嵌入式TCP通信速度研究方案探究

本文通过对TCP协议具体低层实现过程中各个环节对时间消耗的分析，找出了提高系统效率，提高通信速度的方法。实践证明这样的设计提高了系统的效率，提高数据传输率，降低了网络上传送冗余分组的数量，明显改善了系统性能。特别适用于高速、低数据量的采集或测控系统。
　　0引言
　　长久以来，串行RS 232和RS 485通信技术一直是自动化仪器、仪表中常用的通信标准。但近年来，随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展及其在工业自动化系统中的应用，使得工业自动化系统和仪器、仪表领域加速了向智能化、数字化和网络化方向发展的进程。出现了电力线通信技术、无线红外和蓝牙通信技术、基于USB接口的通信技术、现场总线技术以及嵌入式Internet接入技术等新技术。其中基于嵌入式Internet接入技术的网络化仪器是近年提出的全新概念，它是仪器检测技术与现代计算机技术、网络通信技术、微电子技术深度融合的产物口。检测仪器接入Internet，成为执行测量和控制任务的仪器Web站点，这种网络化仪器可以像普通仪器那样按设定程序对相关物理量进行自动测控、存储和显示等，同时允许已授权的用户通过Internet远程对仪器进行操作、监控、故障诊断等。在具体的应用中，出现了不少问题，其中之一就是传输率和系统利用率不高，本文正是在这种背景下产生的。
　　1 TCP通信硬件接口
　　典型的8位机采用TCP协议接入Internet的以太网网络接口如图1所示。RTL8019AS以其优异的性价比，成为目前单片机以太网系统的首选以太网接口芯片。该芯片符合IEEE802.3 10Base2和10BaseT标准，具有自动奇偶检测和纠错功能，支持全双工工作模式。如图1中，RTL8019AS工作于8位跳线模式，数据线SD0～SD7与8位单片机（51系列）的数据线（AD0～AD7）相连，地址线A0～A4与8位单片机的地址线（A0～A4）相连。读写信号经74S04产生。RTL8019AS的基地址（配合引脚34（AEN））为0x8000H，对应RTL8019AS内部地址0x300H.RTL8019AS通过网络变压器HR901170A和RJ45接口与以太网相连接入internet，隔离网络上的干扰信号。
　　
　　图1 RTL8019AS与8位单片机的接口图
　　2单片机系统中TCP通信问题分析
　　TCP协议是TCP/IP协议簇的核心，也是最复杂的协议。但由于其独特的自动检错和重发机制，实现了数据的可靠通信，但也正是由于其复杂性，在8位机上实现TCP协议通信耗时就比较多，传输速率低下。TCP协议的数据通信过程，以客户机为例进行分析。图2是典型的采集系统TCP数据通信的时间序列图。在建立连接后，由客户机向服务器发送数据。假设此时客户机的启始序列号为100，每次固定发送100字的样数据。服务器负责接受该数据，但不下发任何送数据，只确认所接收的数据，其启始序列号为50.对于单片机系统，由于其处理速度和内存资源的局限，通常的处理流程如图3.
　　
　　图2 TCL数据通信的时间序列