嵌入式系统中运行参数修改的设计和实现

 

　　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。