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LED显示屏与网络直连如何实现?
发表日期:2020/3/23 10:21:54    文章编辑:彩光科技    浏览次数:24   

LED 显 示 屏 工 程 应 用 中 , 显 示 屏 一 般 在 出 厂 前 要 做 好 参 数 配 置 、 调试 、 点 亮 , 并 做 节 目 测 试 , 否 则 由 于 现 场 条 件 限 制 , 这 些 工 作 很 难 开 展 。

在 做 调 试 和 节 目 测 试 时 ,可 通 过 串 口 和 网 口 进 行 通 信 ,而 随 着 网 络 普 及 和速 度 的 提 升 ,网 络 通 信 方 式 被 更 多 的 用 户 采 用 ,即 用 户 通 过 集 线 器 或 网 络直 连 的 方 式 与 显 示 屏 通 信 。

其 中 通 过 集 线 器 , PC 机 和 显 示 屏 IP 可 不 在 同一 个 网 段 ; 而 网 络 直 连 时 , PC 机 和 显 示 屏 的 IP 地 址 必 须 在 同 一 个 网 段 。不 管 采 用 哪 一 种 方 法 , 都 必 须 知 道 两 者 的 IP 地 址 才 能 进 行 通 信 。 

但 在 调试 过 程 中 , 由 于 LED 控 制 卡 太 多 、 放 置 时 间 太 长 或 由 不 同 的 人 进 行 配 置 ,有 时 用 户 可 能 不 知 道 显 示 屏 的 IP 地 址 , 这 样 就 很 难 开 展 工 作 了 。 另 外 ,出 厂 配 置 的 IP 地 址 和 现 场 安 装 的 IP 地 址 可 能 不 一 样 ,并 且 现 场 安 装 的 显示 屏 IP 地 址 由 于 用 户 千 差 万 别 ,其 IP 地 址 段 也 不 一 样 。

这 样 一 来 ,在 调试 过 程 中 , 需 要 反 复 修 改 显 示 屏 或 PC 机 的 IP 地 址 , 带 来 很 大 的 工 作 量 。

因 此 ,基 于 应 用 中 的 这 些 问 题 ,有 用 户 提 出 能 否 采 用 网 络 直 连 的 方 式 ,无需 知 道 LED 显 示 屏 的 IP 地 址 , 也 不 用 修 改 PC 机 的 IP 就 可 实 现 PC 机 与LED 显 示 屏 网 络 通 信 , 让 用 户 更 方 便 地 调 试 LED 显 示 屏 。

通 过 市 场 调 研 ,有 些 软 件 声 称 实 现 了 LED 显 示 屏 网 络 直 连 的 方 式 ,但 在 具 体 实 现 上 并 不 能令 人 满 意 ,例 如 稳 定 性 、可 靠 性 和 时 效 性 等 方 面 并 不 如 意 。经 过 研 究 ,本文 提 出 一 种 新 的 网 络 直 连 的 方 法 ,可 以 很 好 地 解 决 这 些 问 题 ,让 用 户 方 便 、可 靠 、 高 效 地 调 试 显 示 屏 。


1主 要 功 能 需 求 分 析 和 模 型 构 建

对 于 网 络 直 连 , 硬 件 如 图 1所 示 , 用 网 络 直 连 线 将 PC 机 和 显 示 屏 连 接起 来 , 然 后 手 动 设 置 它 们 的 IP 地 址 在 同 一 个 网 段 , 即 可 进 行 通 信 了 。

网络直连图.jpg

但 采 用 这 种 方 式 ,如 果 事 先 不 知 道 显 示 屏 的 IP 地 址 ,将 很 难 进 行 通 信 。为 了 达 到 不 知 道 显 示 屏 IP 地 址 也 能 实 现 PC 机 与 显 示 屏 直 连 通 信 的 目 的 ,可 借 助 DHCP服 务 原 理 来 解 决 :即 设 置 LED 显 示 屏 为 某 固 定 IP 地 址 的 DHCP服 务 器 ,设 置 PC 机 网 卡 为 自 动 获 取 IP 地 址 的 方 式 ,通 过 DHCP服 务 功 能 ,自 动 配 置 PC 机 的 网 卡 IP 地 址 ,这 样 网 络 连 接 通 道 就 建 立 了 。有 些 开 发 商

就 采 用 这 种 方 式 实 现 了 网 络 直 连 ,但 这 种 方 法 存 在 一 些 问 题 :

其 一 ,由 于UDP 通 信 为 不 连 接 通 信 , 其 通 信 可 靠 性 要 差 一 些 , 容 易 失 败 ;

其 二 , 只 能通 过 操 作 系 统 自 带 的 系 统 完 成 ,没 有 干 预 ,用 户 不 能 设 置 超 时 ,有 时 等 待时 间 太 长 , 最 长 为 60 秒 ;

其 三 , DHCP 为 固 定 IP 方 式 , 在 实 际 应 用 中 显 然不 太 好 ;

其 四 , 退 出 系 统 时 , 不 能 恢 复 PC 机 原 有 的 网 卡 配 置 信 息 。

网络直连系统模型.jpg


基 于 此 , 经 过 研 究 , 本 文 提 出 一 种 新 的 网 络 直 连 方 法 , 可 以 实 现 网 络直 连 、 自 动 获 取 IP 地 址 以 及 实 现 PC 机 网 卡 配 置 信 息 保 存 和 恢 复 等 功 能 ,克 服 当 前 实 现 方 法 的 不 足 , 提 高 可 靠 性 、 稳 定 性 和 时 效 性 等 各 方 面 性 能 ,其 系 统 模 型 如 图 2所 示 , 主 要 功 能 和 工 作 流 程 如 下 :

(1) 启 动 系 统 时 , 检 索 、 访 问 PC 机 的 所 有 网 卡 , 并 保 存 其 网 卡 配 置 信息 , 供 退 出 系 统 时 恢 复 ;

(2) 启 动 网 络 直 连 进 程 ;

(3) 广 播 IP 地 址 请 求 数 据包 ;

(4) 返 回 IP 地 址 数 据 包 ;

(5) 解 包 ,获 取 PC 机 和 LED 显 示 屏 的 IP 地 址 ,设 置 PC 机 的 IP 地 址 ;

(6) 返 回 LED 显 示 屏 的 IP 地 址 , 关 闭 网 络 直 连 , 完成 通 信 通 道 的 建 立 ;

(7) 建 立 PC 机 和 LED 显 示 屏 的 通 信 通 道 后 , 即 可 对 显示 屏 进 行 读 / 写 参 数 、发 送 节 目 、开 关 屏 等 通 信 控 制 操 作 ;

(8) 退 出 系 统 时 ,根 据 (1) 保 存 的 网 卡 配 置 信 息 , 恢 复 PC 机 网 卡 的 原 始 状 态 。

在 以 上 流 程 中 , (2) ~ (6) 是 核 心 过 程 , 它 模 拟 DHCP服 务 , 实 现 PC 机广 播 请 求 IP 地 址 , 获 取 PC 机 IP 地 址 并 设 置 , 上 传 LED 显 示 屏 IP 地 址 ,完 成 网 络 直 连 通 道 的 建 立 , 是 进 行 网 络 直 连 操 作 时 必 做 的 步 骤 ;(1) 和 (8)是 启 动 和 退 出 系 统 时 所 做 的 保 存 PC 机 网 卡 配 置 信 息 和 恢 复 网 卡 配 置 信 息操 作 ;(7) 是 在 完 成 网 络 直 连 通 道 后 进 行 的 显 示 屏 控 制 的 一 般 操 作 。本 文 重点 介 绍 前 两 者 。


2关 键 功 能 的 设 计 和 实 现

2.1 保 存 PC 机 网 卡 配 置 信 息

用 来 调 试 显 示 屏 的 PC 机 ,一 般 是 一 机 多 用 ,在 调 试 显 示 屏 的 同 时 ,还用 来 办 公 、 上 网 , 其 网 卡 IP 地 址 可 能 是 固 定 的 或 自 动 获 取 的 。 在 做 网 络直 连 时 , 可 能 会 改 变 其 IP 地 址 , 为 了 不 影 响 用 户 的 工 作 , 退 出 时 需 要 自动 恢 复 其 IP 地 址 。 

而 要 做 到 这 一 点 , 可 在 启 动 LED 控 制 软 件 时 , 读 取 当前 网 卡 配 置 信 息 , 如 IP 地 址 、 网 卡 名 、 MAC 地 址 、 网 卡 类 型 、 是 否 是 自动 配 置 IP 地 址 等 等 , 将 这 些 信 息 放 入 一 个 链 表 中 保 存 , 同 时 设 置 一 个 标识 ,记 录 用 户 在 调 试 显 示 屏 的 过 程 中 ,是 否 使 用 过 网 络 直 连 操 作 ,待 退 出系 统 时 使 用 。

在 Windows 操 作 系 统 中 ,可 使 用 IPHelper 接 口 来 读 取 网 卡 信 息 ,它 是一 套 用 于 管 理 本 地 网 络 设 置 的 API , 通 过 它 使 用 IP_ADAPTER_INFO 结 构 ,可 以 方 便 地 提 取 上 述 网 卡 配 置 信 息 , 保 存 到 链 表 中 。


2.2 借 鉴 DHCP服 务 原 理 , 构 建 网 络 直 连 通 道

要 实 现 PC 机 和 LED 显 示 屏 网 络 直 连 通 信 ,必 须 解 决 两 个 关 键 问 题 :其一 , 让 PC 机 和 LED 显 示 屏 在 同 一 个 网 段 ; 其 二 , 知 道 LED 显 示 屏 的 IP 地址 。

除 此 之 外 , 还 要 解 决 多 网 卡 、 无 线 网 卡 对 网 络 直 连 的 干 扰 等 现 象 。 借鉴 DHCP原 理 , 主 要 解 决 思 路 如 下 :

(1) 在 PC 机 端 设 计 一 个 网 络 直 连 控 制 进 程 ;

(2) 需 要 网 络 直 连 时 , 启 动该 进 程 ,通 过 Windows 相 关 网 络 API 函 数 和 注 册 表 信 息 ,确 定 与 LED 显 示屏 连 接 的 非 无 线 网 卡 , 将 其 MAC地 址 放 入 构 建 请 求 IP 地 址 的 UDP 数 据 包中 , 然 后 广 播 出 去 , 同 时 启 动 内 部 UDP 包 捕 获 子 进 程 ;

(3)LED 显 示 屏 收 到请 求 IP 地 址 的 UDP 包 后 , 根 据 本 身 IP 地 址 , 构 造 一 个 PC 机 的 IP 地 址 ,将 其 广 播 出 去 ,为 了 不 引 起 混 乱 ,这 里 构 建 的 是 伪 DHCP包 ,正 常 的 Windows客 户 端 收 到 该 UDP 包 时 , 并 不 会 自 动 改 变 其 IP 地 址 ;

(4) 网 络 直 连 控 制 进程 的 UDP包 捕 获 子 进 程 接 收 到 分 配 的 IP 地 址 的 UDP 包 后 ,解 包 得 到 PC 机的 IP 地 址 和 LED 显 示 屏 的 IP 地 址 ;

(5) 设 置 PC 机 网 卡 IP 地 址 , 上 传 LED显 示 屏 的 IP 地 址 给 控 制 软 件 , 成 功 后 , 关 闭 网 络 直 连 控 制 进 程 , 完 成 网络 直 连 通 道 的 建 立 。

这 个 网 络 直 连 的 过 程 涉 及 三 个 系 统 :

(1) 网 络 直 连 控 制 进 程 ,它 构 建 请求 IP 地 址 UDP 数 据 包 并 广 播 出 去 , 同 时 监 控 目 标 网 卡 的 68 端 口 , 捕 获 返回 的 UDP 数 据 包 , 解 析 出 PC 机 的 IP 地 址 和 LED 显 示 屏 的 IP 地 址 , 然 后设 置 PC 机 的 IP 地 址 , 将 LED 显 示 屏 的 IP 地 址 提 交 给 主 进 程 , 完 成 网 络直 连 的 任 务 ;

(2)LED 显 示 屏 DHCP 服 务 子 进 程 , 它 接 收 PC 机 的 IP 地 址 请求 ,构 建 并 设 置 自 身 IP 地 址 ,并 返 回 PC 机 的 IP 地 址 的 伪 DHCP包 ;

(3)LED控 制 软 件 ,当 用 户 选 择 网 络 直 连 方 式 时 ,启 动 网 络 直 连 控 制 子 进 程 ,实 现网 络 直 接 通 道 的 建 立 , 完 成 后 , 关 闭 该 进 程 。

2.3 恢 复 PC 机 网 卡 的 配 置 信 息

退 出 系 统 时 ,根 据 2.1 保 存 的 是 否 使 用 过 网 络 直 连 的 标 识 进 行 判 断 ,如果 没 有 使 用 过 网 络 直 连 方 式 ,则 无 需 执 行 网 络 IP 恢 复 功 能 ; 否 则 将 执 行 恢复 功 能 , 还 原 2.1 保 存 的 网 卡 配 置 , 恢 复 网 卡 IP 地 址 可 使 用netshinterfaceipset 命 令 。 同 时 , 为 了 加 快 处 理 速 度 并 提 高 成 功 率 , 可按 禁 用 网 卡 、 设 置 网 卡 IP 地 址 、 再 启 用 网 卡 的 步 骤 实 施 :

(1) 使 用 Windows 的 SetupAPI 相 关 接 口 API 函 数 禁 用 目 标 网 卡 ;

(2) 恢复 目 标 网 卡 IP 设 置 , 根 据 静 态 IP 地 址 和 动 态 IP 地 址 , 分 别 用 不 同 的 命令 :

a. 恢 复 静 态 IP 地 址 命 令 。

a. 恢 复 静 态 IP 地 址 命 令

netshinterfaceipsetaddressname=“source=staticaddr=192.168.1.19mask=255.255.255.0gateway=none 

b. 恢 复 动 态 IP 地 址 命 令 。

netshinterfaceipsetaddress“本 地 连 接 ” dhcp

(3) 使 用 SetupAPI 相 关 接 口 API 函 数 启 用 目 标 网 卡 , 这 样 就 完 成 了 网卡 配 置 信 息 的 恢 复 。


3结 论

本 文 针 对 LED 显 示 屏 调 试 过 程 中 对 网 络 直 连 的 需 求 , 提 出 一 种 网 络 直连 的 方 法 ,系 统 在 启 动 时 自 动 保 存 网 卡 配 置 信 息 ,使 用 网 络 直 连 进 程 构 建网 络 直 连 通 道 , 退 出 系 统 时 自 动 恢 复 网 卡 配 置 信 息 , 使 用 户 无 需 知 道 LED显 示 屏 的 IP 地 址 ,也 不 用 修 改 PC 机 的 IP 地 址 ,便 可 实 现 PC 机 与 LED 显示 屏 的 网 络 通 信 。

该 方 法 在 LED 导 航 者 软 件 中 使 用 ,其 可 靠 性 、稳 定 性 和时 效 性 得 到 了 用 户 的 认 可 ,取 得 了 良 好 的 效 果 。实 践 证 明 ,该 方 法 可 为 类似 的 应 用 提 供 一 种 可 供 借 鉴 的 解 决 方 案 。


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