嵌入式TCP通信速度研究方案探究

本文通過對TCP協議具體低層實現過程中各個環節對時間消耗的分析，找出了提高系統效率，提高通信速度的方法。實踐證明這樣的設計提高了系統的效率，提高數據傳輸率，降低了網絡上傳送冗余分組的數量，明顯改善了系統性能。特別適用于高速、低數據量的采集或測控系統。
　　0引言
　　長久以來，串行RS 232和RS 485通信技術一直是自動化儀器、儀表中常用的通信標準。但近年來，隨著計算機技術、網絡技術、通信技術的發展及其在工業自動化系統中的應用，使得工業自動化系統和儀器、儀表領域加速了向智能化、數字化和網絡化方向發展的進程。出現了電力線通信技術、無線紅外和藍牙通信技術、基于USB接口的通信技術、現場總線技術以及嵌入式Internet接入技術等新技術。其中基于嵌入式Internet接入技術的網絡化儀器是近年提出的全新概念，它是儀器檢測技術與現代計算機技術、網絡通信技術、微電子技術深度融合的產物口。檢測儀器接入Internet，成為執行測量和控制任務的儀器Web站點，這種網絡化儀器可以像普通儀器那樣按設定程序對相關物理量進行自動測控、存儲和顯示等，同時允許已授權的用戶通過Internet遠程對儀器進行操作、監控、故障診斷等。在具體的應用中，出現了不少問題，其中之一就是傳輸率和系統利用率不高，本文正是在這種背景下產生的。
　　1 TCP通信硬件接口
　　典型的8位機采用TCP協議接入Internet的以太網網絡接口如圖1所示。RTL8019AS以其優異的性價比，成為目前單片機以太網系統的首選以太網接口芯片。該芯片符合IEEE802.3 10Base2和10BaseT標準，具有自動奇偶檢測和糾錯功能，支持全雙工工作模式。如圖1中，RTL8019AS工作于8位跳線模式，數據線SD0～SD7與8位單片機（51系列）的數據線（AD0～AD7）相連，地址線A0～A4與8位單片機的地址線（A0～A4）相連。讀寫信號經74S04產生。RTL8019AS的基地址（配合引腳34（AEN））為0x8000H，對應RTL8019AS內部地址0x300H.RTL8019AS通過網絡變壓器HR901170A和RJ45接口與以太網相連接入internet，隔離網絡上的干擾信號。
　　
　　圖1 RTL8019AS與8位單片機的接口圖
　　2單片機系統中TCP通信問題分析
　　TCP協議是TCP/IP協議簇的核心，也是最復雜的協議。但由于其獨特的自動檢錯和重發機制，實現了數據的可靠通信，但也正是由于其復雜性，在8位機上實現TCP協議通信耗時就比較多，傳輸速率低下。TCP協議的數據通信過程，以客戶機為例進行分析。圖2是典型的采集系統TCP數據通信的時間序列圖。在建立連接后，由客戶機向服務器發送數據。假設此時客戶機的啟始序列號為100，每次固定發送100字的樣數據。服務器負責接受該數據，但不下發任何送數據，只確認所接收的數據，其啟始序列號為50.對于單片機系統，由于其處理速度和內存資源的局限，通常的處理流程如圖3.
　　
　　圖2 TCL數據通信的時間序列