CN101616088B - 一种虚拟网口的实现方法及实现虚拟网口的嵌入式设备 - Google Patents

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Abstract

一种实现虚拟网口的嵌入式设备，包括通用接口、判断模块、封包/拆包模块和发送/接收模块；而虚拟网口的实现方法，适用于没有配备网口的嵌入式设备，包括：嵌入式设备将待发送的IP数据包封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧通过通用接口发送出去；当嵌入式设备从通用接口接收到数据帧后，若判断出数据帧中携带有虚拟网口标识，则将从数据帧中解析出的IP数据包投递给应用层。采用本发明，与现有技术相比，由于采用了虚拟网口的技术，可以为设备的小型化、低成本、低功耗提供很大的优化空间，在资源显得尤为紧张的嵌入式系统中，这点尤为重要。

Description

一种虚拟网口的实现方法及实现虚拟网口的嵌入式设备
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种虚拟网口的实现方法及实现虚拟网口的嵌入式设备。
背景技术
出于实际应用的考虑，在很多嵌入式系统中配置了Ethernet(以太网络)/UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送装置)/HDLC(High-Level Data Link Control，高级数据链路控制)/I2C(InterIntegrated Circuit，内部集成电路)/SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口)等通用接口中的一种或几种，而在一些应用环境中出于成本和小型化的考虑未配置网口。
随着IT技术的不断成熟以及竞争的日益白热化，对通信设备的低成本、小型化、低功耗等方面提出了更高的要求。这就需要在产品整体设计时要考虑上下业务接口的简化，舍弃一些不必要的硬件。比如对于普通的单板只预留串口进行调试而舍掉网口就可以满足需要，这样一来可以节约硬件成本，二来可以减少布线、缩小印制板尺寸。但是相比串口，网口可以提供更为丰富的应用层服务，比如FTP(File Transfer Protocol，文件传输协议)/HTTP(Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议)/TELNET(TCP/IP终端仿真协议)/NFS(Net File System，网络文件系统)等，则不配置网口就无法使用这些应用层服务。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种虚拟网口的实现方法及实现虚拟网口的嵌入式设备，以解决某些嵌入式设备出于成本、布局布线等考虑没有配置物理网口但又想使用网络服务的问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种虚拟网口的实现方法，适用于没有配备网口的嵌入式设备，包括：
所述嵌入式设备将待发送的IP数据包封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧通过所述通用接口发送出去；
当所述嵌入式设备从所述通用接口接收到数据帧后，若判断出所述数据帧中携带有所述虚拟网口标识，则将从所述数据帧中解析出的IP数据包投递给应用层；
所述嵌入式设备将所述待发送的IP数据包封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧是指：
所述嵌入式设备为所述IP数据包加上与所述通用接口类型相同的帧头，且在帧头中携带所述虚拟网口标识，绑定发送地址/接收地址信息；
所述嵌入式设备将所述封装好的数据帧通过所述通用接口发送出去通过以下方式实现：
初始在所述嵌入式设备上注册一网口，并将该网口的发送回调函数设置为利用所述通用接口发送IP数据包；
所述嵌入式设备在判断出待发送的数据包为IP数据包后，将所述IP数据封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将所述封装好的数据帧放入所述通用接口的发送缓冲区中。
进一步地，上述方法还可包括：
初始将所述网口的接收回调函数设置为利用所述通用接口接收IP数据包。
为解决上述问题，本发明还提供了一种实现虚拟网口的嵌入式设备，包括通用接口、判断模块、封包/拆包模块和发送/接收模块；
所述判断模块用于对待发送数据包进行判断，如判断出所述待发送数据包为IP数据包，则将该数据包发送给封包/拆包模块；还用于对接收到的所述发送/接收模块向其发送的数据帧进行判断，如判断出所述数据帧中携带有虚拟网口标识，则将该数据帧发送给所述封包/拆包模块；
所述封包/拆包模块用于将从所述判断模块处接收到的IP数据包封装成所述通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧发送给所述发送/接收模块；还用于对从所述判断模块处接收到的数据帧进行拆包，将解析出的IP数据包投递到应用层；
所述发送/接收模块用于将从所述封包/拆包模块处接收到的所述数据帧通过所述通用接口发送出去；还用于在从所述通用接口接收到数据帧后，发送给所述判断模块；
所述封包/拆包模块用于将从所述判断模块处接收到的IP数据包封装成所述通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧是指：
所述封包/拆包模块用于为所述IP数据包加上与所述通用接口类型相同的帧头，且在帧头中添加所述虚拟网口标识；
所述发送/接收模块预设有一发送回调函数，该函数被设置为利用所述通用接口发送IP数据包；
所述发送/接收模块还预设有一接收回调函数，该函数被设置为利用所述通用接口接收IP数据包。
采用本发明，与现有技术相比，由于采用了虚拟网口的技术，可以为设备的小型化、低成本、低功耗提供很大的优化空间，在资源显得尤为紧张的嵌入式系统中，这点尤为重要。本发明的优势在于不需要添加任何硬件设备，不修改当前的硬件布局，通过重新部署NI底层收发函数，达到系统的平滑升级。本发明所指的虚拟网口是指依然依靠当前已配置的物理介质，在软件层面上虚拟出一个网口，该网口屏蔽了底层消息收发的细节，对于应用程序来讲可以不用做任何修改，甚至在应用程序角度来讲，他们无需知道底层的物理介质是什么，所以依然可以沿用当前的FTP/HTTP/TELNET/NFS等应用，通过最小的改动达到最大的系统适应性。
附图说明
图1为本发明实施例中两个嵌入式设备的物理连线结构图；
图2为本发明实施例中经过封装后的IP数据包的结构图；
图3为本发明实施例中实现虚拟网口的嵌入式设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
在GUI(Graphical User Interface，图形用户界面)极度匮乏的嵌入式领域，FTP/HTTP/TELNET起着人机交互的重要作用，尤其是TELNET服务，对于网络设备的远程管理都可以通过该服务来实现。因此，在对通信速率要求不高的情况下(如TELNET服务)或者紧急需要使用网络应用的情况下，可以通过下述方法来实现虚拟网口的目的。
如图1所示，图中的③用于替换NI底层的收发处理部分，底层驱动部分将本该由网口发送的IP数据包重定向到由通用端口UART/HDLC/I2C/SPI来发送；图中的④为背板总线或专用的物理连接线，该通道作为虚拟网口的物理传输介质。对于一些常用的网络应用程序，诸如FTP/HTTP/TELNET/NFS等，都是基于标准TCP/IP协议进行开发的。
本发明的基本构思是：在没有配备网口的嵌入式设备上，将待发送的IP数据包封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧通过该嵌入式设备上的通用接口发送出去；
当该嵌入式设备从其上通用接口接收到数据帧后，若判断出该数据帧中携带有虚拟网口标识，则将从该数据帧中解析出的IP数据包投递给应用层。
即通过在发送端修改底层NI的驱动部分，使本来应该发送到网口上的数据包重定向到UART/HDLC/I2C/SPI总线上。其中，虚拟网口标识用于表示该数据包是通过虚拟网口发出的，通过该标识，接收端设备可以获知该数据帧虽然是通过通用接口发出的，但实际上该数据帧中携带的是IP数据包。
真实网口的工作情况是：在驱动层消息队列收到消息后，发送回调函数会将网络数据包写入网口的发送缓冲区，将数据包驱动到网络上；而接收回调函数会在网口的接收缓冲区收取消息并投递给应用层的消息队列。由此可以在底层网口的驱动部分进行修改，注册一个虚拟网口NI，每个NI都会对应着一组发送、接收的回调函数，由于回调函数可以由用户自定义，因此可以在发送回调函数中将消息写入该嵌入式设备上通用接口的发送缓冲区；而接收回调函数可以修改成从上述通用接口的接收缓冲区中获取消息并传递给应用层消息队列，这样在驱动层就完成了消息在物理通道间的重定向。有了这样一种虚拟网口，就可以使一台只具备通用接口的嵌入式设备同样使用网络服务，而且它的最大优势在于应用层软件基本不用做任何修改，因为应用程序根本不关心底层socket是从什么介质上将数据包投递出去的，也不关心操作系统是从哪里收取的数据包，它们只需要调用socket系统调用，在不增加成本的前提下大大提升嵌入式系统的性能。
下面以在linux操作系统下注册一个虚拟网口为例对上述修改底层网口的方法进行说明，包括：
第一步：向驱动层注册虚拟网口；
第二步：修改该注册的虚拟网口的发送回调函数，改网口发送为UART/HDLC/I2C/SPI发送，即在发送回调函数中把本该写入网口发送缓冲区的报文写到UART/HDLC/I2C/SPI发送缓冲区；
第三步：修改该注册的虚拟网口的接收回调函数，改网口接收为UART/HDLC/I2C/SPI接收，即在接收回调函数中把从网口的接收缓冲区取报文改为从UART/HDLC/I2C/SPI的接收缓冲区获取报文并投递给应用层；
第四步：在程序中加入UART/HDLC/I2C/SPI打开、初始化操作，比如超时时间、波特率、流控制、校验位、停止位等属性；(该步骤为可选步骤)
第五步：重新编译内核，使修改生效
为了适配IP数据包在UART/HDLC/I2C/SPI等总线上的传输，需要在IP数据包之外再封装一层UART/HDLC/I2C/SPI帧，即如图2所示，需要在IP数据包前加上与通用端口对应协议的帧头(且帧头中包含虚拟网口标识)，绑定发送地址/接收地址等信息，用以保证报文在网络中的正确传输；在接收端再把这段IP数据包剥离出来投递给应用层。由于收端和发端的应用层软件只能看到socket系统调用这一层，底层无关性可以使我们修改底层帧格式来实现虚拟网口，只要再交给应用层之前将其还原为标准的IP层数据即可。
通过这种方式实现的虚拟网口，可以很好的支持普通的网络应用服务，尤其是对通信速率要求不高的TELNET服务，因其只是简单的命令行交互，这些通用接口速率完全可以达到应用要求。这种方式下使用telnet服务和普通网口相比在稳定性和回显速度上基本相当，但可以大大的节约高昂的硬件成本和减小设备体积，在监控系统里非常适用。
而本发明提供的实现虚拟网口的嵌入式设备，如图3所示，包括通用接口、判断模块、封包/拆包模块和发送/接收模块；
判断模块用于对待发送数据包进行判断，如判断出待发送数据包为IP数据包，则将该数据包发送给封包/拆包模块；还用于对接收到的发送/接收模块向其发送的数据帧进行判断，如判断出数据帧中携带有虚拟网口标识，则将该数据帧发送给封包拆包模块；
封包/拆包模块用于将从判断模块处接收到的IP数据包封装成通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧发送给发送/接收模块；还用于对从判断模块处接收到的数据帧进行拆包，将解析出的IP数据包投递到应用层；
发送/接收模块用于将从封包/拆包模块处接收到的数据帧通过通用接口发送出去；还用于在从通用接口接收到数据帧后，发送给判断模块。
其中，封包/拆包模块用于将从判断模块处接收到的IP数据包封装成通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧是指：封包/拆包模块用于为IP数据包加上与通用接口类型相同的帧头，且在帧头中添加虚拟网口标识。发送/接收模块预设有一发送回调函数，该函数被设置为利用通用接口发送IP数据包。发送/接收模块还预设有一接收回调函数，该函数被设置为利用通用接口接收IP数据包。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种虚拟网口的实现方法，适用于没有配备网口的嵌入式设备，其特征在于，
所述嵌入式设备将待发送的IP数据包封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧通过所述通用接口发送出去；
当所述嵌入式设备从所述通用接口接收到数据帧后，若判断出所述数据帧中携带有所述虚拟网口标识，则将从所述数据帧中解析出的IP数据包投递给应用层；
其中，所述嵌入式设备将所述待发送的IP数据包封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧是指：所述嵌入式设备为所述IP数据包加上与所述通用接口类型相同的帧头，且在帧头中携带所述虚拟网口标识，绑定发送地址/接收地址信息；
所述嵌入式设备将所述封装好的数据帧通过所述通用接口发送出去通过以下方式实现：
初始在所述嵌入式设备上注册一网口，并将该网口的发送回调函数设置为利用所述通用接口发送IP数据包；
所述嵌入式设备在判断出待发送的数据包为IP数据包后，将所述IP数据封装成其上通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将所述封装好的数据帧放入所述通用接口的发送缓冲区中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
初始将所述网口的接收回调函数设置为利用所述通用接口接收IP数据包。
3.一种实现虚拟网口的嵌入式设备，其特征在于，包括通用接口、判断模块、封包/拆包模块和发送/接收模块；
所述判断模块用于对待发送数据包进行判断，如判断出所述待发送数据包为IP数据包，则将该数据包发送给封包/拆包模块；还用于对接收到的所述发送/接收模块向其发送的数据帧进行判断，如判断出所述数据帧中携带有虚拟网口标识，则将该数据帧发送给所述封包/拆包模块；
所述封包/拆包模块用于将从所述判断模块处接收到的IP数据包封装成所述通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧后，将该数据帧发送给所述发送/接收模块；还用于对从所述判断模块处接收到的数据帧进行拆包，将解析出的IP数据包投递到应用层；
所述发送/接收模块用于将从所述封包/拆包模块处接收到的所述数据帧通过所述通用接口发送出去；还用于在从所述通用接口接收到数据帧后，发送给所述判断模块；
其中，所述封包/拆包模块用于将从所述判断模块处接收到的IP数据包封装成所述通用接口可以识别的且带有虚拟网口标识的数据帧是指：所述封包/拆包模块用于为所述IP数据包加上与所述通用接口类型相同的帧头，且在帧头中添加所述虚拟网口标识；
所述发送/接收模块预设有一发送回调函数，该函数被设置为利用所述通用接口发送IP数据包。
4.如权利要求3所述的嵌入式设备，其特征在于，
所述发送/接收模块还预设有一接收回调函数，该函数被设置为利用所述通用接口接收IP数据包。
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