如何设计与实现LED显示屏网络直连.doc

如何设计与实现 LED 显示屏网络直连来 源 ： 大 比 特 商 务 网摘 要 ： 文 章 针 对 LED 显 示 屏 调 试 过 程 中 对 网 络 直 连 的 需 求 ， 提 出 了 一 种网 络 直 连 的 方 法 该 方 法 可 自 动 匹 配 PC 机 与 LED 显 示 屏 IP 在 同 一 网 段 ，实 现 它 们 之 间 的 网 络 直 连 通 信 ， 启 动 系 统 时 自 动 保 存 PC 机 网 络 配 置 ， 退出 系 统 时 自 动 恢 复 PC 机 网 络 配 置 通 过 这 种 方 式 使 用 户 不 用 知 道 LED显 示 屏 的 IP 地 址 ， 也 不 用 修 改 PC 机 的 IP， 便 可 实 现 PC 机 与 LED 显 示屏 之 间 的 网 络 通 信 ， 让 用 户 方 便 、 高 效 地 调 试 LED 显 示 屏 ， 并 为 类 似 的 应用 提 供 了 一 种 可 借 鉴 的 解 决 方 案 关 键 字 ： 显 示 屏 ,服 务 器 ,PC,LED引 言在 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 。

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 。

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 。