21ic 微控制器拨号上网的实现.htm

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            style="TEXT-INDENT: 30px">为了方便软件编程，需要针对硬件编写一些底层驱动程序。首先是串行口的驱动函数：打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、写串口数据（WriteComm）等。然后在这些串口函数的基础上编写MODEM的驱动函数。单片机通过串行口控制MODEM，进行拨号、设置等操作。控制方法采用AT命令，例如：ATDT命令用来拨号、ATV命令控制MODEM返回值的格式等。控制MODEM拨打ISP的电话号码后，MODEM就转入在线模式（On-Line），此时微控制器向串行口发送的所有数据都会直接传送给ISP主机。同样ISP主机的回答也传回微控制的串行口。可以说此时的MODEM和电话线建立了一个从微控制器到ISP的透明数据连接。当数据传送完成需要断开连接时，微控制器通知MODEM结束会话，并从在线模式转回普通的命令模式。这可以通过置高MODEM的DTR线完成。同时，处于在模式下微控制器也要不断检测CD线是否处于高电平，当线路由于异常断开时，CD线会回复到平常的低电平。根据这些操作，编写MODEM驱动函数：（1）MODEM初始化函数（ModemInit）；（2）拨号函数（ModemDial）；（3）断开与ISP连接（ModemHangUp）；（4）检测MODEM是否处于在线状态（ModemOnLine）等。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">这些底层的驱动函数将会使上层协议的编写很方便；更重要的是，它提供了一个硬件抽象层。当底层硬件改动时，只需要对底层的驱动数改动，而上层函数的代码不变。<BR><IMG 
            height=223 hspace=10 src="21IC 微控制器拨号上网的实现.files/20b.gif" width=549 
            vspace=10 border=0><BR><B>2 软件整体结构</B></P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">2.1 软件层次结构</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">程序中的所有代码都由C语言编写，采用分层结构，从底到上分别为：串口驱动层、MODEM驱动层、PPP协议层、IP协议层、UDP协议层与应用层。上层函数的实现需要应用到底层函数，而底层函数的任务就是为上层函数提供服务，最终完成应用层任务，传送数据。各层的主要函数如图2所示。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">可以看出，为了尽量简化，在传输层使用了UDP协议而非TCP协议。其实大多数情况下使用无线连接的UDP协议已经足够，而且会使程序大幅简化。</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">2.2 串口接收中断的处理</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">为了节省代码空间，软件未使用实时操作系统，例如<FONT 
            face=Arial>μC/OS</FONT>等，而是利用多个有了状态机来控制程序的运行。其中最重要的就是MODEM状态机。MODEM可以处在两个状态：命令状态和在线状态。当处于命令状态时，串行口接收MODEM的返回值信息。而当微控制器进行拨号命令之后，MODEM转而处于在线状态，此时微控制器与ISP直接连接，它们之间的通信要符合PPP报文协议。因此，串行口接收的是PPP报文。在本程序中，串口使用中断接收模式，因此在串口接收中断处理函数中，首先要判断MODEM是处于命令状态还是在线状态。如果处于在线状态，则要按照PPP报文格式处理。找到一个完整的PPP报文后则通知主循环处理。中断处理程序的总体结构如下：</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">void serial0() interrupt 4 using 2</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">{//串行口中断处理函数</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">unsigned char c;</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">EA=0;</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">if(RI)</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">{</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">RI=0；</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">c=SBUF;//获得串口数据</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">if(ModemState==COM)</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">ProModemCommand(c);//处于命令状态</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">Else</P>
            <P 
style="TEXT-INDENT: 30px">ProPPPReceive(c);//处于在线状态，寻找完整的PPP报文</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">}</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">}<B><BR><IMG height=277 hspace=10 
            src="21IC 微控制器拨号上网的实现.files/20c.gif" width=549 vspace=10 
            border=0><BR>3 PPP协议的实现</B></P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">PPP（Point to Point 
            Protocol）是数据链路层协议中的一种，是目前应用最广的一种广域网协议。PPP协议假定两个对等实体间有一个双向全双工的连接，而且数据包按顺序投递，这正好符合串行口的通信方式。PPP协议不需要差错控制、排序和流量控制，易于实现，而且支持对多种高层协议（如IP、TCP、UDP）的复用。所以使用PPP拨号上网是微控制器实现Internet连接的最佳选择。大部分的ISP也正是通过PPP协议提供网络服务的。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">PPP协议的帧结构如图3（a）所示。串口中断程序以包起始和结束符来判断是否有完整的PPP包，并对PPP包的内容进行校验以确定数据包的完整性和正确性。然后在主循环中进入PPP报文解板模块，在护号后初次与ISP通信阶段，系统首先要与ISP进行通信链路的协商，即协商点到点的各种链路参数配置。协商过程遵守LCP（Link 
            Control Protocol）、PAP（Password Authentication 
            Protocol）和IPCP（Internet Protocol Control 
            Protocol）等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路连接；PAP协议用于处理密码验证部分；IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址。协商机制用有限状态机模型来实现。一旦协商完成，链路已经创建，IP地址已经分配就可以按照协商的标准进行IP报文的传输了。根据应用的不同，IP报文中可以携带UDP报文也可以是TCP或ICMP报文。本系统正是采用UDP报文传送数据信息的。数据传输完成后，下位机会向ISP发送LCP的断开连接报文以终止网络连接。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">值得注意的是，PPP报文、LCP、PAP、IP报文与UDP报文是互相嵌套的。即PPP报文中嵌入了IP报文和LCP、PAP等报文，而IP报文中嵌入了UDP报文。当PPP报文的协议符为0021时表示嵌入了IP数据报，当C021时表示嵌入LCP数据报，而为C023表示嵌入PAP数据报。PPP报文的基本解析过程如图3（b）所示。</P>
            <P style="TEXT-INDENT: 30px">3.1 登录ISP的协议协商过程</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">系统的难点之一是微控制器登陆ISP并与IISP的协商过程，其中需要应用到LCP、PAP与IPCP协议。LCP、PAP与IPCP协议的帧结构大同小异，最常用的是请求（REQ）、同意（ACK）和拒绝（NAK）三种帧。微控制器与ISP协商时，任何一方都可以发送REQ帧请求某方面的配制，另一方如果觉得配置不能接受会回应NAK帧，如果可以接受则回应ACK帧。为了节省资源，这里只处理这三种数据帧，其它链路问题都由微控制器在程序控制下自己重新拨号解决。各种配置选项协商好以后，PPP才可以成功登陆。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">在拨号成功连接后，ISP首先返回一个PAPREQ数据帧，微控制器发送一个空LCP 
            REQ帧以强迫ISP进行协议协商阶段；随后ISP发送LCP设置帧，微控制器拒绝所有的设置并请求验证模式。ISP选择CHAP或PAP方式验证，这里只接受PAP方式。然后进行PAP验证用户名和密码过程，如果成功，ISP会返回IPCP报文设置IP地址。此时，就完成了与ISP的协商过程，可以通过向ISP发送IP报文的方式连接互联网传送数据了。协商过程的状态转换图如图4所示。<BR><IMG 
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            vspace=10 border=0><BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp; <SPAN class=main1>3.2 
            IP与UDP报文的解析</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">协商完成后进入IP数据报通信阶段。此时，微控制器向ISP发送的所有包含IP报文的PPP报文都会被ISP传送给IP报文内的相应IP地址，而远端所有向微控制器IP地址发送的报文也都会经ISP传送到单片机，从而完成微控制器与远程主同通过互联网的数据传输。</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">为了使程序尽量简化，选用IP承载UDP协议发送数据。在程序中实现IP与UDP报文的数据结构，向指定的主机IP地址发送UDP报文较易实现。但应注意，在应用层需要用户实现自己的协议。例如对于远程读表系统，要规定仪表的数据传输协议；根据协议把相应的仪表数据放入UDP报文中，传给主机；同时，主机也可以按照协议向单片机发送UDP报文。可以利用UDP报文的端口号，把不同的报文发送到不同的端口中以方便单片机的解析。&nbsp;</P>
            <P 
            style="TEXT-INDENT: 30px">经过优化，本系统的软件代码可以精简到6K字节左右，共使用不到300字节的数据存储器。由于程序使用C语言编写，稍加改到就可以在各种系列的微控制器上实现。微控制器通过MODEM拨号上网技术，可以广泛应用于需要远程传送数据的系统中，特别适合远程秒表、远程监控等领域。 
            </SPAN></P>
            <P></P></DIV></TD></TR>
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                <TD width=75>【<A href="javascript:doPrint();">打印本稿</A>】</TD>
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                <TD width=75>
                  <P>【<A 
                  href="http://www.21ic.com/new_info/news/review.asp?title=微控制器拨号上网的实现target=" 
                  _blank?>发表评论</A>】</P></TD>
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                <TD width=79>【<A 
                  href="http://www.21ic.com/new_info/news/sendmail.asp?num=微控制器拨号上网的实现">推荐</A>】</TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR>
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