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          LED顯示屏與網絡直連如何實現?
          發表日期:2020/3/23 10:21:54    文章編輯:彩光科技    瀏覽次數:181   

          LED 顯 示 屏 工 程 應 用 中 , 顯 示 屏 一 般 在 出 廠 前 要 做 好 參 數 配 置 、 調試 、 點 亮 , 并 做 節 目 測 試 , 否 則 由 于 現 場 條 件 限 制 , 這 些 工 作 很 難 開 展 。

          在 做 調 試 和 節 目 測 試 時 ,可 通 過 串 口 和 網 口 進 行 通 信 ,而 隨 著 網 絡 普 及 和速 度 的 提 升 ,網 絡 通 信 方 式 被 更 多 的 用 戶 采 用 ,即 用 戶 通 過 集 線 器 或 網 絡直 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 段 ; 而 網 絡 直 連 時 , PC 機 和 顯 示 屏 的 IP 地 址 必 須 在 同 一 個 網 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 場 安 裝 的 IP 地 址 可 能 不 一 樣 ,并 且 現 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 調試 過 程 中 , 需 要 反 復 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 用 中 的 這 些 問 題 ,有 用 戶 提 出 能 否 采 用 網 絡 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 PC 機 與LED 顯 示 屏 網 絡 通 信 , 讓 用 戶 更 方 便 地 調 試 LED 顯 示 屏 。

          通 過 市 場 調 研 ,有 些 軟 件 聲 稱 實 現 了 LED 顯 示 屏 網 絡 直 連 的 方 式 ,但 在 具 體 實 現 上 并 不 能令 人 滿 意 ,例 如 穩 定 性 、可 靠 性 和 時 效 性 等 方 面 并 不 如 意 。經 過 研 究 ,本文 提 出 一 種 新 的 網 絡 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 試 顯 示 屏 。


          1主 要 功 能 需 求 分 析 和 模 型 構 建

          對 于 網 絡 直 連 , 硬 件 如 圖 1所 示 , 用 網 絡 直 連 線 將 PC 機 和 顯 示 屏 連 接起 來 , 然 后 手 動 設 置 它 們 的 IP 地 址 在 同 一 個 網 段 , 即 可 進 行 通 信 了 。

          網絡直連圖.jpg

          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 PC 機 與 顯 示 屏 直 連 通 信 的 目 的 ,可 借 助 DHCP服 務 原 理 來 解 決 :即 設 置 LED 顯 示 屏 為 某 固 定 IP 地 址 的 DHCP服 務 器 ,設 置 PC 機 網 卡 為 自 動 獲 取 IP 地 址 的 方 式 ,通 過 DHCP服 務 功 能 ,自 動 配 置 PC 機 的 網 卡 IP 地 址 ,這 樣 網 絡 連 接 通 道 就 建 立 了 。有 些 開 發 商

          就 采 用 這 種 方 式 實 現 了 網 絡 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 敗 ;

          其 二 , 只 能通 過 操 作 系 統 自 帶 的 系 統 完 成 ,沒 有 干 預 ,用 戶 不 能 設 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 用 中 顯 然不 太 好 ;

          其 四 , 退 出 系 統 時 , 不 能 恢 復 PC 機 原 有 的 網 卡 配 置 信 息 。

          網絡直連系統模型.jpg


          基 于 此 , 經 過 研 究 , 本 文 提 出 一 種 新 的 網 絡 直 連 方 法 , 可 以 實 現 網 絡直 連 、 自 動 獲 取 IP 地 址 以 及 實 現 PC 機 網 卡 配 置 信 息 保 存 和 恢 復 等 功 能 ,克 服 當 前 實 現 方 法 的 不 足 , 提 高 可 靠 性 、 穩 定 性 和 時 效 性 等 各 方 面 性 能 ,其 系 統 模 型 如 圖 2所 示 , 主 要 功 能 和 工 作 流 程 如 下 :

          (1) 啟 動 系 統 時 , 檢 索 、 訪 問 PC 機 的 所 有 網 卡 , 并 保 存 其 網 卡 配 置 信息 , 供 退 出 系 統 時 恢 復 ;

          (2) 啟 動 網 絡 直 連 進 程 ;

          (3) 廣 播 IP 地 址 請 求 數 據包 ;

          (4) 返 回 IP 地 址 數 據 包 ;

          (5) 解 包 ,獲 取 PC 機 和 LED 顯 示 屏 的 IP 地 址 ,設 置 PC 機 的 IP 地 址 ;

          (6) 返 回 LED 顯 示 屏 的 IP 地 址 , 關 閉 網 絡 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 、發 送 節 目 、開 關 屏 等 通 信 控 制 操 作 ;

          (8) 退 出 系 統 時 ,根 據 (1) 保 存 的 網 卡 配 置 信 息 , 恢 復 PC 機 網 卡 的 原 始 狀 態 。

          在 以 上 流 程 中 , (2) ~ (6) 是 核 心 過 程 , 它 模 擬 DHCP服 務 , 實 現 PC 機廣 播 請 求 IP 地 址 , 獲 取 PC 機 IP 地 址 并 設 置 , 上 傳 LED 顯 示 屏 IP 地 址 ,完 成 網 絡 直 連 通 道 的 建 立 , 是 進 行 網 絡 直 連 操 作 時 必 做 的 步 驟 ;(1) 和 (8)是 啟 動 和 退 出 系 統 時 所 做 的 保 存 PC 機 網 卡 配 置 信 息 和 恢 復 網 卡 配 置 信 息操 作 ;(7) 是 在 完 成 網 絡 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 鍵 功 能 的 設 計 和 實 現

          2.1 保 存 PC 機 網 卡 配 置 信 息

          用 來 調 試 顯 示 屏 的 PC 機 ,一 般 是 一 機 多 用 ,在 調 試 顯 示 屏 的 同 時 ,還用 來 辦 公 、 上 網 , 其 網 卡 IP 地 址 可 能 是 固 定 的 或 自 動 獲 取 的 。 在 做 網 絡直 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 其 IP 地 址 。 

          而 要 做 到 這 一 點 , 可 在 啟 動 LED 控 制 軟 件 時 , 讀 取 當前 網 卡 配 置 信 息 , 如 IP 地 址 、 網 卡 名 、 MAC 地 址 、 網 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 置 一 個 標識 ,記 錄 用 戶 在 調 試 顯 示 屏 的 過 程 中 ,是 否 使 用 過 網 絡 直 連 操 作 ,待 退 出系 統 時 使 用 。

          在 Windows 操 作 系 統 中 ,可 使 用 IPHelper 接 口 來 讀 取 網 卡 信 息 ,它 是一 套 用 于 管 理 本 地 網 絡 設 置 的 API , 通 過 它 使 用 IP_ADAPTER_INFO 結 構 ,可 以 方 便 地 提 取 上 述 網 卡 配 置 信 息 , 保 存 到 鏈 表 中 。


          2.2 借 鑒 DHCP服 務 原 理 , 構 建 網 絡 直 連 通 道

          要 實 現 PC 機 和 LED 顯 示 屏 網 絡 直 連 通 信 ,必 須 解 決 兩 個 關 鍵 問 題 :其一 , 讓 PC 機 和 LED 顯 示 屏 在 同 一 個 網 段 ; 其 二 , 知 道 LED 顯 示 屏 的 IP 地址 。

          除 此 之 外 , 還 要 解 決 多 網 卡 、 無 線 網 卡 對 網 絡 直 連 的 干 擾 等 現 象 。 借鑒 DHCP原 理 , 主 要 解 決 思 路 如 下 :

          (1) 在 PC 機 端 設 計 一 個 網 絡 直 連 控 制 進 程 ;

          (2) 需 要 網 絡 直 連 時 , 啟 動該 進 程 ,通 過 Windows 相 關 網 絡 API 函 數 和 注 冊 表 信 息 ,確 定 與 LED 顯 示屏 連 接 的 非 無 線 網 卡 , 將 其 MAC地 址 放 入 構 建 請 求 IP 地 址 的 UDP 數 據 包中 , 然 后 廣 播 出 去 , 同 時 啟 動 內 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 本 身 IP 地 址 , 構 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 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 絡 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 置 PC 機 網 卡 IP 地 址 , 上 傳 LED顯 示 屏 的 IP 地 址 給 控 制 軟 件 , 成 功 后 , 關 閉 網 絡 直 連 控 制 進 程 , 完 成 網絡 直 連 通 道 的 建 立 。

          這 個 網 絡 直 連 的 過 程 涉 及 三 個 系 統 :

          (1) 網 絡 直 連 控 制 進 程 ,它 構 建 請求 IP 地 址 UDP 數 據 包 并 廣 播 出 去 , 同 時 監 控 目 標 網 卡 的 68 端 口 , 捕 獲 返回 的 UDP 數 據 包 , 解 析 出 PC 機 的 IP 地 址 和 LED 顯 示 屏 的 IP 地 址 , 然 后設 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 絡直 連 的 任 務 ;

          (2)LED 顯 示 屏 DHCP 服 務 子 進 程 , 它 接 收 PC 機 的 IP 地 址 請求 ,構 建 并 設 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 用 戶 選 擇 網 絡 直 連 方 式 時 ,啟 動 網 絡 直 連 控 制 子 進 程 ,實 現網 絡 直 接 通 道 的 建 立 , 完 成 后 , 關 閉 該 進 程 。

          2.3 恢 復 PC 機 網 卡 的 配 置 信 息

          退 出 系 統 時 ,根 據 2.1 保 存 的 是 否 使 用 過 網 絡 直 連 的 標 識 進 行 判 斷 ,如果 沒 有 使 用 過 網 絡 直 連 方 式 ,則 無 需 執 行 網 絡 IP 恢 復 功 能 ; 否 則 將 執 行 恢復 功 能 , 還 原 2.1 保 存 的 網 卡 配 置 , 恢 復 網 卡 IP 地 址 可 使 用netshinterfaceipset 命 令 。 同 時 , 為 了 加 快 處 理 速 度 并 提 高 成 功 率 , 可按 禁 用 網 卡 、 設 置 網 卡 IP 地 址 、 再 啟 用 網 卡 的 步 驟 實 施 :

          (1) 使 用 Windows 的 SetupAPI 相 關 接 口 API 函 數 禁 用 目 標 網 卡 ;

          (2) 恢復 目 標 網 卡 IP 設 置 , 根 據 靜 態 IP 地 址 和 動 態 IP 地 址 , 分 別 用 不 同 的 命令 :

          a. 恢 復 靜 態 IP 地 址 命 令 。

          a. 恢 復 靜 態 IP 地 址 命 令

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

          b. 恢 復 動 態 IP 地 址 命 令 。

          netshinterfaceipsetaddress“本 地 連 接 ” dhcp

          (3) 使 用 SetupAPI 相 關 接 口 API 函 數 啟 用 目 標 網 卡 , 這 樣 就 完 成 了 網卡 配 置 信 息 的 恢 復 。


          3結 論

          本 文 針 對 LED 顯 示 屏 調 試 過 程 中 對 網 絡 直 連 的 需 求 , 提 出 一 種 網 絡 直連 的 方 法 ,系 統 在 啟 動 時 自 動 保 存 網 卡 配 置 信 息 ,使 用 網 絡 直 連 進 程 構 建網 絡 直 連 通 道 , 退 出 系 統 時 自 動 恢 復 網 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 PC 機 與 LED 顯示 屏 的 網 絡 通 信 。

          該 方 法 在 LED 導 航 者 軟 件 中 使 用 ,其 可 靠 性 、穩 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 用 提 供 一 種 可 供 借 鑒 的 解 決 方 案 。


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