嵌入式系统中运行参数修改的设计和实现

时间:2011-09-02

 

  1、引言

  以太网是当今现有局域网采用的通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性。

  近来发展起来的方法是利用嵌入式Web Server和TCP/IP协议,技术人员可以通过CGI网页对嵌入式系统的参数进行浏览和修改,这种方法虽然有着良好的人机界面,使用起来也非常方便,但嵌入式Web Server 需要处理器有较强的数据处理能力,一般的MCU并不支持。

  WebServer中文名称叫网页服务器或web服务器。WEB服务器也称为WWW(WORLDWIDEWEB)服务器,主要功能是提供网上信息浏览服务。Web服务器传送(serves)页面使浏览器可以浏览,然而应用程序服务器提供的是客户端应用程序可以调用(call)的方法(methods)。确切一点,你可以说:Web服务器专门处理HTTP请求(request),但是应用程序服务器是通过很多协议来为应用程序提供(serves)商业逻辑(businesslogic)。

  在大量实践的基础上,本文详细阐述了嵌入式系统采用UDP协议来对参数进行配置修改的技术,较好的解决了嵌入式系统中参数修改问题。

  2、系统原理

  嵌入式系统是"控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置"(devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants)。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

  嵌入式系统一般由PC管理机和嵌入式终端组成。PC管理机主要对数据进行读写和管理。终端负责数据的采样并把数据传给PC机。系统结构如图1所示,终端和主机通过以太网相连,每个终端都有自己的机号和IP地址。因此,PC机不仅要对这些设备进行管理,还要进行数据通信。当终端收到PC机的命令和数据后,把数据存放在EEPROM的存储器里,然后更新系统参数。本文主要阐述系统的数据通信部分的具体实现,包括上位机和下位机的实现过程。

  3、应用协议

  3.1 UDP用户数据报协议

  UDP是UserDatagramProtocol的简称,中文名是用户数据包协议,是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。它是IETFRFC768是UDP的正式规范。UDP是ISO参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。UDP数据报格式如图2所示。

  3.2应用数据帧封装格式

  应用数据是以帧的格式封装在UDP数据里面的,它的帧格式是:帧开头(1字节)+数据长度(1字节)+机号(2字节)+命令(1字节)+数据+效验(1字节)+帧结尾(1字节)。帧以0x02开头,数据长度表示机号、命令和数据总的长度字节,效验是对前面数据和效验,帧结尾是0x03.

  4、程序实现

  4.1上位机程序

  上位机采用VC6.0进行程序设计,网络通信部分主要由套接字Socket完成,在UDP应用编程中,一般调用Socket的RecvFrom() 和SendTo()两个主要函数即可完成数据通信,其工作流程如图3所示。

  下面代码是解析下位机所返回信息。

  iRecv  =Socket.ReceiveFrom(m_temp,sizeof(m_temp),

  m_nip,uPort,0);

  if (iRecv)

  { if(m_temp[4]==0x3e)

  MessageBox("设置成功");

  else if(m_temp[4]==0x3f)

  MessageBox("设置失败");

  else

  MessageBox("通信错误");

  iRecv=0;

  }

  4.2下位机程序

  终端正确的接收完一帧数据后,根据命令来处理相应的事务。系统提供基本的5个命令:0x50(设置系统参数),0x51(读取配置参数),0x43 (初始化EEPROM,0x3e (正确操作应答),0x3f(不正确操作应答),工作流如图4所示。

  5、在"家校通"中的具体应用

  "家校通"是为实现学校、家庭和老师之间有着快捷、实时沟通而研发的先进教育网络互动平台,是集计算机技术、互联网技术、无线通讯技术和考勤信息化技术于一体的现代信息化管理系统。利用这一平台,家、校双方能够及时方便地传递信息,有效解决家校之间沟通难的矛盾与问题,使学生在成长过程中得到随时随地的关爱服务,给学校、班主任老师提供方便、快捷、高效率的沟通渠道,交流起来无拘无束,畅所欲言,充分实现了社会、学校、家庭和谐共育的教育格局。

  近年来,智能IC卡得到了广泛的应用,除了应用于信用卡、收费卡、保险卡、密钥卡等外,在学校也得到广泛使用,像校园"一卡通","家校通"到处随处可见。"家校通"是利用现代信息技术实现家庭与学校快捷、实时沟通的教育网络平台,是一套可以有效解决老师和家长之间沟通,帮助孩子健康成长的、集先进的计算机技术和网络技术于一体的信息交流系统。它可以让家长每天都能了解到自己孩子在学校的情况,也可以让家长随时随地的向老师提出建议或反映孩子在家里的表现。系统硬件主要采用网络型读卡机,它主要由主控MCU89C52、读卡模块RC500、8位LED和网络通组成。它不能单独工作,必须联网与PC机进行通信,图5是"家校通"典型拓扑图。

  5.1 "家校通"基本工作原理

  网络型读卡器是由网络通和读卡器组成,网络通有自己的IP地址,读卡器有自己的机号,通信服务器也有自己的IP地址和机号。

  当读卡器有数据时,会通过网络通送到嵌入通信服务器,嵌入通信服务器收到数据后,提取网络通的地址和读卡器的机号,做成一个动态的IP地址和机号对应表。当PC机有数据给通信服务器时,提取数据中的机号,查找IP地址和机号对应表,然后按照查到IP地址发送数据给读卡器,这样完成了读卡器和PC机之间的通信。

  5.2 "家校通"参数修改及其实现

  为确保"家校通"系统的正常运行,系统要维护每个网络型读卡机的网络参数(IP地址)和黑名单,这些参数的维护工作既烦琐又必不可少,应用我们的研究成果,这些参数可以通过我们的研究成果快速方便进行。

  图6所示的软件可以通过网络实现系统的参数在线更新,包括IP地址的设置和黑名单的更新,使得系统维护更方便灵活。

  6、结论

  本文作者创新点采用UDP协议来对嵌入式系统中参数进行配置修改,在现实当中具有很大的意义,为嵌入式系统维护人员提供良好的应用程序接口,体现了系统的人性化程序设计和以人为本的思想。

 


  
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