0 引 言 　　長久以來，串行rs 232和rs 485通信技術(shù)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(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的應用，使得工業(yè)自動化系統(tǒng)和儀器、儀表領域加速了向智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展的進程。出現(xiàn)了電力線通信技術(shù)、無線紅外和藍牙通信技術(shù)、基于usb接口的通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)以及嵌入式internet接入技術(shù)等新技術(shù)。其中基于嵌入式internet接入技術(shù)的網(wǎng)絡化儀器是近年提出的全新概念，它是儀器檢測技術(shù)與現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、微電子技術(shù)深度融合的產(chǎn)物口。檢測儀器接入internet，成為執(zhí)行測量和控制任務的儀器web站點，這種網(wǎng)絡化儀器可以像普通儀器那樣按設定程序?qū)ο嚓P物理量進行自動測控、存儲和顯示等，同時允許已授權(quán)的用戶通過internet遠程對儀器進行操作、監(jiān)控、故障診斷等。在具體的應用中，出現(xiàn)了不少問題，其中之一就是傳輸率和系統(tǒng)利用率不高，本文正是在這種背景下產(chǎn)生的。　　1 tcp通信硬件接口　　典型的8位機采用tcp協(xié)議接入internet的以太網(wǎng)網(wǎng)絡接口如圖1所示。rtl8019as以其優(yōu)異的性價比，成為目前單片機以太網(wǎng)系統(tǒng)的首選以太網(wǎng)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(shù)據(jù)線sd0～sd7與8位單片機(51系列)的數(shù)據(jù)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(jīng)74s04產(chǎn)生。rtl8019as的基地址(配合引腳34(aen))為0x8000h，對應rtl8019as內(nèi)部地址0x300h。rtl8019as通過網(wǎng)絡變壓器hr901170a和rj45接口與以太網(wǎng)相連接入internet，隔離網(wǎng)絡上的干擾信號。　　2 單片機系統(tǒng)中tcp通信問題分析　　tcp協(xié)議是tcp／ip協(xié)議簇的核心，也是最復雜的協(xié)議。但由于其獨特的自動檢錯和重發(fā)機制，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠通信，但也正是由于其復雜性，在8位機上實現(xiàn)tcp協(xié)議通信耗時就比較多，傳輸速率低下。tcp協(xié)議的數(shù)據(jù)通信過程，以客戶機為例進行分析。圖2是典型的采集系統(tǒng)tcp數(shù)據(jù)通信的時間序列圖。在建立連接后，由客戶機向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)。假設此時客戶機的啟始序列號為100，每次固定發(fā)送100字的樣數(shù)據(jù)。服務器負責接受該數(shù)據(jù)，但不下發(fā)任何送數(shù)據(jù)，只確認所接收的數(shù)據(jù)，其啟始序列號為50。對于單片機系統(tǒng)，由于其處理速度和內(nèi)存資源的局限，通常的處理流程如圖3。　　由于服務器(一般為裝有windows系統(tǒng)的微機或工業(yè)計算機)并不是收到數(shù)據(jù)就直接發(fā)送確認，而是繼續(xù)等待接受序列中的其他數(shù)據(jù)。這就會經(jīng)常觸發(fā)服務器的接受延時的確認算法，這將導致剩下的數(shù)據(jù)不能在200 ms內(nèi)發(fā)送。對于高速交互的采樣系統(tǒng)而言，這將產(chǎn)生明顯的時延。host requirements rfc申明tcp必須實現(xiàn)nagle算法，但必須為用戶提供一種方法來關閉該算法在某個連接上的執(zhí)行。該算法要求tcp連接上最多只能有一個未被確認的未完成的小分組，在該分組的確認到達之前不能發(fā)送其他的小分組。實際使用sniffer監(jiān)聽軟件也得到同樣的結(jié)果，在接收到下位機的數(shù)據(jù)包后，上位機延時200 ms后，發(fā)送確認包，其傳輸速度為10 packet／s，實際網(wǎng)絡利用率不足1％。由圖3可見，只要提高服務器確認發(fā)送的速度，就可以提高通信的速度。對于本系統(tǒng)采用33m的主頻(c051f單片機)發(fā)送一個分組(1 024 b)和接受一個確認分組(60 b)總用時為3～3.5 ms，關閉nagle算法后，使用sniffer監(jiān)聽分析數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)上位機在收到數(shù)據(jù)包后，立即發(fā)送確認包，期間只有0.3 ms左右的網(wǎng)絡延時，系統(tǒng)速率提高到設定的20 ms發(fā)送一次采樣數(shù)據(jù)，即100 packet／s，系統(tǒng)利用率提高為為原來的10倍?！　∪欢鴮τ谟行脠龊希看尾蓸拥臄?shù)據(jù)量并不大(小于100 b)，采用關閉nagle 算法來提高傳輸率是不理想的，因為這樣增加了網(wǎng)絡上傳輸?shù)姆纸M的數(shù)量，同時增大了客戶機(下位機)處理這些多出來的分組的時間消耗，降低了系統(tǒng)利用率，增大了傳輸出錯率，大幅度的減少了持續(xù)傳輸時間。實驗中，當采用高頻單片機(100m主頻)，將數(shù)據(jù)通信速率提高到1 000 packet／s，發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤的數(shù)據(jù)包達到5％，同時傳輸持續(xù)時間由原來的大于48 h不間斷，減少為不足2 h，系統(tǒng)利用率也只有不到2％，同時已無法繼續(xù)提高傳輸速度(由硬件條件限制)。為解決這個問題，同過分析具體tcp通信的各環(huán)節(jié)對時間的消耗過程，尋求在已有的硬件基礎上，通過軟件來解決問題。