CN117880860A - 一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据传输技术领域,特别涉及一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备,MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧;本发明增加一路SPI来连接WIFI模块,MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化后,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧,以此方式绕过WIFi模块内部的TCP/IP协议栈,无需开发Socket兼容层适配层适配AT_Socket协议栈与Lwip协议栈,且由于SPI通讯速率远远高于串口,能够有效提高网络数据透传的速率。

Description

一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域,特别涉及一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备。
背景技术
近年来随着物联网的发展,越来越多的终端设备需要通过wifi或者有线以太网将数据上传至物联网云平台,物联网云平台通过大数据或机器学习等方法,对采集的数据进行分析处理生成优化控制参数下发给设备,或对数据进行展示。因现场网络环境条件多样,需要设备同时支持有线以太网与无线WIFI网络,方便灵活组网。
如图1所示,当前现有方案单片机与WIFI模块一般采用串口进行物理连接,采用AT命令在WIFI模块内部创建Socket后,再通过串口透传应用层网络报文数据帧进行通讯。
然而当前方案存在两个问题:
(1)网络应用层若要兼容WIFI与有线网络通讯需要在AT Socket与Liwp两个协议栈之上增加一个Socket兼容层。
(2)一般串口波特率设置为115200每秒带宽约为10KB/S,通过串口进行网络数据透传速率太慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备,提供一种新的兼容方法,提高网络数据透传的速率。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,包括步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧。
为了解决上述技术问题,本发明采用的另一种技术方案为:
一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备,包括MCU、网卡以及WIFI模块,并通过所述MCU、所述网卡以及所述WIFI模块实现以下步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧。
本发明的有益效果在于:本发明的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备,增加一路SPI来连接WIFI模块,MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化后,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧,以此方式绕过WIFi模块内部的TCP/IP 协议栈,无需开发Socket兼容层适配层适配AT_Socket协议栈与Lwip协议栈,且由于SPI通讯速率远远高于串口,能够有效提高网络数据透传的速率。
附图说明
图1为本发明背景技术所述的现有的兼容有线与无线网卡的方案示意图;
图2为本发明实施例的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法的流程图;
图3为本发明实施例的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备的架构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图予以说明。
名词解释:
MCU(Microcontroller Unit,微控制器单元):MCU是一种集成了处理器核心、内存、IO功能和各种外设接口的单芯片微控制器。它通常用于嵌入式系统中,具有较小的体积和低功耗特性,可以完成各种控制任务。
UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter,通用异步收发传输器):UART是一种串行通信接口标准,用于在数字设备之间进行数据传输。它可以实现异步的串行数据收发,常用于与外部设备(如传感器、调试工具等)进行通信。
AT(AT command,AT命令):AT命令是一种控制设备的通用命令集,以"AT"开头,后面跟有具体的命令和参数。AT命令常用于控制和配置各种串口设备,如调制解调器、蓝牙模块、GSM模块等,通过发送和接收AT命令,可以实现对设备的功能控制和数据交互。
netif(network interface,网络接口):netif是网络接口的缩写,用于在网络协议栈中表示和管理网络接口。它提供了一组函数和数据结构,用于配置和控制网络接口的参数,包括IP地址、子网掩码、网络状态等。
SPI(Serial Peripheral Interface,串行外围设备接口):SPI是一种同步的串行通信接口标准,用于在数字设备之间进行全双工的串行数据传输。它常用于与外部设备(如存储器、传感器、显示器等)进行通信,提供高速数据传输和简单的通信协议。
PHY(Physical Layer,物理层):PHY是以太网标准中的物理层组件,负责将数据从网卡的逻辑层转换为物理层的电信号,并在物理介质上进行传输。PHY常用于以太网系统中,提供物理层的信号调制、解调、编码、解码等功能。
MAC (Media Access Control):MAC是网络通信中的一种数据链路层协议,它定义了如何访问媒体并进行数据传输。
RMII (Reduced Media Independent Interface):RMII是一种对原始的MII(Media Independent Interface) 进行简化的接口标准。
802.11:802.11是IEEE(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers)制定的无线局域网(Wireless LAN)标准。它定义了一组规则和协议,用于在无线环境中实现数据传输和网络连接。
802.3:802.3是IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)制定的以太网络(Ethernet)标准。它定义了一组规则和协议,用于在局域网(Local AreaNetwork, LAN)中实现数据传输。
请参照图2,一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,包括步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:本发明的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,增加一路SPI来连接WIFI模块,MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化后,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧,以此方式绕过WIFi模块内部的TCP/IP 协议栈,无需开发Socket兼容层适配层适配AT_Socket协议栈与Lwip协议栈,且由于SPI通讯速率远远高于串口,能够有效提高网络数据透传的速率。
进一步的,步骤S1具体为:
MCU通过UART串口使用AT命令对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化。
由上述描述可知,使用AT命令对WIFI模块进行配网,具备以下有益效果:
灵活性:通过 AT 命令,可以直接控制 WiFi 模块进行配网操作,而不需要使用其他复杂的通信协议或配置工具。这使得网络配置更加灵活,可以在不同的 MCU 平台上实现,以适应不同的应用场景。
简化开发:AT 命令是一种标准的串口通信方式,使用起来相对简单。开发人员可以直接将 AT 命令发送给 WiFi 模块,实现对网络参数的配置、网络连接和断开等操作。这样可以减少开发时的复杂性和学习成本。
适用性广泛:AT 命令是一种通用的命令集,几乎所有常见的 WiFi 模块都支持此命令集。这意味着通过 AT 命令,可以与大多数市面上的 WiFi 模块进行通信。这提供了更广泛的选择和兼容性。
进一步地,步骤S2具体为:
网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将802.3以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成802.11无线局域网帧。
由上述描述可知,基于上述技术步骤,具有以下有益效果:
高速传输: 802.11无线局域网可以提供相对高速的数据传输,特别适用于需要快速传输数据的应用场景。将以太网数据帧透传给WIFI模块,并由WIFI模块转换成无线局域网帧,可以通过WIFI模块实现更快速的数据传输。
网络协议兼容性: 通过使用LwIP协议的网口,可以保持与已有的以太网基础设施的兼容性。这样,可以无缝地将现有的以太网设备连接到无线网络中,而无需对现有设备进行任何更改。
进一步地,步骤S2还包括步骤:
网卡基于LwIP协议的网口,采用MAC数据链路层协议,通过RMII接口与以太网物理层连接。
由上述描述可知,基于上述技术步骤,实现网卡与以太网物理层的连接,同时具有以下有益效果:
高速传输:以太网物理层通常支持高速传输,通过使用RMII接口连接,可以实现较快的数据传输速率,适用于需要快速传输大量数据的应用场景。
协议兼容性:采用LwIP协议的网口可保持与已有的以太网基础设施的兼容性。这样,可以无缝连接到现有的以太网系统中,并与其他设备进行通信。
系统集成和开发便利性:使用基于LwIP协议的网口,可以方便地在嵌入式系统中集成以太网功能,并进行开发和调试。
可参照图3,一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备,包括MCU、网卡以及WIFI模块,并通过所述MCU、所述网卡以及所述WIFI模块实现以下步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:本发明的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,增加一路SPI来连接WIFI模块,MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化后,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧,以此方式绕过WIFi模块内部的TCP/IP 协议栈,无需开发Socket兼容层适配层适配AT_Socket协议栈与Lwip协议栈,且由于SPI通讯速率远远高于串口,能够有效提高网络数据透传的速率。
进一步的,步骤S1具体为:
MCU通过UART串口使用AT命令对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化。
由上述描述可知,使用AT命令对WIFI模块进行配网,具备以下有益效果:
灵活性:通过 AT 命令,可以直接控制 WiFi 模块进行配网操作,而不需要使用其他复杂的通信协议或配置工具。这使得网络配置更加灵活,可以在不同的 MCU 平台上实现,以适应不同的应用场景。
简化开发:AT 命令是一种标准的串口通信方式,使用起来相对简单。开发人员可以直接将 AT 命令发送给 WiFi 模块,实现对网络参数的配置、网络连接和断开等操作。这样可以减少开发时的复杂性和学习成本。
适用性广泛:AT 命令是一种通用的命令集,几乎所有常见的 WiFi 模块都支持此命令集。这意味着通过 AT 命令,可以与大多数市面上的 WiFi 模块进行通信。这提供了更广泛的选择和兼容性。
进一步地,步骤S2具体为:
网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将802.3以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成802.11无线局域网帧。
由上述描述可知,基于上述技术步骤,具有以下有益效果:
高速传输: 802.11无线局域网可以提供相对高速的数据传输,特别适用于需要快速传输数据的应用场景。将以太网数据帧透传给WIFI模块,并由WIFI模块转换成无线局域网帧,可以通过WIFI模块实现更快速的数据传输。
网络协议兼容性: 通过使用LwIP协议的网口,可以保持与已有的以太网基础设施的兼容性。这样,可以无缝地将现有的以太网设备连接到无线网络中,而无需对现有设备进行任何更改。
进一步地,步骤S2还包括步骤:
网卡基于LwIP协议的网口,采用MAC数据链路层协议,通过RMII接口与以太网物理层连接。
由上述描述可知,基于上述技术步骤,实现网卡与以太网物理层的连接,同时具有以下有益效果:
高速传输:以太网物理层通常支持高速传输,通过使用RMII接口连接,可以实现较快的数据传输速率,适用于需要快速传输大量数据的应用场景。
协议兼容性:采用LwIP协议的网口可保持与已有的以太网基础设施的兼容性。这样,可以无缝连接到现有的以太网系统中,并与其他设备进行通信。
系统集成和开发便利性:使用基于LwIP协议的网口,可以方便地在嵌入式系统中集成以太网功能,并进行开发和调试。
本发明的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备,适用于基于MCU搭载Lwip协议栈实现有线与无线网络支持,尤其适用于物联网终端设备的有线、无线网络支持。
请参照图2,本发明的实施例一为:
一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,包括步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
步骤S1具体为:
MCU通过UART串口使用AT命令对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化。
本实施例中,可参照图3,增加一路SPI连接WIFI模块,此时MCU通过串口使用AT命令对WIFI模块进行配网,配网成功后WIFI网卡就初始化完毕。
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧。
步骤S2具体为:
网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将802.3以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成802.11无线局域网帧。
步骤S2还包括步骤:
网卡netif_1基于LwIP协议的网口,采用MAC数据链路层协议,通过RMII接口与以太网物理层连接。
本实施例中,网卡netif_0通过SPI将以太网数据帧透传给WIFI模组,在模组内部转换成802.11无线局域网帧。以此方式绕过WIFi模块内部的TCP/IP 协议栈。
请参照图3,本发明的实施例二为:
一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备,包括MCU、网卡以及WIFI模块,并通过所述MCU、所述网卡以及所述WIFI模块实现以上实施例一的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法中的步骤。
综上所述,本发明提供的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法与设备,增加一路SPI来连接WIFI模块,MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化后,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧,以此方式绕过WIFi模块内部的TCP/IP 协议栈,无需开发Socket兼容层适配层适配AT_Socket协议栈与Lwip协议栈,且由于SPI通讯速率远远高于串口,能够有效提高网络数据透传的速率。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,其特征在于,包括步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧;
步骤S2具体为:
网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将802.3以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成802.11无线局域网帧。
2.根据权利要求1所述的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,其特征在于,步骤S1具体为:
MCU通过UART串口使用AT命令对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化。
3.根据权利要求1所述的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的方法,其特征在于,步骤S2还包括步骤:
网卡基于LwIP协议的网口,采用MAC数据链路层协议,通过RMII接口与以太网物理层连接。
4.一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备,其特征在于,包括MCU、网卡以及WIFI模块,并通过所述MCU、所述网卡以及所述WIFI模块实现以下步骤:
S1、MCU对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化;
S2、网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成无线局域网帧;
步骤S2具体为:
网卡基于LwIP协议的网口,通过SPI协议将802.3以太网数据帧透传给WIFI模块,在WIFI模组内部转换成802.11无线局域网帧。
5.根据权利要求4所述的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备,其特征在于,步骤S1具体为:
MCU通过UART串口使用AT命令对WIFI模块进行配网,完成WIFI模块的初始化。
6.根据权利要求4所述的一种基于LwIP兼容有线与无线网卡的设备,其特征在于,步骤S2还包括步骤:
网卡基于LwIP协议的网口,采用MAC数据链路层协议,通过RMII接口与以太网物理层连接。
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