隨著網(wǎng)絡(luò)普及和速度的提升,網(wǎng)絡(luò)通信方式被更多的用戶采用,即用戶通過集線器或網(wǎng)絡(luò)直連的方式與顯示屏通信。其中通過集線器,PC 機和顯示屏IP 可不在同一個網(wǎng)段;而網(wǎng)絡(luò)直連時,PC 機和顯示屏的IP 地址必須在同一個網(wǎng)段。不管采用哪一種方法,都必須知道兩者的IP 地址才能進行通信。但在調(diào)試過程中,由于LED 控制卡太多、放置時間太長或由不同的人進行配置,有時用戶可能不知道顯示屏的IP 地址,這樣就很難開展工作了。另外,出廠配置的IP 地址和現(xiàn)場安裝的IP 地址可能不一樣,并且現(xiàn)場安裝的顯示屏IP 地址由于用戶千差萬別,其IP 地址段也不一樣。這樣一來,在調(diào)試過程中,需要反復(fù)修改顯示屏或PC 機的IP 地址,帶來很大的工作量。因此,基于應(yīng)用中的這些問題,有用戶提出能否采用網(wǎng)絡(luò)直連的方式,無需知道LED 顯示屏的IP 地址,也不用修改PC 機的IP 就可實現(xiàn)PC 機與LED 顯示屏網(wǎng)絡(luò)通信,讓用戶更方便地調(diào)試LED 顯示屏。通過市場調(diào)研,有些軟件聲稱實現(xiàn)了LED 顯示屏網(wǎng)絡(luò)直連的方式,但在具體實現(xiàn)上并不能令人滿意,例如穩(wěn)定性、可靠性和時效性等方面并不如意。經(jīng)過研究,本文提出一種新的網(wǎng)絡(luò)直連的方法,可以很好地解決這些問題,讓用戶方便、可靠、高效地調(diào)試顯示屏。
1 主要功能需求分析和模型構(gòu)建
對于網(wǎng)絡(luò)直連,硬件如圖1 所示,用網(wǎng)絡(luò)直連線將PC 機和顯示屏連接起來,然后手動設(shè)置它們的IP 地址在同一個網(wǎng)段,即可進行通信了。
但采用這種方式,如果事先不知道顯示屏的IP地址,將很難進行通信。為了達到不知道顯示屏IP地址也能實現(xiàn)PC 機與顯示屏直連通信的目的,可借助DHCP 服務(wù)原理來解決:即設(shè)置LED 顯示屏為某固定IP 地址的DHCP 服務(wù)器,設(shè)置PC 機網(wǎng)卡為自動獲取IP 地址的方式,通過DHCP 服務(wù)功能,自動配置PC 機的網(wǎng)卡IP 地址,這樣網(wǎng)絡(luò)連接通道就建立了。有些開發(fā)商就采用這種方式實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)直連,但這種方法存在一些問題:其一,由于UDP 通信為不連接通信,其通信可靠性要差一些,容易失;其二,只能通過操作系統(tǒng)自帶的系統(tǒng)完成,沒有干預(yù),用戶不能設(shè)置超時,有時等待時間太長,最長為60 秒;其三,DHCP 為固定IP 方式,在實際應(yīng)用中顯然不太好;其四,退出系統(tǒng)時,不能恢復(fù)PC 機原有的網(wǎng)卡配置信息。
基于此,經(jīng)過研究,本文提出一種新的網(wǎng)絡(luò)直連方法,可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直連、自動獲取IP 地址以及實現(xiàn)PC 機網(wǎng)卡配置信息保存和恢復(fù)等功能,克服當(dāng)前實現(xiàn)方法的不足,提高可靠性、穩(wěn)定性和時效性等各方面性能,其系統(tǒng)模型如圖2 所示,主要功能和工作流程如下:
(1)啟動系統(tǒng)時,檢索、訪問PC 機的所有網(wǎng)卡,并保存其網(wǎng)卡配置信息,供退出系統(tǒng)時恢復(fù);(2)啟動網(wǎng)絡(luò)直連進程;(3)廣播IP 地址請求數(shù)據(jù)包;(4)返回IP 地址數(shù)據(jù)包;(5)解包,獲取PC 機和LED 顯示屏的IP 地址,設(shè)置PC 機的IP 地址;(6)返回LED 顯示屏的IP 地址,關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)直連,完成通信通道的建立;(7)建立PC 機和LED 顯示屏的通信通道后,即可對顯示屏進行讀/ 寫參數(shù)、發(fā)送節(jié)目、開關(guān)屏等通信控制操作;(8)退出系統(tǒng)時,根據(jù)(1)保存的網(wǎng)卡配置信息,恢復(fù)PC 機網(wǎng)卡的原始狀態(tài)。
在以上流程中,(2)~(6) 是核心過程,它模擬DHCP 服務(wù),實現(xiàn)PC 機廣播請求IP 地址,獲取PC機IP 地址并設(shè)置,上傳LED 顯示屏IP 地址,完成網(wǎng)絡(luò)直連通道的建立,是進行網(wǎng)絡(luò)直連操作時必做的步驟;(1)和(8)是啟動和退出系統(tǒng)時所做的保存PC機網(wǎng)卡配置信息和恢復(fù)網(wǎng)卡配置信息操作;(7)是在完成網(wǎng)絡(luò)直連通道后進行的顯示屏控制的一般操作。本文重點介紹前兩者。
2 關(guān)鍵功能的設(shè)計和實現(xiàn)
2.1 保存PC 機網(wǎng)卡配置信息
用來調(diào)試顯示屏的PC 機,一般是一機多用,在調(diào)試顯示屏的同時,還用來辦公、上網(wǎng),其網(wǎng)卡IP 地址可能是固定的或自動獲取的。在做網(wǎng)絡(luò)直連時,可能會改變其IP 地址,為了不影響用戶的工作,退出時需要自動恢復(fù)其IP 地址。而要做到這一點,可在啟動LED 控制軟件時,讀取當(dāng)前網(wǎng)卡配置信息,如IP 地址、網(wǎng)卡名、MAC 地址、網(wǎng)卡類型、是否是自動配置IP 地址等等,將這些信息放入一個鏈表中保存,同時設(shè)置一個標(biāo)識,記錄用戶在調(diào)試顯示屏的過程中,是否使用過網(wǎng)絡(luò)直連操作,待退出系統(tǒng)時使用。
在Windows 操作系統(tǒng)中,可使用IP Helper 接口來讀取網(wǎng)卡信息,它是一套用于管理本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的API,通過它使用IP_ADAPTER_INFO 結(jié)構(gòu),可以方便地提取上述網(wǎng)卡配置信息,保存到鏈表中。
2.2 借鑒DHCP 服務(wù)原理,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)直連通道
要實現(xiàn)PC 機和LED 顯示屏網(wǎng)絡(luò)直連通信,必須解決兩個關(guān)鍵問題:其一,讓PC 機和LED 顯示屏在同一個網(wǎng)段;其二,知道LED 顯示屏的IP 地址。
除此之外,還要解決多網(wǎng)卡、無線網(wǎng)卡對網(wǎng)絡(luò)直連的干擾等現(xiàn)象。借鑒DHCP 原理,主要解決思路如下:
。1)在PC 機端設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)直連控制進程;(2)需要網(wǎng)絡(luò)直連時, 啟動該進程, 通過Windows 相關(guān)網(wǎng)絡(luò)API 函數(shù)和注冊表信息,確定與LED 顯示屏連接的非無線網(wǎng)卡,將其MAC 地址放入構(gòu)建請求IP 地址的UDP 數(shù)據(jù)包中,然后廣播出去,同時啟動內(nèi)部UDP 包捕獲子進程;(3)LED 顯示屏收到請求IP 地址的UDP 包后,根據(jù)本身IP 地址,構(gòu)造一個PC 機的IP 地址,將其廣播出去,為了不引起混亂,這里構(gòu)建的是偽DHCP 包,正常的Windows 客戶端收到該UDP 包時,并不會自動改變其IP 地址;(4)網(wǎng)絡(luò)直連控制進程的UDP 包捕獲子進程接收到分配的IP 地址的UDP 包后,解包得到PC機的IP 地址和LED 顯示屏的IP 地址;(5)設(shè)置PC 機網(wǎng)卡IP 地址,上傳LED 顯示屏的IP 地址給控制軟件,成功后,關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)直連控制進程,完成網(wǎng)絡(luò)直連通道的建立。
這個網(wǎng)絡(luò)直連的過程涉及三個系統(tǒng):(1)網(wǎng)絡(luò)直連控制進程,它構(gòu)建請求IP 地址UDP 數(shù)據(jù)包并廣播出去,同時監(jiān)控目標(biāo)網(wǎng)卡的68 端口,捕獲返回的UDP 數(shù)據(jù)包,解析出PC 機的IP 地址和LED 顯示屏的IP 地址,然后設(shè)置PC 機的IP 地址,將LED顯示屏的IP 地址提交給主進程,完成網(wǎng)絡(luò)直連的任務(wù);(2)LED 顯示屏DHCP 服務(wù)子進程,它接收PC機的IP 地址請求,構(gòu)建并設(shè)置自身IP 地址,并返回PC 機的IP 地址的偽DHCP 包;(3)LED 控制軟件,當(dāng)用戶選擇網(wǎng)絡(luò)直連方式時,啟動網(wǎng)絡(luò)直連控制子進程,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直接通道的建立,完成后,關(guān)閉該進程。
2.3 恢復(fù)PC 機網(wǎng)卡的配置信息
退出系統(tǒng)時,根據(jù)2.1 保存的是否使用過網(wǎng)絡(luò)直連的標(biāo)識進行判斷,如果沒有使用過網(wǎng)絡(luò)直連方式,則無需執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)IP 恢復(fù)功能;否則將執(zhí)行恢復(fù)功能,還原2.1 保存的網(wǎng)卡配置,恢復(fù)網(wǎng)卡IP 地址可使用netsh interface ip set 命令。同時,為了加快處理速度并提高成功率,可按禁用網(wǎng)卡、設(shè)置網(wǎng)卡IP地址、再啟用網(wǎng)卡的步驟實施:
。1)使用Windows 的SetupAPI 相關(guān)接口API函數(shù)禁用目標(biāo)網(wǎng)卡;(2)恢復(fù)目標(biāo)網(wǎng)卡IP 設(shè)置,根據(jù)靜態(tài)IP 地址和動態(tài)IP 地址,分別用不同的命令:
a. 恢復(fù)靜態(tài)IP 地址命令。
netsh interface ip set address name=“本地連接”
source=STatic addr=192.168.1.19 mask=255.
255.255.0 gateway=none.
b. 恢復(fù)動態(tài)IP 地址命令。
netsh interface ip set address“本地連接”dhcp
。3)使用SetupAPI 相關(guān)接口API 函數(shù)啟用目標(biāo)網(wǎng)卡,這樣就完成了網(wǎng)卡配置信息的恢復(fù)。
3 結(jié)論
本文針對LED 顯示屏調(diào)試過程中對網(wǎng)絡(luò)直連的需求,提出一種網(wǎng)絡(luò)直連的方法,系統(tǒng)在啟動時自動保存網(wǎng)卡配置信息,使用網(wǎng)絡(luò)直連進程構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)直連通道,退出系統(tǒng)時自動恢復(fù)網(wǎng)卡配置信息,使用戶無需知道LED 顯示屏的IP 地址,也不用修改PC機的IP 地址,便可實現(xiàn)PC 機與LED 顯示屏的網(wǎng)絡(luò)通信。該方法在LED 導(dǎo)航者軟件中使用,其可靠性、穩(wěn)定性和時效性得到了用戶的認可,取得了良好的效果。實踐證明,該方法可為類似的應(yīng)用提供一種可供借鑒的解決方案。