網絡通信中嵌入式TCP/IP 單片機技術研究

陳慶旭

（南京國電南自電網自動化有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

隨著現代通信技術的發展，網絡通信已經成為了人們日常生活中必不可少的一部分，為人們的工作和生活帶來了極大的便利。但是，當前的網絡通信技術還不夠成熟，存在著一定的缺陷。通過研究嵌入式傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）單片機技術，并將其應用于網絡通信，可以有效解決目前存在的問題[1]。嵌入式TCP/IP 單片機技術可以提高網絡通信效率，保證在進行信息傳輸時不會出現錯誤。

1 TCP/IP 單片機技術概述

在現代通信技術的發展中，網絡通信已經成為了當前最重要的技術之一。但是，在實際的網絡通信中，還存在著一些問題，例如：進行信息傳輸時，受環境因素的影響，經常會出現錯誤，導致傳輸內容出現問題；受網絡環境的影響，通信質量也受到了一定的限制[2,3]。因此，想要提高網絡通信質量，需要對目前存在的問題進行解決。嵌入式TCP/IP 單片機技術就是一種有效的解決措施。

將嵌入式TCP/IP 單片機技術應用于網絡通信，可以保證數據的傳輸不會出現錯誤，并且在實際的網絡通信中能夠與互聯網進行有效連接，從而實現信息資源共享[4,5]。在進行網絡通信時，主要是將一臺計算機作為中心節點與另外一臺計算機進行連接。如果這2 臺計算機之間存在著數據傳輸問題，就需要使用嵌入式TCP/IP 單片機技術進行解決，如圖1 所示。在進行數據傳輸時，可以連接互聯網，從而實現資源共享，并將網絡通信效率提高到一個新的高度。

圖1 TCP/IP 數據流封裝過程

2 硬件結構

網絡通信中嵌入式TCP/IP 單片機技術的硬件結構主要由輸入部分、端口、地址部分以及通信部分組成。在進行設計時，主要是將這些部分進行合理的連接，構成一個完整的硬件系統，如圖2 所示。

圖2 嵌入式TCP/IP 單片機技術硬件結構

在進行嵌入式TCP/IP 單片機技術硬件設計時，可以從以下幾個方面入手：首先，要做好系統的初始化工作，對相關參數進行設置，同時要確保能夠與各個模塊進行通信；其次，完成通信模塊的設計后，要對其進行檢查和優化，確保能夠與其他模塊實現通信，并將上位機和網絡連接起來，實現信息共享；再次，進行通信過程中，需要有效解決地址問題，當單片機內部沒有對應的地址時，可以將地址線與串行口相連，從而實現地址的轉換；最后，在設計中要合理利用TCP/IP 的協議棧，在對網絡通信中嵌入式TCP/IP 單片機技術進行硬件設計時，應該將其與TCP/IP 協議棧結合起來，只有這樣才能夠將硬件設計得更加完善[6,7]。

一般情況下，可以將TCP/IP協議棧分為3個模塊，即應用層、網絡層以及數據鏈路層。具體模塊內容如圖3 所示。

圖3 TCP/IP 協議棧模塊

這3個模塊中，每一個模塊都有不同的作用。首先，應用層能夠實現數據鏈路層和網絡層之間的連接。在網絡接口中使用的協議類型很多，可以通過TCP/IP將數據傳輸到Internet 網絡。其次，網絡層負責在硬件系統中連接并分配TCP/IP 協議棧。最后，數據鏈路層則負責將應用層和網絡層連接起來。由于在網絡通信中采用的是TCP/IP 協議棧，也可以將其稱為以太網通信協議棧。

3 軟件設計

在進行嵌入式TCP/IP 單片機技術的軟件設計時，要根據具體情況選擇合理的編程語言，確保其能夠高效、快捷地進行程序設計。其中，對于程序語言的選擇主要是以C 語言為主，結合其他的編程語言對其進行優化、組合，最終實現軟件系統的編制。其中，C 語言具有易理解性、可讀性強等優點，可以將其作為嵌入式TCP/IP 單片機技術的編程語言。

在進行軟件設計時，主要是以VB 語言為編程語言進行編程。VB 是一種基于面向對象技術的高級程序設計語言在編程時需要根據實際情況選擇合適的編程語言，只有這樣才能提高軟件系統的質量和效率。其中，對于VB 程序設計模式主要有2 種，分別是模板模式和對象模式。在進行軟件開發時，要根據實際情況選擇合適的編程方式[8-10]。

在對嵌入式TCP/IP 單片機技術進行程序設計時，主要是以C++為開發工具進行編程。其中，C++作為一種通用編程語言，其應用非常廣泛，有著強大的功能。

4 網絡通信中嵌入式TCP/IP 單片機技術應用

應用程序的設計是嵌入式TCP/IP 單片機技術研究的關鍵。在應用程序中，通常會對數據信息進行處理和傳輸。將數據信息發送到用戶端時，需要經過2次傳輸，一次是將數據信息發送給服務器，另一次是將數據信息發送到用戶端[11]。在發送數據過程中存在著一定的問題，特別是在發送長數據時，如果沒有做好相關處理就進行傳輸，那么會造成系統資源浪費。嵌入式TCP/IP單片機技術在進行數據信息發送時，在網絡中會有一定的延時。在實際的通信過程中，由于存在一定的誤碼和中斷現象，會使數據信息傳輸失敗。可以將嵌入式TCP/IP 單片機技術應用于數據信息傳輸過程，并且在進行數據信息發送時，可以采用短消息方式進行傳遞，從而有效避免誤碼和中斷現象出現。

4.1 建立協議棧

基于嵌入式TCP/IP 單片機技術應用程序，需要建立協議棧，從而實現網絡通信功能。網絡協議棧中主要包括3個層次，即應用層、傳輸層和鏈路層。其中，應用層是主要的層次之一。在進行嵌入式TCP/IP 單片機技術應用程序的設計時，可以先將上層進行劃分，然后根據具體情況選擇適合的應用程序。在具體設計時需要根據嵌入式 TCP/IP 單片機技術的應用情況進行分析，制定出相應的解決方案，如表1 所示。

表1 嵌入式TCP/IP 網絡協議棧設計

4.2 數據采集和傳輸

嵌入式TCP/IP 單片機技術的應用程序在網絡通信中應用時，需要采集數據信息，通常是從終端設備通過網絡發送到服務器。在進行傳輸時，通常使用串行通信方式，通過通信模塊將數據信息封裝成TCP/IP 協議包，然后通過網絡傳輸至服務器。

一般的應用程序中，如果需要對網絡中的數據進行處理和傳輸，則需要將所有的協議棧都包含在內，再進行相關的處理和傳輸。通過對嵌入式TCP/IP 單片機技術應用程序的研究可以發現，在實際工作中，通常采用網絡傳輸方式[12]。

4.3 遠程數據

應用嵌入式TCP/IP 單片機技術時，需要對網絡中的數據進行處理，然后將數據發送到用戶端。在對遠程數據進行處理時，需要先建立起通信模塊，然后將其發送到服務器。在完成發送后，還需要對數據的真實性進行檢查。在傳輸數據時，通常采用TCP 傳輸方式[13,14]。但在實際應用中，如果采用TCP 傳輸，在進行信息傳輸時會出現一定的延時，影響系統性能。因此，通過對嵌入式TCP/IP 單片機技術的研究可以發現，將其應用于實際工作中不僅可行而且有效。

4.4 工作原理

TCP/IP 的層次特性決定每個協議層都有自己的數據格式，如IP 數據包、TCP 數據包和用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）數據包等，這些數據信息在網絡傳輸中需要不斷地打包與解包。在嵌入式TCP/IP單片機技術中，數據包放在確定的存儲區，協議棧層次傳遞數據，在數據最終被用戶取走或發送出去時，實現數據的轉移。將嵌入式TCP/IP 連入網前，需要將芯片復位，并通過串口對芯片進行操作，使其可以正常通信。在進行數據傳輸時，嵌入式TCP/IP單片機技術可以對數據進行提取和傳輸，從而有效完成數據的傳輸任務，同時在進行數據傳輸過程中，可以對其進行打包和解包。

4.5 通信協議測試

為確保網絡通信系統中的嵌入式TCP/IP 單片機技術能夠正常運行，需要對嵌入式TCP/IP 單片機技術的通信協議進行測試。在應用程序中調用函數“sendtuleUser”，然后在函數“connection”中設置字符串，將字符串的長度設置為指定的數值，如果字符串的長度超過了指定的數值，那么會直接進入數據處理模塊。

5 結 論

網絡通信中，嵌入式TCP/IP 單片機技術是一項比較成熟的技術，具有重要的作用。該技術可以提高數據傳輸質量，降低數據傳輸錯誤率，給人們的日常生活帶來了極大便利。因此，要不斷加強對該技術的研究和開發，使其能夠應用于更多領域。