建立，是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )直連操作時(shí)必做的步驟;(1)和(8)是啟動(dòng)和退出系統時(shí)所做的保存PC機網(wǎng)卡配置信息和恢復網(wǎng)卡配置信息操作;(7)是在完成網(wǎng)絡(luò )直連通道后進(jìn)行的顯示屏控制的一般操作。本文重點(diǎn)介紹前兩者。

關(guān)鍵功能的設計和實(shí)現

2.1保存PC機網(wǎng)卡配置信息

用來(lái)調試顯示屏的PC機，一般是一機多用，在調試顯示屏的同時(shí)，還用來(lái)辦公、上網(wǎng)，其網(wǎng)卡IP地址可能是固定的或自動(dòng)獲取的。在做網(wǎng)絡(luò )直連時(shí)，可能會(huì )改變其IP地址，為了不影響用戶(hù)的工作，退出時(shí)需要自動(dòng)恢復其IP地址。而要做到這一點(diǎn)，可在啟動(dòng)LED控制軟件時(shí)，讀取當前網(wǎng)卡配置信息，如IP地址、網(wǎng)卡名、MAC地址、網(wǎng)卡類(lèi)型、是否是自動(dòng)配置IP地址等等，將這些信息放入一個(gè)鏈表中保存，同時(shí)設置一個(gè)標識，記錄用戶(hù)在調試顯示屏的過(guò)程中，是否使用過(guò)網(wǎng)絡(luò )直連操作，待退出系統時(shí)使用。

在Windows操作系統中，可使用IPHelper接口來(lái)讀取網(wǎng)卡信息，它是一套用于管理本地網(wǎng)絡(luò )設置的API，通過(guò)它使用IP_ADAPTER_INFO結構，可以方便地提取上述網(wǎng)卡配置信息，保存到鏈表中。

2.2借鑒DHCP服務(wù)原理，構建網(wǎng)絡(luò )直連通道

要實(shí)現PC機和LED顯示屏網(wǎng)絡(luò )直連通信，必須解決兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：其一，讓PC機和LED顯示屏在同一個(gè)網(wǎng)段;其二，知道LED顯示屏的IP地址。

除此之外，還要解決多網(wǎng)卡、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡對網(wǎng)絡(luò )直連的干擾等現象。借鑒DHCP原理，主要解決思路如下：

(1)在PC機端設計一個(gè)網(wǎng)絡(luò )直連控制進(jìn)程;(2)需要網(wǎng)絡(luò )直連時(shí)，啟動(dòng)該進(jìn)程，通過(guò)Windows相關(guān)網(wǎng)絡(luò )API函數和注冊表信息，確定與LED顯示屏連接的非無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，將其MAC地址放入構建請求IP地址的UDP數據包中，然后廣播出去，同時(shí)啟動(dòng)內部UDP包捕獲子進(jìn)程;(3)LED顯示屏收到請求IP地址的UDP包后，根據本身IP地址，構造一個(gè)PC機的IP地址，將其廣播出去，為了不引起混亂，這里構建的是偽DHCP包，正常的Windows客戶(hù)端收到該UDP包時(shí)，并不會(huì )自動(dòng)改變其IP地址;(4)網(wǎng)絡(luò )直連控制進(jìn)程的UDP包捕獲子進(jìn)程接收到分配的IP地址的UDP包后，解包得到PC機的IP地址和LED顯示屏的IP地址;(5)設置PC機網(wǎng)卡IP地址，上傳LED顯示屏的IP地址給控制軟件，成功后，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò )直連控制進(jìn)程，完成網(wǎng)絡(luò )直連通道的建立。

這個(gè)網(wǎng)絡(luò )直連的過(guò)程涉及三個(gè)系統：(1)網(wǎng)絡(luò )直連控制進(jìn)程，它構建請求IP地址UDP數據包并廣播出去，同時(shí)監控目標網(wǎng)卡的68端口，捕獲返回的UDP數據包，解析出PC機的IP地址和LED顯示屏的IP地址，然后設置PC機的IP地址，將LED顯示屏的IP地址提交給主進(jìn)程，完成網(wǎng)絡(luò )直連的任務(wù);(2)LED顯示屏DHCP服務(wù)子進(jìn)程，它接收PC機的IP地址請求，構建并設置自身IP地址，并返回PC機的IP地址的偽DHCP包;(3)LED控制軟件，當用戶(hù)選擇網(wǎng)絡(luò )直連方式時(shí)，啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò )直連控制子進(jìn)程，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )直接通道的建立，完成后，關(guān)閉該進(jìn)程。

2.3恢復PC機網(wǎng)卡的配置信息

退出系統時(shí)，根據2.1保存的是否使用過(guò)網(wǎng)絡(luò )直連的標識進(jìn)行判斷，如果沒(méi)有使用過(guò)網(wǎng)絡(luò )直連方式，則無(wú)需執行網(wǎng)絡(luò )IP恢復功能;否則將執行恢復功能，還原2.1保存的網(wǎng)卡配置，恢復網(wǎng)卡IP地址可使用netshinterfaceipset命令。

同時(shí)，為了加快處理速度并提高成功率，可按禁用網(wǎng)卡、設置網(wǎng)卡IP地址、再啟用網(wǎng)卡的步驟實(shí)施：

(1)使用Windows的SetupAPI相關(guān)接口A(yíng)PI函數禁用目標網(wǎng)卡;(2)恢復目標網(wǎng)卡IP設置，根據靜態(tài)IP地址和動(dòng)態(tài)IP地址，分別用不同的命令：

a.恢復靜態(tài)IP地址命令。

netshinterfaceipsetaddressname=“本地連接”

source=STaticaddr=192.168.1.19mask=255.

255.255.0gateway=none.

b.恢復動(dòng)態(tài)IP地址命令。

netshinterfaceipsetaddress“本地連接”dhcp

(3)使用SetupAPI相關(guān)接口A(yíng)PI函數啟用目標網(wǎng)卡，這樣就完成了網(wǎng)卡配置信息的恢復。

結論

本文針對LED顯示屏調試過(guò)程中對網(wǎng)絡(luò )直連的需求，提出一種網(wǎng)絡(luò )直連的方法，系統在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)保存網(wǎng)卡配置信息，使用網(wǎng)絡(luò )直連進(jìn)程構建網(wǎng)絡(luò )直連通道，退出系統時(shí)自動(dòng)恢復網(wǎng)卡配置信息，使用戶(hù)無(wú)需知道LED顯示屏的IP地址，也不用修改PC機的IP地址，便可實(shí)現PC機與LED顯示屏的網(wǎng)絡(luò )通信。該方法在LED導航者軟件中使用，其可靠性、穩定性和時(shí)效性得到了用戶(hù)的認可，取得了良好的效果。實(shí)踐證明，該方法可為類(lèi)似的應用提供一種可供借鑒的解決方案。