解析LED顯示屏網(wǎng)絡(luò)直連的設(shè)計與實現(xiàn)

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(jī)和顯示屏IP可不在同一個網(wǎng)段;而網(wǎng)絡(luò)直連時，PC機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)的IP就可實現(xiàn)PC機(jī)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。

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(jī)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(jìn)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(jìn)行通信。為了達(dá)到不知道顯示屏IP地址也能實現(xiàn)PC機(jī)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(jī)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(jī)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，容易失敗;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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)和LED顯示屏的IP地址，設(shè)置PC機(jī)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(jī)和LED顯示屏的通信通道后，即可對顯示屏進(jìn)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(jī)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(jī)廣播請求IP地址，獲取PC機(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)行的顯示屏控制的一般操作。本文重點介紹前兩者。

關(guān)鍵功能的設(shè)計和實現(xiàn)

2.1保存PC機(jī)網(wǎng)卡配置信息

用來調(diào)試顯示屏的PC機(jī)，一般是一機(jī)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IPHelper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(jī)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(jī)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(jī)端設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)直連控制進(jìn)程;(2)需要網(wǎng)絡(luò)直連時，啟動該進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)程的UDP包捕獲子進(jìn)程接收到分配的IP地址的UDP包后，解包得到PC機(jī)的IP地址和LED顯示屏的IP地址;(5)設(shè)置PC機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)的IP地址和LED顯示屏的IP地址，然后設(shè)置PC機(jī)的IP地址，將LED顯示屏的IP地址提交給主進(jìn)程，完成網(wǎng)絡(luò)直連的任務(wù);(2)LED顯示屏DHCP服務(wù)子進(jìn)程，它接收PC機(jī)的IP地址請求，構(gòu)建并設(shè)置自身IP地址，并返回PC機(jī)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(jìn)程，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直接通道的建立，完成后，關(guān)閉該進(jìn)程。

2.3恢復(fù)PC機(jī)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(jìn)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netshinterfaceipset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。

netshinterfaceipsetaddressname=“本地連接”

source=STaticaddr=192.168.1.19mask=255.

255.255.0gateway=none.

b.恢復(fù)動態(tài)IP地址命令。

netshinterfaceipsetaddress“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)。

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(jìn)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(jī)的IP地址，便可實現(xiàn)PC機(jī)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(rèn)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。