摘要 提出一種全新的對嵌入式網(wǎng)關(guān)IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置方案及其具體實現(xiàn)方法。該方案通過在數(shù)據(jù)鏈路層架構(gòu)協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)底層和嵌入式網(wǎng)關(guān)通信，既回避了在傳輸層之上通信必須知道IP地址和端口號的矛盾，又實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化設(shè)置和管理的目的。采用Winpcap開發(fā)包編寫服務(wù)囂端軟件，嵌入式網(wǎng)關(guān)添加必要的協(xié)議解析和服務(wù)器協(xié)同工作，真正建立一個快捷、便利的嵌入式網(wǎng)關(guān)參數(shù)設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境。
關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) 以太網(wǎng) IP地址 MAC地址 遠(yuǎn)程設(shè)置
引 言
近年來，人們都把TCP/IP協(xié)議棧作必要裁減后移植到8位或16位微處理器上，完成嵌入式異型網(wǎng)關(guān)的構(gòu)建(如北京英貝多EM2002系列網(wǎng)關(guān)，海華信網(wǎng)絡(luò)通等)，從而使不同類型的數(shù)據(jù)包可以通過透明傳輸接入到現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，自此開辟了網(wǎng)絡(luò)測控的新紀(jì)元。

嵌入式網(wǎng)關(guān)的運行必然遇到IP地址的設(shè)置問題。傳統(tǒng)的方案是在設(shè)備出廠前直接燒寫在Flash中，或利用串口本地設(shè)置，或在已知IP的前提下利用以太網(wǎng)口設(shè)置。上述方案繁瑣和不靈活，希望有一種靈活、便捷、全新的IP設(shè)置方案。通過對網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的分析，實現(xiàn)一種在數(shù)據(jù)鏈路層完成對嵌入式網(wǎng)關(guān)IP遠(yuǎn)程設(shè)置方案。該方案的優(yōu)點集中表現(xiàn)在出廠無須固化IP、遠(yuǎn)程動態(tài)設(shè)置、穿透子網(wǎng)、集中管理等。
1 技術(shù)對比
目前，實現(xiàn)嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)置模式主要有圖l所示的兩種：一是本地化，二是網(wǎng)絡(luò)化，但具體實現(xiàn)方法不同。為了描述方便，把用于設(shè)置的PC機定義為上位機，嵌入式網(wǎng)關(guān)定義為下位機。

(1)直接燒寫法
直接燒寫是在程序中給定1P、MAC地址端口號等參數(shù)，編譯后燒寫在Flash中。該方法明顯不夠靈活，每次修改都須重新編譯、重新下載。

(2)串口法
串口法是通過串口通信修改存儲在EEPROM中的IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。該方案較前一種有一定的靈活性，但由于RS 232的傳輸距離和網(wǎng)絡(luò)擴展難的限制，往往只能應(yīng)用在一對一的本地設(shè)置

(3)已知lP遠(yuǎn)程修改法
該方法可以達到網(wǎng)絡(luò)化管理的目的，但設(shè)備須在出廠前一一預(yù)設(shè)不同的IP地址才能完成建立在傳輸層之上的網(wǎng)絡(luò)通信。一般此時設(shè)置的IP不滿足具體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求，即意味著此次設(shè)置是一次不必要的重復(fù)勞動。

綜合上述方案的優(yōu)缺點，提出在數(shù)據(jù)鏈路層架構(gòu)協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)底層完成數(shù)據(jù)通信的方案，彌補了出廠前必須固化IP的不足，實現(xiàn)了在項目實施后統(tǒng)一對設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化管理。該方案的優(yōu)點還表現(xiàn)在由于其回避TCP/IP包，這樣在一個節(jié)點可修改位于不同子網(wǎng)中的任意嵌入式網(wǎng)關(guān)的IP地址。該方案的實質(zhì)是省去了TCP、IP報頭，直接根據(jù)MAC地址完成目標(biāo)主機的識別和通信。
2 實現(xiàn)原理
2.1 數(shù)據(jù)鏈路層幀格式的分析
由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運行于Ethernet(以太網(wǎng))，所以這里所涉及的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議是指Ethernet的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。IEEE 802項目將數(shù)據(jù)鏈路層分為LLc(邏輯鏈路控制)層和MAC(介質(zhì)訪問控制)層。LLC層包含數(shù)據(jù)幀中和終端用戶相關(guān)的部分，如邏輯地址、控制信息和數(shù)據(jù);MAC層解決了共享介質(zhì)的競爭問題，包含同步、標(biāo)識、流量和差錯控制。IEEE802.3制定了支持LAN標(biāo)準(zhǔn)CSMA/CD訪問控制模式的Ethernet標(biāo)準(zhǔn)，其幀格式下：


2.2 幀格式的定義
通過對數(shù)據(jù)鏈路層幀格式的分析，不難發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)鏈路層包含了能惟一標(biāo)識一臺主機的MAC地址。不需要ARP協(xié)議做IP和MAC地址映射，進而實現(xiàn)未知目的IP的鏈路層通信。

為了滿足實現(xiàn)對嵌人式網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程設(shè)置要求，可根據(jù)Ethernet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)定義幀格式，且命名為RSF幀(Remote Set Frame)：


目的MAC地址，6字節(jié)；
源MAC地址，6字節(jié)；
幀類型(RSF=0801 IP=0800 ARP=0806 RARF=8035)，2字節(jié)；
OP操作選項(RSF query=01，RSF setIp=02，RSFreplyr=03)，2字節(jié)；
目的port，2字節(jié)；
發(fā)送端MAC地址，6字節(jié)；
發(fā)送端IP地址，4字節(jié)；
目的MAC地址，6字節(jié)；
目的IP地址，4字節(jié)；
設(shè)置結(jié)果，1字節(jié)。

該幀格式的定義類似于TCP/IP協(xié)議棧中的ARP協(xié)議幀，包含了以太網(wǎng)頭14個字節(jié)。幀類型，在該字段802項目定義的有效長的值與以太網(wǎng)的有效類型值無一相同，這樣可以區(qū)分這兩種幀的格式，這里設(shè)定該幀類型為0801，以區(qū)別于已定義的幀類型；OP操作碼，RSF query=01表示服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)包用于查詢網(wǎng)絡(luò)中的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的MAc地址，RsF setlp=02表示服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)包用于設(shè)置嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址，RsF reply=03用于設(shè)置信息的返回；端口號是目的端預(yù)設(shè)置的端口號：剩下的20字節(jié)為發(fā)送端和目的端的IP和MAC地址。
3 具體實現(xiàn)
根據(jù)上述幀格式的定義和圖2所示的系統(tǒng)流程，分別在上位機和下位機添加相應(yīng)的接口和功能模塊來實現(xiàn)。

上位機發(fā)出查詢下位機MAc地址的請求指令，下位機接收后響應(yīng)請求，返回本地MAC地址；上位機為查詢到的不同MAc地址分配不同的IP地址之后發(fā)送設(shè)置IP請求；下位機接收后響應(yīng)請求，并截取數(shù)據(jù)包中的信息來完成本地設(shè)置；最后上位機根據(jù)設(shè)置返回的狀態(tài)決定是否重新設(shè)置。其中給查詢到的MAc