嵌入式TCP通信速度研究方案探究

本文通過對TCP協(xié)議具體低層實(shí)現(xiàn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)對時(shí)間消耗的分析，找出了提高系統(tǒng)效率，提高通信速度的方法。實(shí)踐證明這樣的設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的效率，提高數(shù)據(jù)傳輸率，降低了網(wǎng)絡(luò)上傳送冗余分組的數(shù)量，明顯改善了系統(tǒng)性能。特別適用于高速、低數(shù)據(jù)量的采集或測控系統(tǒng)。
　　0引言
　　長久以來，串行RS 232和RS 485通信技術(shù)一直是自動化儀器、儀表中常用的通信標(biāo)準(zhǔn)。但近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得工業(yè)自動化系統(tǒng)和儀器、儀表領(lǐng)域加速了向智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的進(jìn)程。出現(xiàn)了電力線通信技術(shù)、無線紅外和藍(lán)牙通信技術(shù)、基于USB接口的通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及嵌入式Internet接入技術(shù)等新技術(shù)。其中基于嵌入式Internet接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化儀器是近年提出的全新概念，它是儀器檢測技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微電子技術(shù)深度融合的產(chǎn)物口。檢測儀器接入Internet，成為執(zhí)行測量和控制任務(wù)的儀器Web站點(diǎn)，這種網(wǎng)絡(luò)化儀器可以像普通儀器那樣按設(shè)定程序?qū)ο嚓P(guān)物理量進(jìn)行自動測控、存儲和顯示等，同時(shí)允許已授權(quán)的用戶通過Internet遠(yuǎn)程對儀器進(jìn)行操作、監(jiān)控、故障診斷等。在具體的應(yīng)用中，出現(xiàn)了不少問題，其中之一就是傳輸率和系統(tǒng)利用率不高，本文正是在這種背景下產(chǎn)生的。
　　1 TCP通信硬件接口
　　典型的8位機(jī)采用TCP協(xié)議接入Internet的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口如圖1所示。RTL8019AS以其優(yōu)異的性價(jià)比，成為目前單片機(jī)以太網(wǎng)系統(tǒng)的首選以太網(wǎng)接口芯片。該芯片符合IEEE802.3 10Base2和10BaseT標(biāo)準(zhǔn)，具有自動奇偶檢測和糾錯功能，支持全雙工工作模式。如圖1中，RTL8019AS工作于8位跳線模式，數(shù)據(jù)線SD0～SD7與8位單片機(jī)（51系列）的數(shù)據(jù)線（AD0～AD7）相連，地址線A0～A4與8位單片機(jī)的地址線（A0～A4）相連。讀寫信號經(jīng)74S04產(chǎn)生。RTL8019AS的基地址（配合引腳34（AEN））為0x8000H，對應(yīng)RTL8019AS內(nèi)部地址0x300H.RTL8019AS通過網(wǎng)絡(luò)變壓器HR901170A和RJ45接口與以太網(wǎng)相連接入internet，隔離網(wǎng)絡(luò)上的干擾信號。
　　
　　圖1 RTL8019AS與8位單片機(jī)的接口圖
　　2單片機(jī)系統(tǒng)中TCP通信問題分析
　　TCP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議簇的核心，也是最復(fù)雜的協(xié)議。但由于其獨(dú)特的自動檢錯和重發(fā)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠通信，但也正是由于其復(fù)雜性，在8位機(jī)上實(shí)現(xiàn)TCP協(xié)議通信耗時(shí)就比較多，傳輸速率低下。TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信過程，以客戶機(jī)為例進(jìn)行分析。圖2是典型的采集系統(tǒng)TCP數(shù)據(jù)通信的時(shí)間序列圖。在建立連接后，由客戶機(jī)向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。假設(shè)此時(shí)客戶機(jī)的啟始序列號為100，每次固定發(fā)送100字的樣數(shù)據(jù)。服務(wù)器負(fù)責(zé)接受該數(shù)據(jù)，但不下發(fā)任何送數(shù)據(jù)，只確認(rèn)所接收的數(shù)據(jù)，其啟始序列號為50.對于單片機(jī)系統(tǒng)，由于其處理速度和內(nèi)存資源的局限，通常的處理流程如圖3.
　　
　　圖2 TCL數(shù)據(jù)通信的時(shí)間序列