CN104009957B - 一种基于串口的以太网通讯方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于串口的以太网通讯方法及装置，该方法包括：发送端将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；接收端通过串行线路接收SLIP数据报并基于其中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理。在发送端和接收端设备的串行线路上运行改进的SLIP协议，以实现运行TCP/IP协议。在串行线路中，数据通过URAT接口收发并在传输时通过RS485差分串行总线承载，抗干扰能力强的优点，同时，本发明通过修改SLIP协议，使其具备链路层数据校验功能。

Description

一种基于串口的以太网通讯方法及装置

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种基于串口的以太网通讯的方法及装置。

背景技术

当前大多数的嵌入式MCU（Micro Controller Unit，微控制器）通讯接口采用UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/发送）接口（通常称为串口），若其网络层协议使用PPP（Point to Point Protocol，点对点协议），则必须要实现链路控制协议、网络控制协议和认证协议，对嵌入式微控制器要求较高，不利于降低成本；而当MCU的网络层协议由IP协议层及其下面的SLIP（Serial Line Internet Protocol，串行线路接口协议）层来实现时，SLIP协议最初设计时是使用在RS232（RecommendedStandard，标识号为232的推荐标准）串行链路上，RS232使用单端电平传输数据，存在抗干扰能力差，传输距离受限的缺点；

为了实现长距离的可靠传输，可以使用RS485（Recommended Standard，标识号为485的推荐标准）差分串行总线承载数据。但是，目前采用RS485差分串行总线承载数据的方式存在有如下缺点：

1）数据报文承载的信息是固定的，没有任何的扩展性，管理内容的任何变动，都将带来协议的重新定义，软件上从驱动到上层应用都要重新开发；

2）嵌入式微控制器的各协议层由各个厂家自定义，不具备通用性。

另外，SLIP协议层无校验，如果SLIP线路传输的报文发生错误，只能通过上层协议来发现，例如IP（Internet Protocol，互联网协议）数据报的首部校验，TCP（TransmissionControl Protocol，传输控制协议）数据报的首部和数据校验等，效率很低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于串口的以太网通讯方法及装置，提高通过处理器串口进行以太网通讯时传输的可靠性。

本发明采用的技术方案是，所述基于串口的以太网通讯方法，包括：

发送端将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；

接收端通过串行线路接收SLIP数据报并基于其中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理。

进一步的，发送端将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报，具体包括：

在发送端的第一IP协议处理层与第一SLIP协议处理层之间增加一个第一协议接口；

第一协议接口针对IP数据报计算校验数据，并将所述校验数据与IP数据报一同封装成类IP数据报；

第一SLIP协议处理层将类IP数据报封装成SLIP数据报。

进一步的，通过串行线路发送和接收SLIP数据报，具体包括：

SLIP数据报通过URAT接口收发并在传输时通过RS485差分串行总线承载。

进一步的，接收端基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理，具体包括：

在接收端的第二IP协议处理层与第二SLIP协议处理层之间增加一个第二协议接口；

第二SLIP协议处理层从SLIP数据报中提取出类IP数据报，通过第二协议接口从所述类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据，并基于校验数据对IP数据报进行校验，若验证通过，则由第二IP协议处理层对IP数据报进行解析处理，否则丢弃IP数据报。

进一步的，接收端基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，具体包括：

接收端将SLIP数据报中的IP地址与本地IP地址进行比对，若一致，则基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，否则丢弃SLIP数据报。

本发明还提供一种基于串口的以太网通讯装置，包括：

发送端模块，用于将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；

接收端模块，用于通过串行线路接收SLIP数据报并基于其中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理。

进一步的，发送端模块，具体包括：

第一IP协议处理层，用于生成IP数据报；

第一协议接口，位于第一IP协议处理层与第一SLIP协议处理层之间，用于针对IP数据报计算校验数据，并将所述校验数据与IP数据报一同封装成类IP数据报；

第一SLIP协议处理层，用于将类IP数据报封装成SLIP数据报。

进一步的，所述串行线路，具体包括：与URAT接口连接的RS485差分串行总线。

进一步的，接收端模块，具体包括：

第二SLIP协议处理层，用于从SLIP数据报中提取出类IP数据报；

第二协议接口，位于第二IP协议处理层与第二SLIP协议处理层之间，用于从所述类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据，并基于校验数据对提取出的IP数据报进行校验，若验证通过，则调用IP协议处理层，否则丢弃IP数据报；

第二IP协议处理层，用于对第二协议接口提取出的IP数据报进行解析处理。

进一步的，接收端模块，还用于：

将SLIP数据报中的IP地址与本地IP地址进行比对，若一致，则基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，否则丢弃SLIP数据报。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述基于串口的以太网通讯方法及装置，在发送端和接收端设备的串行线路上运行改进的SLIP协议，以实现运行TCP/IP协议。在串行线路中，数据通过URAT接口收发并在传输时通过RS485差分串行总线承载，抗干扰能力强的优点，提高了传输的可靠性。同时，由于本发明利用了设备现有的RS485数据通道，无需更改设备的背板定义及走线，只需更改软件即可实现，成本低，开发周期短。另外，针对嵌入式微控制器应用时，本发明通过修改SLIP协议，使其具备链路层数据校验功能，同时兼顾了SLIP协议的简单易用，对嵌入式微控制器要求不高的特点，而且避免使用PPP协议时所必需实现的链路控制协议、网络控制协议和认证协议，降低对嵌入式微控制器的要求，有利于进一步降低成本。

附图说明

图1为本发明第一实施例的基于串口的以太网通讯方法流程图；

图2为本发明第二实施例的基于串口的以太网通讯装置组成示意图；

图3为本发明应用实例的机框管理系统组成示意图；

图4为本发明应用实例的主控模块与机框管理信息采集传输模块进行以太网传输的过程示意图；

图5为本发明应用实例的类IP数据报的封装格式示意图；

图6为本发明应用实例的SLIP数据报的封装格式示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

本发明第一实施例，一种基于串口的以太网通讯方法，如图1所示，包括以下具体步骤：

步骤S101，发送端将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；

具体的，步骤S101包括如下过程：

在发送端的第一IP协议处理层与第一SLIP协议处理层之间增加一个第一协议接口；

第一协议接口针对IP数据报计算校验数据，并将所述校验数据与IP数据报一同封装成类IP数据报；

第一SLIP协议处理层将类IP数据报封装成SLIP数据报。

进一步的，IP数据报的校验数据的计算过程包括：

在IP数据报的基础上根据CRC（Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码）校验算法计算出CRC校验和，作为IP数据报的校验数据；或者，

在IP数据报的基础上根据奇偶校验算法计算出奇偶校验和，作为IP数据报的校验数据。或者，还可以采用一些自定义的校验数据计算方法来计算校验数据。

步骤S102，接收端通过串行线路接收SLIP数据报，将SLIP数据报中的IP地址与本地IP地址进行比对，若一致，则执行步骤S103，否则丢弃SLIP数据报，流程结束。

具体的，在接收端的第二IP协议处理层与第二SLIP协议处理层之间增加一个第二协议接口；

接收端的第二SLIP协议处理层从SLIP数据报中提取出类IP数据报，通过第二协议接口从类IP数据报中提取出IP数据报；

第二IP协议处理层从IP数据报中提取出IP地址，将该IP地址与接收端的IP地址进行比对，若一致，则执行步骤S103，否则丢弃IP数据报，流程结束。

步骤S103，接收端基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理。

具体的，步骤S103包括如下过程：

第二SLIP协议处理层从SLIP数据报中提取出类IP数据报，通过第二协议接口从类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据，并基于校验数据对IP数据报进行校验，若验证通过，则由第二IP协议处理层对IP数据报进行解析处理，否则丢弃IP数据报。

更进一步的，基于校验数据对IP数据报进行校验，具体包括：

第二协议接口从类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据后，针对提取出的IP数据报计算本地校验数据，该计算方法与步骤S102中计算校验数据的算法对应，若提取出的校验数据与本地校验数据一致，则验证通过，由第二IP协议处理层对IP数据报进行解析处理，否则验证不通过，丢弃IP数据报。

本实施例中，通过串行线路发送和接收SLIP数据报，具体包括：

SLIP数据报通过URAT接口收发并在传输时通过RS485差分串行总线承载。

本发明第二实施例，一种基于串口的以太网通讯装置，如图2所述，包括：

发送端模块100，用于将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；

具体的，发送端模块100，具体包括：

第一IP协议处理层11，用于生成IP数据报；

第一协议接口12，位于第一IP协议处理层11与第一SLIP协议处理层13之间，用于针对IP数据报计算校验数据，并将所述校验数据与IP数据报一同封装成类IP数据报；

第一SLIP协议处理层13，用于将类IP数据报封装成SLIP数据报。

进一步的，第一协议接口12对IP数据报的校验数据的计算过程包括：

在IP数据报的基础上根据CRC校验算法计算出CRC校验和，作为IP数据报的校验数据；或者，

在IP数据报的基础上根据奇偶校验算法计算出奇偶校验和，作为IP数据报的校验数据。或者，还可以采用一些自定义的校验数据计算方法来计算校验数据。

接收端模块200，用于通过串行线路接收SLIP数据报，将SLIP数据报中的IP地址与本地IP地址进行比对，若一致，则进行后续校验处理，否则丢弃SLIP数据报。具体的，在接收端模块200中，

第二SLIP协议处理层23，从SLIP数据报中提取出类IP数据报；

第二协议接口22，位于第二IP协议处理层21与第二SLIP协议处理层23之间，从类IP数据报中提取出IP数据报；

第二IP协议处理层21，从IP数据报中提取出IP地址，将该IP地址与接收端的IP地址进行比对，若一致，则进行后续校验处理，否则丢弃IP数据报。

进一步的，接收端模块200，还用于在IP地址比对一致后，基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理。具体的，在接收端模块200中，

第二SLIP协议处理层23，还用于从SLIP数据报中提取出类IP数据报；

第二协议接口22，还用于从类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据，并基于校验数据对提取出的IP数据报进行校验，若验证通过，则调用第二IP协议处理层21，否则丢弃IP数据报；更进一步的，第二协议接口22从类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据后，针对提取出的IP数据报计算本地校验数据，该计算方法与发送端模块100中的第一协议接口12计算校验数据的算法对应，若提取出的校验数据与本地校验数据一致，则验证通过，调用第二IP协议处理层21，否则验证不通过，丢弃IP数据报；

第二IP协议处理层21，还用于对第二协议接口22提取出的IP数据报进行解析处理。

本实施例中，串行线路具体包括：与URAT接口连接的RS485差分串行总线。

随着半导体行业的发展，嵌入式MCU等处理器的功能不断增强，价格不断降低，已经具备的运行诸如嵌入式操作系统，同时运行TCP/IP协议栈的能力。这就为嵌入式MCU的串口通讯由自定义的RS485串行协议方式向采用TCP/IP协议方式提供了条件。下面以采用嵌入式MCU的机框管理系统通过串口实现以太网通讯为例，结合图3~6介绍一个本发明的应用实例：

如图3所示，本应用实例的机框管理系统，包含两个主控模块和若干机框管理信息采集传输模块，两个主控模块分别工作在主备用状态，运行服务器端软件；若干机框管理信息采集传输模块，负责采集风扇、电压、电流等多种信息，运行客户端软件。主控模块与机框管理信息采集传输模块之间的通讯只能由主控模块发起，机框管理信息采集传输模块之间不互相通讯，同时机框管理信息采集传输模块不会主动发起与主控模块之间的通讯。主控模块与机框管理信息采集传输模块通过RS485总线连接；机框管理信息采集传输模块将采集到的各种物理量存储在模块本地；主控模块链路层运行RS485协议，网络层运行改进的SLIP协议和IP协议，传输层运行TCP/UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）。

主控模块将要求发送采集到的物理量信息的指令封装成TCP/UDP数据报，通过改进的SLIP协议进行发送；

IP地址匹配的机框管理信息采集传输模块接收到指令后，将采集到的物理量信息封装成TCP/UDP数据报，再通过改进的SLIP协议来响应主控模块的指令。主控模块与机框管理信息采集传输模块之间还可以运行FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）、SSH（Secure Shell，建立在应用层和传输层基础上的安全协议）、HTTP（Hypertext transferprotocol，超文本传输协议）等应用层协议，用于维护、调试等用途。

如图4所示，主控模块与机框管理信息采集传输模块进行以太网传输的过程如下：

第一步，主控模块通过单板的物理地址信息确认本机的IP地址，然后从设备列表中获取机框管理信息采集传输模块的IP地址；

第二步，利用第一步获取的IP地址，将待发送的指令封装成IP数据报；

第三步，计算IP数据报的CRC校验和；

第四步，将IP数据报与CRC校验和封装成类IP数据报；类IP数据报的封装格式如图5所示，将1或2个字节的CRC校验和添加在IP数据报的尾部，也可以添加在IP数据报的首部。

第五步，将类IP数据报封装成SLIP数据报并发送；SLIP数据报的封装格式如图6所示，C0为分隔符，用于区分出SLIP数据报。

第六步，机框管理信息采集传输模块接收到主控模块发送的SLIP数据报，判断目的IP地址是否为本机的IP地址，若不是则直接丢弃报文，若是则进行下一步；

第七步，从SLIP数据报中提取出类IP数据报；

第八步，从类IP数据报中提取IP数据报及校验和，验证数据是否正确，若不正确，则丢弃报文，若正确则进行下一步；

第九步，从IP数据报中提取TCP/UDP数据报，解析出主控模块的指令；

第十步，执行主控板的指令，并将信息在此封装成SLIP报文，通过RS485发送。

本发明实施例首先是将SLIP协议运行在RS485差分串行链路上，弥补原有RS232链路易受干扰的缺陷；再者需要改进SLIP协议，针对SLIP协议无链路层差错检测的缺点，通过改进协议提供链路层的差错检测功能，通过一个附加的协议接口来实现差错检测。在此基础上提出基于改进SLIP协议的串口以太网通讯的方法。

本发明对SLIP协议的改进，是在SLIP协议与链路层之间附加了一个协议接口。当发送端需要发送IP数据报时，需要先计算需要IP数据报的CRC校验和，然后将IP数据报连同校验和一起传送给附加的协议接口，附加的协议接口将CRC校验和添加在IP数据报的尾部，封装成一个过渡性质的类IP数据报后将这个类IP数据报发送给SLIP协议处理层，封装成一个SLIP数据报进行传送。接收端接收到SLIP数据报后，首先通过SLIP数据报中的IP地址判断是否是发送给本机的，若不是则直接丢弃SLIP数据报，若IP地址匹配，则通过SLIP协议处理层提取出类IP数据报，通过附加协议接口提取出真正的IP数据报和CRC校验数据，然后进行判断是否有错误，若有错误则直接丢弃IP数据报，若CRC校验成功，则将IP数据报传递给上层协议使用。上层协议将承载的数据解析出来后，接收端的处理器再依据指令在进行下一步的操作。

本发明实施例的所述基于串口的以太网通讯方法及装置，在发送端和接收端设备的串行线路上运行改进的SLIP协议，以实现运行TCP/IP协议。在串行线路中，数据通过URAT接口收发并在传输时通过RS485差分串行总线承载，抗干扰能力强的优点，同时，由于本发明利用了设备现有的RS485数据通道，无需更改设备的背板定义及走线，只需更改软件即可实现，成本低，开发周期短。另外，针对嵌入式微控制器应用时，本发明通过修改SLIP协议，使其具备链路层数据校验功能，同时兼顾了SLIP简单易用，对嵌入式微控制器要求不高的特点，而且避免使用PPP协议时所必需实现的链路控制协议、网络控制协议和认证协议，降低对嵌入式微控制器的要求，有利于进一步降低成本。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (6)

1.一种基于串口的以太网通讯方法，其特征在于，包括：

发送端将互联网协议IP数据报及其校验数据一同封装成串行线路接口协议SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；

接收端通过串行线路接收SLIP数据报并基于其中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理；

发送端将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报，具体包括：

在发送端的第一IP协议处理层与第一SLIP协议处理层之间增加一个第一协议接口；

第一协议接口针对IP数据报计算校验数据，并将所述校验数据与IP数据报一同封装成类IP数据报；

第一SLIP协议处理层将类IP数据报封装成SLIP数据报；

接收端基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理，具体包括：

在接收端的第二IP协议处理层与第二SLIP协议处理层之间增加一个第二协议接口；

第二SLIP协议处理层从SLIP数据报中提取出类IP数据报，通过第二协议接口从所述类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据，并基于校验数据对IP数据报进行校验，若验证通过，则由第二IP协议处理层对IP数据报进行解析处理，否则丢弃IP数据报。

2.根据权利要求1所述的基于串口的以太网通讯方法，其特征在于，通过串行线路发送和接收SLIP数据报，具体包括：

SLIP数据报通过通用异步接收/发送URAT接口收发并在传输时通过RS485差分串行总线承载。

3.根据权利要求1所述的基于串口的以太网通讯方法，其特征在于，所述方法，接收端基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，具体包括：

接收端将SLIP数据报中的IP地址与本地IP地址进行比对，若一致，则基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，否则丢弃SLIP数据报。

4.一种基于串口的以太网通讯装置，其特征在于，包括：

发送端模块，用于将IP数据报及其校验数据一同封装成SLIP数据报后，通过串行线路发送给接收端；

接收端模块，用于通过串行线路接收SLIP数据报并基于其中的校验数据对IP数据报进行校验，当验证通过时，对IP数据报进行解析处理；

发送端模块，具体包括：

第一IP协议处理层，用于生成IP数据报；

第一协议接口，位于第一IP协议处理层与第一SLIP协议处理层之间，用于针对IP数据报计算校验数据，并将所述校验数据与IP数据报一同封装成类IP数据报；

第一SLIP协议处理层，用于将类IP数据报封装成SLIP数据报；

接收端模块，具体包括：

第二SLIP协议处理层，用于从SLIP数据报中提取出类IP数据报；

第二协议接口，位于第二IP协议处理层与第二SLIP协议处理层之间，用于从所述类IP数据报中提取出IP数据报和校验数据，并基于校验数据对提取出的IP数据报进行校验，若验证通过，则调用IP协议处理层，否则丢弃IP数据报；

第二IP协议处理层，用于对第二协议接口提取出的IP数据报进行解析处理。

5.根据权利要求4所述的基于串口的以太网通讯装置，其特征在于，所述串行线路，具体包括：与URAT接口连接的RS485差分串行总线。

6.根据权利要求4所述的基于串口的以太网通讯装置，其特征在于，接收端模块，还用于：

将SLIP数据报中的IP地址与本地IP地址进行比对，若一致，则基于SLIP数据报中的校验数据对IP数据报进行校验，否则丢弃SLIP数据报。