一种机内通话器用以太网驱动系统、方法、存储介质及处理器与流程

1.本发明涉及数据通信技术领域，具体涉及一种机内通话器用以太网驱动系统、方法、存储介质及处理器。


背景技术：

2.在传统航空机内通话设备领域，一般采用rs485等低速总线或者模拟线进行话音数据传输，随着航空机载设备的发展、用户需求提升和技术进步，需要传输的数字话音数据量不断增大、话音采样率不断提高，一般的低速总线已经不能满足航空机内通话设备的设计要求。
3.以太网总线具有总线带宽高、布线简单、技术成熟等特点，在新的航空机内通话设备中已经开始广泛应用，在设备内部、设备与设备之间一般采用以太网udp协议进行数据通信，并支持单播、组播等通信方式。
4.在传统航空机内通话设备领域，因产品功能简单、数据运算量小、功耗要求严格等特点，一般需要选择主频较低的嵌入式mcu处理器，无需操作系统支持。在嵌入式设计领域，有很多成熟的以太网设计协议栈设计方案，其中应用较为广泛的是lwip。lwip是瑞典计算机科学院开发的一个小型开源的轻量级tcp/ip协议栈，是tcp/ip的一种实现方式，有无操作系统的支持均可运行。其主要特性是支持igmp、ip、icmp、udp、tcp、dns、snmp、dhcp、arp等协议，较为完整。然而嵌入式mcu作为硬件环境，适配了lwip协议栈进行测试，并不满足在航空机内通话设备中应用的需求。测试了其他常用的以太网协议栈驱动软件，也均不满足使用需求。因此，需要选择或者设计一款适应较低主频的mcu处理器(200mhz主频以下)、无操作系统要求、支持ipv4/igmp/icmp/arp/udp协议、资源占用率小、协议处理效率高的以太网协议栈驱动方法，以满足大数据量的udp通信能力需求。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种机内通话器用以太网驱动系统、方法、存储介质及处理器，无操作系统限制，以支持udp通信为主要目标，相应的实现ipv4、igmp、icmp、arp支撑性的协议功能；适应较低主频的mcu处理器，资源占用率小、协议处理效率高；可以满足大数据量的udp通信能力需求。
6.为了实现以上目的，本发明提供了一种机内通话器用以太网驱动系统，包括：
7.协议栈配置单元，用于存储并配置调取协议栈配置文件；
8.以太网单元，用于协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；
9.arp单元，用于arp协议初始化及处理；
10.icmp单元，用于icmp协议初始化及处理；
11.igmp单元，用于igmp协议初始化及处理；
12.以及udp单元，用于以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/
发送包处理。
13.进一步地，所述协议栈配置单元包括ipv4、igmp、icmp、arp以及udp通信协议。
14.进一步地，所述以太网单元包括：
15.初始化模块，用于以太网初始化处理；
16.配置模块，用于本地ip配置；
17.中断响应模块，用于存储并调取以太网中断响应函数；
18.底层发送模块，用于发送数据包的最底层处理；
19.以及底层接收模块，用于接收数据包的最底层处理。
20.进一步地，所述arp单元包括：
21.分类模块，用于arp接收包进行分类处理；
22.应答模块，用于arp请求报文的应答；
23.arp处理模块，用于arp接收到的应答报文进行处理；
24.以及arp发送模块，用于arp请求报文发送处理。
25.进一步地，所述icmp单元包括：
26.icmp发送模块，用于icmp发送数据包处理；
27.icmp接收模块，用于icmp接收处理及应答；
28.以及icmp校验模块，用于产生icmp数据段的校验和。
29.进一步地，所述igmp单元包括：
30.igmp发送模块，用于igmp发送数据包处理；
31.igmp接收模块，用于igmp接收处理及应答；
32.igmp校验模块，用于产生igmp数据段的校验和；
33.以及igmp首部校验模块，用于产生igmp首部的校验和。
34.进一步地，所述udp单元包括：
35.以太网接收/发送模块，用于以太网接收/发送数据包处理；
36.ip接收/发送模块，用于ip接收/发送数据包处理；
37.ipmac模块，用于ip发送数据包增加mac处理；
38.udp接收/发送模块，用于udp接收/发送数据包处理；
39.ip首部校验模块，用于产生ip首部的校验和；
40.以及udp校验模块，用于产生udp数据校验和。
41.本发明还提供了一种机内通话器用以太网驱动方法，采用上述的一种机内通话器用以太网驱动系统，包括：首先数据输入机内通话器，协议栈配置单元配置调取udp通信协议和/或pv4、igmp、icmp或arp协议；然后以太网单元进行协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；和/或，arp单元进行arp协议初始化及处理，icmp单元进行icmp协议初始化及处理，igmp单元进行igmp协议初始化及处理；最后udp单元进行以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/发送包处理。
42.本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质可读存储有用于实现上述的一种机内通话器用以太网驱动系统以及上述的一种机内通话器用以太网驱动方法的程序指令。
43.本发明还提供了一种处理器，包括上述存储介质，所述处理器能够运行所述存储
介质可读存储的程序指令，实现上述的一种机内通话器用以太网驱动系统以及上述的一种机内通话器用以太网驱动方法。
44.与现有技术相比，本发明的系统设置协议栈配置单元，用于存储并配置调取协议栈配置文件；以太网单元，用于协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；arp单元，用于arp协议初始化及处理；icmp单元，用于icmp协议初始化及处理；igmp单元，用于igmp协议初始化及处理；以及udp单元，用于以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/发送包处理。相比于lwip协议栈在数据量较小时可以正常运行，数据通信正常，进行大数据udp通信测试时，仍然存在数据丢包的问题。本发明特别适用于航空机内通话设备，针对传统的轻量级以太网协议栈驱动，降低软件资源占用率，提升了协议栈处理效率和性能，是tcp/ip的一种实现方式。满足以下需求：无操作系统限制；以支持udp通信为主要目标，相应的实现ipv4、igmp、icmp、arp等支撑性的协议功能；适应较低主频的mcu处理器(200mhz主频以下)，资源占用率小、协议处理效率高；可以满足大数据量的udp通信能力需求。
附图说明
45.图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
46.下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.本发明是针对嵌入式以太网协议栈方案，是tcp/ip的一种实现方式，尤其是适用于航空机内通话设备，适应较低主频的mcu处理器(200mhz主频以下)，具体参见图1，本发明的系统包括：协议栈配置单元，用于存储并配置调取协议栈配置文件；以太网单元，用于协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；arp单元，用于arp协议初始化及处理；icmp单元，用于icmp协议初始化及处理；igmp单元，用于igmp协议初始化及处理；以及udp单元，用于以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/发送包处理。具体协议栈配置单元包括ipv4、igmp、icmp、arp以及udp通信协议。
48.具体地，以太网单元包括：初始化模块，用于以太网初始化处理；配置模块，用于本地ip配置；中断响应模块，用于存储并调取以太网中断响应函数；底层发送模块，用于发送数据包的最底层处理；以及底层接收模块，用于接收数据包的最底层处理。
49.arp单元包括：分类模块，用于arp接收包进行分类处理；应答模块，用于arp请求报文的应答；arp处理模块，用于arp接收到的应答报文进行处理；以及arp发送模块，用于arp请求报文发送处理。
50.icmp单元包括：icmp发送模块，用于icmp发送数据包处理；icmp接收模块，用于icmp接收处理及应答；以及icmp校验模块，用于产生icmp数据段的校验和。
51.igmp单元包括：igmp发送模块，用于igmp发送数据包处理；igmp接收模块，用于
igmp接收处理及应答；igmp校验模块，用于产生igmp数据段的校验和；以及igmp首部校验模块，用于产生igmp首部的校验和。
52.udp单元包括：以太网接收/发送模块，用于以太网接收/发送数据包处理；ip接收/发送模块，用于ip接收/发送数据包处理；ipmac模块，用于ip发送数据包增加mac处理；udp接收/发送模块，用于udp接收/发送数据包处理；ip首部校验模块，用于产生ip首部的校验和；以及udp校验模块，用于产生udp数据校验和。
53.本发明还提供了一种机内通话器用以太网驱动方法，采用上述的一种机内通话器用以太网驱动系统，包括：首先数据输入机内通话器，协议栈配置单元配置调取udp通信协议和/或pv4、igmp、icmp或arp协议；然后以太网单元进行协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；和/或，arp单元进行arp协议初始化及处理，icmp单元进行icmp协议初始化及处理，igmp单元进行igmp协议初始化及处理；最后udp单元进行以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/发送包处理。
54.本发明的轻量级简化版以太网协议栈驱动方案，用于以太网收发数据的协议解析，有效解决了在较低主频的mcu处理器硬件环境下，实现大数据量的udp通信能力的需求。本发明的协议栈驱动方案具有以下特点：
55.1)独立于具体的硬件环境之外，支持mcu处理器，也可在其他环境适配；
56.2)有无操作系统支持均可运行；
57.3)以支持udp通信为主要目标，相应的实现ipv4、igmp、icmp、arp等支撑性的协议功能；
58.4)可通过参数配置本地ip、mac地址和网关等；
59.5)以太网接收缓存区大小、发送缓存区大小、arp队列大小等均可配置，igmp功能可裁剪、配置；
60.6)采用标准c语言编写代码，适用于各种应用环境；
61.7)适应较低主频的mcu处理器(200mhz主频以下)，资源占用率小、协议处理效率高；
62.8)可以满足大数据量的udp通信能力需求。
63.一种存储介质，存储介质可读存储有用于实现上述的一种机内通话器用以太网驱动系统以及上述的一种机内通话器用以太网驱动方法的程序指令。存储介质包括但不限于：u盘、只读存储器(read-only memory，简称为rom)、随机存取存储器(random access memory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序指令的介质。
64.一种处理器，包括上述存储介质，处理器能够运行存储介质可读存储的程序指令，实现上述的一种机内通话器用以太网驱动系统以及上述的一种机内通话器用以太网驱动方法。处理器包括但不限于较低主频的mcu处理器(200mhz主频以下)，例如stm32f7系列芯片，典型主频200mhz以下。
65.本发明的轻量级简化以太网协议栈驱动方案，特别是在航空机内通话设备适用，其针对传统的轻量级以太网协议栈驱动，降低了软件资源占用率，提升了协议栈处理效率和性能，是tcp/ip的一种实现方式。适用于嵌入式mcu处理器，无操作系统运行环境，ram占用量28kb，rom占用量9kb，支持ip协议(ipv4)、igmp协议(v2/v3)、icmp协议、arp协议、udp协
议等，采用标准c语言实现，实现以太网udp通信，同时支持ipv4、igmp、icmp、arp等协议，具有资源占用率低、协议处理效率高的特点。解决了航空机内通话设备，在较低主频的mcu处理器硬件环境下，实现大数据量的udp通信能力的需求。
66.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，包括：协议栈配置单元，用于存储并配置调取协议栈配置文件；以太网单元，用于协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；arp单元，用于arp协议初始化及处理；icmp单元，用于icmp协议初始化及处理；igmp单元，用于igmp协议初始化及处理；以及udp单元，用于以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/发送包处理。2.根据权利要求1所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，所述协议栈配置单元包括ipv4、igmp、icmp、arp以及udp通信协议。3.根据权利要求1所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，所述以太网单元包括：初始化模块，用于以太网初始化处理；配置模块，用于本地ip配置；中断响应模块，用于存储并调取以太网中断响应函数；底层发送模块，用于发送数据包的最底层处理；以及底层接收模块，用于接收数据包的最底层处理。4.根据权利要求1所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，所述arp单元包括：分类模块，用于arp接收包进行分类处理；应答模块，用于arp请求报文的应答；arp处理模块，用于arp接收到的应答报文进行处理；以及arp发送模块，用于arp请求报文发送处理。5.根据权利要求1所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，所述icmp单元包括：icmp发送模块，用于icmp发送数据包处理；icmp接收模块，用于icmp接收处理及应答；以及icmp校验模块，用于产生icmp数据段的校验和。6.根据权利要求1所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，所述igmp单元包括：igmp发送模块，用于igmp发送数据包处理；igmp接收模块，用于igmp接收处理及应答；igmp校验模块，用于产生igmp数据段的校验和；以及igmp首部校验模块，用于产生igmp首部的校验和。7.根据权利要求1所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，其特征在于，所述udp单元包括：以太网接收/发送模块，用于以太网接收/发送数据包处理；ip接收/发送模块，用于ip接收/发送数据包处理；
ipmac模块，用于ip发送数据包增加mac处理；udp接收/发送模块，用于udp接收/发送数据包处理；ip首部校验模块，用于产生ip首部的校验和；以及udp校验模块，用于产生udp数据校验和。8.一种机内通话器用以太网驱动方法，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的一种机内通话器用以太网驱动系统，包括：首先数据输入机内通话器，协议栈配置单元配置调取udp通信协议和/或pv4、igmp、icmp或arp协议；然后以太网单元进行协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地ip配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；和/或，arp单元进行arp协议初始化及处理，icmp单元进行icmp协议初始化及处理，igmp单元进行igmp协议初始化及处理；最后udp单元进行以太网接收/发送包处理、ip接收/发送包处理、以及udp接收/发送包处理。9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质可读存储有用于实现如权利要求1至7中任一项所述的一种机内通话器用以太网驱动系统以及权利要求8所述的一种机内通话器用以太网驱动方法的程序指令。10.一种处理器，其特征在于，包括如权利要求9所述存储介质，所述处理器能够运行所述存储介质可读存储的程序指令，实现如权利要求1至7中任一项所述的一种机内通话器用以太网驱动系统以及权利要求8所述的一种机内通话器用以太网驱动方法。

技术总结
本发明公开了一种机内通话器用以太网驱动系统、方法、存储介质及处理器，无操作系统限制，以支持UDP通信并实现支撑性协议功能；适应较低主频的MCU处理器，资源占用率小、协议处理效率高；满足大数据量的UDP通信能力需求，系统，包括：协议栈配置单元，用于存储并配置调取协议栈配置文件；以太网单元，用于协议栈的内存空间申请、初始化设置、本地IP配置、以太网中断响应函数调取、最底层发送处理以及最底层接收处理；ARP单元，用于ARP协议初始化及处理；ICMP单元，用于ICMP协议初始化及处理；IGMP单元，用于IGMP协议初始化及处理；以及UDP单元，用于以太网接收/发送包处理、IP接收/发送包处理、以及UDP接收/发送包处理。以及UDP接收/发送包处理。以及UDP接收/发送包处理。


技术研发人员：王业成 吴学先 喻忆 韦辉 岳宇隆
受保护的技术使用者：陕西烽火电子股份有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/6