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基于LWIP的串口与以太网协议转换器的设计文献综述

 2020-04-10 02:04  

课题背景及现状:在传统的数据传输及安全防护领域,信息中心数据监控领域,工业自动化控制领域,有成千上万的感应器,PLC,控制器,监测器,读卡器等RS-232/485/422串口设备,都是通过RS-232串口通信或者RS-485/42总线通信与PC进行数据通信,数据交换和数据管理的。随着社会需求的发展,从而要求更大的系统,更加稳定的系统,更大的数据流量的系统。使得现有的RS-232串口通信,RS-485/422总线通信不能满足社会的需求。

随着TCP/IP网络的快速普及,从而使得TCP/IP网络得到了极大的丰富,TCP/IP网络已经延伸到社会的各个角落。与RS-32串口通信,RS-485/422总线通信相比较,TCP/IP网络具有通信距离远,只要联接互联网,通信距离可以无限延长。而RS-232串口通信的距离就只有15M,而RS-485/422通信距离就只有1200M(可以通过485中继器延长通信距离,但是最多延长6000M,而且还要视外部环境而定)。TCP/IP网络通信质量稳定,由于TCP/IP网络是基于复杂环境设计的,具有自动纠错功能,所以通信质量非常稳定,不受外部环境干扰。而RS-232串口通信,RS-485/422总线通信则抗干扰能力比较差,容易出错。随着TCP/IP网络的发展,其通信流量不断的提高,现在TCP/IP网络100M已经成为了标准配置,而且1000M数据接口也正在普及当中。而RS-232串口通信,RS-485/422总线通信的速率一般最大只可以达到100K左右,而且随着速率的提高,其稳定性,通信距离都会成反比的相应发生变化。因此,研究开发串口转以太网的转换器很有必要。

关键技术:串口转以太网并不是简单传输媒介的变化,而是串口到TCP/IP的协议转化。其中关系到的关键技术包括:TCP/IP的工作模式问题、串口分帧技术、9位技术。

关键技术一:TCP/IP的工作模式

TCP/IP的工作模式可以分为:TCP服务端模式(TCP Server)、TCP客户端模式(TCP Client)、UDP模式。

 UDP模式:UDP模式是基于非连接的模式,只要有数据发送即可发送,不需要事先连接。所以这种模式更加地接近于串口的通信方式。但是UDP协议无法保证数据不丢失,容易产生误码。

 TCP模式:TCP模式采用数据可靠传输机制,所以可以保证数据基本不误码、不丢失。在TCP通信中,必然是由通信的两端构成,其中一方是TCP客户端,一方是TCP服务端。TCP客户端和TCP服务端的概念可以用电话来类比。TCP客户端是打电话的人,而TCP服务端是接电话的人。

TCP与UDP的选择:尽量选择TCP模式,特别是经过internet的大数据量传输,udp容易误码和丢失。选择TCP客户端还是TCP服务器端:请遵循以下原则:

 原则一:发起数据发送的一方应该选择为客户端。例如一个数据采集系统,采集终端应该为客户端。这是因为当TCP连接断开的情况下,客户端能够在需要发送数据的时候主动建立连接。而TCP服务端,只能够被动地接受连接,使得数据无法发送出去。

 原则二:IP或者域名固定的一方为服务器端。例如在有多个数据采集终端,而只有一个中心服务器的情况下,中心服务器应该为服务端。这是因为,中心服务器的IP或域名一般是固定的,而采集终端的IP是不断增加和变化的。中心服务器难以记住所有的采集终端的IP,所以也难以发起连接;而采集终端寻找中央服务器就比较容易。

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