[发明专利]嵌入式网络通讯系统

说明书

技术领域

本发明是一种功能可配置的嵌入式网络通讯系统的FPGA实现方法。

背景技术

随着各种电子、机械设备智能化程度越来越高、应用范围越来越广，对通过网络实现设备间相互通讯、与控制中心间互相通讯的要求也越来越迫切。当前连接于网络上的各类非PC设备数量已经远远超过普通PC的数量，连通性、网络功能等将成为各类设备的标准功能，以扩展、增强设备性能。这些设备对网络功能的需求与普通PC用户不同，工作环境也具备独特性，普通的网络通讯系统往往不能简单移植到各类电子、机械设备上。而且由于各种设备互不相同，对网络通讯的要求也各不相同，难以完全统一，通常需要单独开发嵌入式的网络通讯系统。

另一方面，随着各类基于网络的应用不断增加，网络的建设呈现出爆炸性的发展，网络速度不断提高，使得网络协议的处理成为瓶颈。传统的基于软件的网络协议处理方式也不再适合新的网络传播速度。

发明内容

技术问题：为了满足当前网络发展对网络协议处理速度的要求，满足各类专业设备对网络通讯功能的独特要求，实现高速性、模块化、高移植能力，本发明提供一套功能可配置的嵌入式网络通讯系统。

技术方案：整个嵌入式网络通讯系统分为Ethernet发送模块、Ethernet接收模块、ARP发送模块、ARP接收模块、IP数据发送模块、IP数据接收模块、ICMP模块、UDP模块、RAM模块等部分。通过VHDL语言在FPGA上实现整体系统。

有益技术效果：通过VHDL语言和FPGA硬件实现系统功能可配置性、高移植性，在配套设备升级变化时，可同时实现本发明系统升级。同时硬件实现的嵌入式网络通讯系统在网络通讯协议处理速度上也大大优于传统的软件系统。

附图说明

图1为本发明嵌入式网络通讯系统流程图。

具体实施方案

一种嵌入式网络通讯系统的实现方法，包括UDP模块、ICMP模块、IP数据发送模块、IP数据接收模块、ARP数据发送模块、ARP数据接收模块、Ethernet数据发送模块、Ethernet数据接收模块、RAM模块等部分。通过使用VHDL语言在FPGA硬件上实现。

UDP模块用于实现UDP协议(用户数据报协议)。UDP协议是一种无连接协议，不提供可靠性保障。发送端将不接收被发送数据的反馈信息，也不提供错误恢复功能，这些功能由其他模块的其他协议实现(具体实现过程将在下面的其他模块说明中详细介绍)。UDP模块包括UDP数据的发送和接收。当IP数据包通过网络到达接收端，并且对应协议域设置为UDP类型时，UDP模块将把UDP数据包的包头移除，并到数据包指定的端口取数据。

ICMP模块负责处理ICMP协议(网间控制报文协议)。ICMP信息通常用来实现PING功能。一个有效的PING操作包含0到216个8字节数据，通常由发送端向其他设备发送，其他设备接收到PING请求之后返回ICMP反馈信息。如果及时收到反馈信息，说明网络连接情况良好。反之则说明网络通讯出现问题。当一个IP数据包通过网络到达接收端，并且对应协议域设置为ICMP类型时，ICMP模块将把ICMP数据包头剥离，并把剩余信息放入反馈ICMP数据包发送回数据发送端。

IP数据发送模块负责处理网络协议中最重要的协议之一：IP协议(网际协议)。IP数据发送模块负责对上层UDP模块、ICMP模块产生的数据包进行打包，增加IP协议所需相关数据包头，并且当数据长度超过1480个字节时，对数据进行分割操作。IP数据包产生后将被传递到下层的ARP数据发送模块。当IP数据包在网络中传输所通过的路由器数目超过发送端的限定后，该IP数据包将被丢弃，并返回一个ICMP反馈数据包到IP数据发送模块。IP数据发送模块在打包过程中将对该数据包增加目的IP地址、源IP地址、协议参数、数据长度等内容。

IP数据接收模块同样负责处理IP协议。该模块对下层接收模块传递上来的数据包进行IP数据包头剥离，计算出下一步需要进行的操作。如果本次IP数据包包含内容为部分碎片，则把碎片内容存放在存储区，等待与该碎片相关的其他碎片。并在每接收到一个新的碎片时，重新计时。如果超过时间限制，存储区内容将被清空。如果在限定时间内接收到所有碎片内容，则按包头包含信息次序进行重新组合，恢复后传递给上层接收模块。