网络通信中嵌入式TCP/IP 单片机技术研究

陈庆旭

（南京国电南自电网自动化有限公司，江苏 南京 211106）

0 引 言

随着现代通信技术的发展，网络通信已经成为了人们日常生活中必不可少的一部分，为人们的工作和生活带来了极大的便利。但是，当前的网络通信技术还不够成熟，存在着一定的缺陷。通过研究嵌入式传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）单片机技术，并将其应用于网络通信，可以有效解决目前存在的问题[1]。嵌入式TCP/IP 单片机技术可以提高网络通信效率，保证在进行信息传输时不会出现错误。

1 TCP/IP 单片机技术概述

在现代通信技术的发展中，网络通信已经成为了当前最重要的技术之一。但是，在实际的网络通信中，还存在着一些问题，例如：进行信息传输时，受环境因素的影响，经常会出现错误，导致传输内容出现问题；受网络环境的影响，通信质量也受到了一定的限制[2,3]。因此，想要提高网络通信质量，需要对目前存在的问题进行解决。嵌入式TCP/IP 单片机技术就是一种有效的解决措施。

将嵌入式TCP/IP 单片机技术应用于网络通信，可以保证数据的传输不会出现错误，并且在实际的网络通信中能够与互联网进行有效连接，从而实现信息资源共享[4,5]。在进行网络通信时，主要是将一台计算机作为中心节点与另外一台计算机进行连接。如果这2 台计算机之间存在着数据传输问题，就需要使用嵌入式TCP/IP 单片机技术进行解决，如图1 所示。在进行数据传输时，可以连接互联网，从而实现资源共享，并将网络通信效率提高到一个新的高度。

图1 TCP/IP 数据流封装过程

2 硬件结构

网络通信中嵌入式TCP/IP 单片机技术的硬件结构主要由输入部分、端口、地址部分以及通信部分组成。在进行设计时，主要是将这些部分进行合理的连接，构成一个完整的硬件系统，如图2 所示。

图2 嵌入式TCP/IP 单片机技术硬件结构

在进行嵌入式TCP/IP 单片机技术硬件设计时，可以从以下几个方面入手：首先，要做好系统的初始化工作，对相关参数进行设置，同时要确保能够与各个模块进行通信；其次，完成通信模块的设计后，要对其进行检查和优化，确保能够与其他模块实现通信，并将上位机和网络连接起来，实现信息共享；再次，进行通信过程中，需要有效解决地址问题，当单片机内部没有对应的地址时，可以将地址线与串行口相连，从而实现地址的转换；最后，在设计中要合理利用TCP/IP 的协议栈，在对网络通信中嵌入式TCP/IP 单片机技术进行硬件设计时，应该将其与TCP/IP 协议栈结合起来，只有这样才能够将硬件设计得更加完善[6,7]。

一般情况下，可以将TCP/IP协议栈分为3个模块，即应用层、网络层以及数据链路层。具体模块内容如图3 所示。

图3 TCP/IP 协议栈模块

这3个模块中，每一个模块都有不同的作用。首先，应用层能够实现数据链路层和网络层之间的连接。在网络接口中使用的协议类型很多，可以通过TCP/IP将数据传输到Internet 网络。其次，网络层负责在硬件系统中连接并分配TCP/IP 协议栈。最后，数据链路层则负责将应用层和网络层连接起来。由于在网络通信中采用的是TCP/IP 协议栈，也可以将其称为以太网通信协议栈。

3 软件设计

在进行嵌入式TCP/IP 单片机技术的软件设计时，要根据具体情况选择合理的编程语言，确保其能够高效、快捷地进行程序设计。其中，对于程序语言的选择主要是以C 语言为主，结合其他的编程语言对其进行优化、组合，最终实现软件系统的编制。其中，C 语言具有易理解性、可读性强等优点，可以将其作为嵌入式TCP/IP 单片机技术的编程语言。

在进行软件设计时，主要是以VB 语言为编程语言进行编程。VB 是一种基于面向对象技术的高级程序设计语言在编程时需要根据实际情况选择合适的编程语言，只有这样才能提高软件系统的质量和效率。其中，对于VB 程序设计模式主要有2 种，分别是模板模式和对象模式。在进行软件开发时，要根据实际情况选择合适的编程方式[8-10]。

在对嵌入式TCP/IP 单片机技术进行程序设计时，主要是以C++为开发工具进行编程。其中，C++作为一种通用编程语言，其应用非常广泛，有着强大的功能。

4 网络通信中嵌入式TCP/IP 单片机技术应用

应用程序的设计是嵌入式TCP/IP 单片机技术研究的关键。在应用程序中，通常会对数据信息进行处理和传输。将数据信息发送到用户端时，需要经过2次传输，一次是将数据信息发送给服务器，另一次是将数据信息发送到用户端[11]。在发送数据过程中存在着一定的问题，特别是在发送长数据时，如果没有做好相关处理就进行传输，那么会造成系统资源浪费。嵌入式TCP/IP单片机技术在进行数据信息发送时，在网络中会有一定的延时。在实际的通信过程中，由于存在一定的误码和中断现象，会使数据信息传输失败。可以将嵌入式TCP/IP 单片机技术应用于数据信息传输过程，并且在进行数据信息发送时，可以采用短消息方式进行传递，从而有效避免误码和中断现象出现。

4.1 建立协议栈

基于嵌入式TCP/IP 单片机技术应用程序，需要建立协议栈，从而实现网络通信功能。网络协议栈中主要包括3个层次，即应用层、传输层和链路层。其中，应用层是主要的层次之一。在进行嵌入式TCP/IP 单片机技术应用程序的设计时，可以先将上层进行划分，然后根据具体情况选择适合的应用程序。在具体设计时需要根据嵌入式 TCP/IP 单片机技术的应用情况进行分析，制定出相应的解决方案，如表1 所示。

表1 嵌入式TCP/IP 网络协议栈设计

4.2 数据采集和传输

嵌入式TCP/IP 单片机技术的应用程序在网络通信中应用时，需要采集数据信息，通常是从终端设备通过网络发送到服务器。在进行传输时，通常使用串行通信方式，通过通信模块将数据信息封装成TCP/IP 协议包，然后通过网络传输至服务器。

一般的应用程序中，如果需要对网络中的数据进行处理和传输，则需要将所有的协议栈都包含在内，再进行相关的处理和传输。通过对嵌入式TCP/IP 单片机技术应用程序的研究可以发现，在实际工作中，通常采用网络传输方式[12]。

4.3 远程数据

应用嵌入式TCP/IP 单片机技术时，需要对网络中的数据进行处理，然后将数据发送到用户端。在对远程数据进行处理时，需要先建立起通信模块，然后将其发送到服务器。在完成发送后，还需要对数据的真实性进行检查。在传输数据时，通常采用TCP 传输方式[13,14]。但在实际应用中，如果采用TCP 传输，在进行信息传输时会出现一定的延时，影响系统性能。因此，通过对嵌入式TCP/IP 单片机技术的研究可以发现，将其应用于实际工作中不仅可行而且有效。

4.4 工作原理

TCP/IP 的层次特性决定每个协议层都有自己的数据格式，如IP 数据包、TCP 数据包和用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）数据包等，这些数据信息在网络传输中需要不断地打包与解包。在嵌入式TCP/IP单片机技术中，数据包放在确定的存储区，协议栈层次传递数据，在数据最终被用户取走或发送出去时，实现数据的转移。将嵌入式TCP/IP 连入网前，需要将芯片复位，并通过串口对芯片进行操作，使其可以正常通信。在进行数据传输时，嵌入式TCP/IP单片机技术可以对数据进行提取和传输，从而有效完成数据的传输任务，同时在进行数据传输过程中，可以对其进行打包和解包。

4.5 通信协议测试

为确保网络通信系统中的嵌入式TCP/IP 单片机技术能够正常运行，需要对嵌入式TCP/IP 单片机技术的通信协议进行测试。在应用程序中调用函数“sendtuleUser”，然后在函数“connection”中设置字符串，将字符串的长度设置为指定的数值，如果字符串的长度超过了指定的数值，那么会直接进入数据处理模块。

5 结 论

网络通信中，嵌入式TCP/IP 单片机技术是一项比较成熟的技术，具有重要的作用。该技术可以提高数据传输质量，降低数据传输错误率，给人们的日常生活带来了极大便利。因此，要不断加强对该技术的研究和开发，使其能够应用于更多领域。