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W5500EVB是WIZnet为了方便用户更好了解、使用W5500这款网络芯片所开发的评估板， 该板采用了 STM32F103RCT6+W5500  的设计，基于  ARM  的  Cortex-M3  平台。那么在实现网络通信的过程中，TCP通信模式为最常用，本教程就先为您介绍一下TCP Client模式是怎样成功实现的 一、 程序烧录 1.  程序修改   打开IAR Embedded Workbench软件快捷方式，打开TCP Client\app.eww文件。然后在main.c函数中修改如下图1所示的两个IP地址，并且确保调试PC的IP地址与修改内容在同一个网段内，否则无法建立连接。其中绿色框内主要设置PC的IP地址，红色框内主要设置W5500-EVB的IP地址。   图 1 编译界面 修改正确以后，点击project\make 或者按F7快捷键重新编译文件。 2.  设置烧录工具   Flash loader Demonstrator 用于为W5500-EVB烧录程序，安装软件会出现如图2所示窗口。当mini-USB连接到PC的USB设备时，设备管理器会正确安装USB转串口驱动,Port Name 口会自动识别到对应的COM口。 3.  程序下载      如图3所示，红色框中，SW7是BOOT0按键，SW6是RESET按键。按下按键SW7不松开，同时点击SW6重启EVB板后，松开SW7，进入程序下载模式。在Flash loader Demonstrator中点击下一步，进入如图4所示界面；继续点击下一步出 图 2 烧录工具界面 图3  W5500-EVB实物图 现如图5所示界面。  图 4                              图5 再次点击下一步进入目标文件烧录界面，如图6所示。 图6  目标文件烧录界面 蓝色框内选择TCP Client\Debug\Exe\app.bin文件，红色框内选择Global Eras完全擦除，设置完成后点击下一步开始下载，如图7所示。 图7 程序下载过程界面 二、 测试链接 1.  设置PC为静态IP       打开网络连接，点击本地连接选择属性，出现如图8所示设置界面，设置完成后点击确定。 图8 PC静态IP设置 2.  通过hercules连接测试   用网线把PC和W5500EVB连接，打开hercules软件，选择正确的COM口打开串口，按一下SW6复位按键，会显示W5500EVB设置好的信息如图9所示。   图 9 hercules开启界面 然后点击TCP Server，在Port口输入6001（6001在主程序），点击Listen，就可以进行数据传输测试，测试效果如图10所示。在蓝色框中随意输入数字或者字符，点击send，就会看到红色框内有数据接收到。说明连接成功。 图 10 数据收发测试 程序大致流程如下： 1. 初始化，包括系统时钟、中断、串口、GPIO端口、Systick时、eeprom等 2. 重启W5500 3. 系统设置，包括IP地址、网关、子网掩码、MAC地址等 4. 连接模式选择（通过switch选择语句实现） A .判断Socket状态 B. 如果Socket关闭，打开一个端口 C. Socket初始化，建立连接 D. 如果连接成功，进行数据收发 模式选择主要通过以下函数以及硬件SPI模式的基本函数来实现。 继续阅读: http://www.iwiznet.cn/blog/?p=6501

TOE 是TCP Offload Engine，即TCP卸载引擎，也叫TCP减负引擎，它旨在使用网卡上集成专用处理器来转移并处理TCP数据包对主CPU请求的任务。TOE技术的实现方式是通过采用TOE芯片的专用网卡，将包括TCP协议在内的四层处理请示从主机处理器转移到网卡，相当于TOE网卡承担了主CPU处理TCP数据的绝大部分任务，减轻了CPU的负荷，其最终的结果是在加速网络响应的同时提高服务器的性能。 1、TOE技术的实现过程 图1  TOE网卡工作原理 TOE网卡主要工作过程如图1所示： （1）服务器A向服务器B传输数据； （2）A主机中的TCP栈向TOE网卡传输数据指针； （3）TOE网卡进行所有TCP协议处理工作并通过网络传递数据包； （4）B主机中的TOE网卡接收数据包，重排数据流并将之存放在内存中。 普通网卡则是先把数据包缓存到主机内存中，然后主机中的TCP协议栈重新组装数据流，最后把数据拷贝到应用程序 。 2、TOE网卡的优势 普通网卡用软件方式进行一系列TCP/IP相关操作，因此，会在三个方面增加服务器的负担，这三个方面是：中断处理、协议处理、数据复制。 2.1 协议处理 图2 TCP/IP卸载前后主CPU占用比例 当网络速度达到G(干兆)比特数量级时，主CPU就越来越繁忙，其中很大一部分处理负荷都是来自对TCP/IP协议的处理，例如对IP数据包的校验处理、对TCP数据流的可靠性和一致性处理，如图2所示。由于目前对TCP/IP协议进行处理都是采用通用CPU及其配套的系统结构，而这种体系下CPU的主要功能是进行通用计算，并非进行输入输出操作。因此在网络带宽和速度飞速发展的情况下，网络链路速度高于CPU对TCP/IP协议栈的处理速度将导致系统的输入输出系统成为网络瓶颈。 2.2 中断处理 传统的处理过程是：网络上每个应用程序在收发大量数据包时，要引发大量的网络I/O中断，对这些I/O中断信号进行响应，成了服务器的沉重负担。比如，一个典型的64Kbps的应用程序在向网络发送数据时，为了将这些数据装配成以太网的数据包，并对网络接收确认信号进行响应，要在服务器和网卡间触发60多个中断事件，这么高的中断率和协议分析工作量已经是相当可观的了。虽然某些网络操作系统具有中断**功能，能够有效减少中断信号的产生，但却无法减少服务器和网卡间响应事件的处理总量。 TCP卸载引擎网卡的工作原理则不同。普通网卡处理每个数据包都要触发一次中断，TCP卸载引擎网卡则让每个应用程序完成一次完整的数据处理进程后才触发一次中断，显著减轻服务器对中断的响应负担。还是以64Kbps的应用程序为例，应用程序向网络发送数据全部完成后，才向服务器发送一个数据通道减负事件中断，数据包的处理工作由TCP卸载引擎网卡来做，而不是由服务器来做，从而消除了过于频繁的中断事件对服务器的过度干扰。网络应用程序在收发数据时，经常是同一数据要复制多份，在这种情形下，TCP卸载引擎网卡发挥的效益最明显。 2.3 数据复制 普通网卡通过采用支持校验功能的硬件和某些软件，能够在一定程度上减少发送数据的复制量，但却无法减少接收数据的复制量。对大量接收数据进行复制通常要占用大量的机器工作周期。普通网卡先将接收到的数据在服务器的缓冲区中复制一份，经系统处理后分配给其中一个TCP连接，然后，系统再将这些数据与使用它的应用程序相关联，并将这些数据由系统缓冲区复制到应用程序的缓冲区。TCP卸载引擎网卡在接收数据时，在网卡内进行协议处理，因此，它不必将数据复制到服务器缓冲区，而是直接复制到应用程序的缓冲区，这种“零拷贝”方式避免了网卡和服务器间的不必要的数据往复拷贝。 表1中列出了TOE技术的测试比较数据，可以明显看出TOE技术在吞吐率和收据收发对CPU占用方面的技术优势。   表1  TOE技术的测试数据     0.5CPUs 3、TOE技术的限制因素 实际上TOE解决方案一直仅限于在8 KB或以上的环境中发送大型数据块的情况。通常，存储备份和检索系统及企业数据库均使用大型数据有效负载。此外TOE应用限制也有诸多限制：修改操作系统、依赖于特定TOE网卡等。 4、TOE技术的推广应用 Adaptec推出一种全新的网络加速卡。该产品将使高强度计算应用中的服务器性能得到提高。Adaptec网络加速器将TCP/IP处理进程从主机中卸载下来，使CPU的处理能力能够被更多地投入到网络化应用中。 WIZnet推出一系列以太网芯片，此系列芯片是一种TOE技术的新思路。以太网芯片，使用逻辑门电路实现全硬件TCP/IP协议栈，独立于MCU运作，负载所有TCP/IP协议栈的处理过程，可以极大减轻主CPU的TCP/IP处理负荷，减少I/O中断次数，传输速度的提高不再是难题，深受市场的青睐 。 参考文献 《TOE技术以及TOE网卡的工作原理》 百度文库 任宏.关于TOE技术的发展及概况的研究 .INFRARED,2005,3:19-25 作者：David

        大家都知道，传输层定义了两种协议，一种是TCP，另一种就是UDP。提到TCP，我们第一印象就是这是一种面向连接、可靠、不会丢包的传输层控制协议；而提到UDP，我们就会说非可靠连接、会丢包、但是速度快，可实时传输数据。这些特点我想每一位学网络的人都早已耳熟能详，即使没有接触过网络的人也早已而闻。但是具体的讲，这是什么原因造成的？TCP和UDP的区别这么大，在如今快速发展的互联网时代，他们又在哪些实际应用中分别发挥着自己的功能呢？     带着这些疑问，听小编细细道来。    “3次握手建立TCP连接，4次握手终止TCP连接”。是的，TCP和UDP最大的不同就在这里，当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。TCP建立连接的过程是通过三次握手来完成的，首先发送端给接收端发送一个SYN请求，就相当于问对方：“我可以给你发送数据吗？”接收端收到这个请求后，向发送端回应一个SYN/ACK应答，就是说：“当然可以，我可以向你发送数据吗？”然后发送方收到此包后在向接收端回应ACK,发送端说：“可以啊。”完成3次握手后，TCP连接成功建立，双方就能相互发送数据了。而终止一个TCP连接需要4次握手，这是由TCP的半关闭状态造成的。由于发送端和接收端的连接都能独立的被终止，所以在这个过程中双方都需要发送一个FIN和ACK。     TCP提供超时重发、丢弃重复数据、检验数据、流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。提到这些TCP的特有功能，其实在TCP的报头中完美的体现了出来。                               图1   TCP 报头结构     TCP报头的总长最小为20字节，其中来源连接端口指定了发送端的端口，目的连接端口指定了接收端的端口，它们用来标识发送方和接收方的应用层。对于每个TCP连接的一端，都有一个相关的16位的无符号端口号分配给它们，这个端口号与它所在主机的IP地址构成一个48位的套接字，一对套接字在互联网中唯一标识一个TCP连接。序列号是用于标识每个报文段，使接收端可确认已收到指定报文段中的数据。当发送端用多个报文段发送一个报文时，即使这些报文到达目的主机的顺序不一样，序列号也可以使目的主机按顺序排列它们。确认号32位，目的主机返回确认号，使源主机知道某个或几个报文段已被接收。如果ACK控制位被设置为1，则该字段有效。确认号等于顺序接收到的最后一个报文段的序号加1，这也是目的主机希望下次接收的报文段的序号值。返回确认号后，计算机就认为此确认号之前的数据都已经接收到。如此，就实现了无乱序、无丢失、和无重复的可靠数据传输。标题长度占4位，指明了TCP报文头的长度，保留是为以后预留一个字段，标志符就是我们通常所说的标志位，当满足条件时，把对应的位置1。例如：当发送确认信号时，就在报文头中把ARK位置1.窗口指明了发送端下一段能发送数据的大小，避免主机分组发送得过快而使接收端来不及完全收下，避免了网络阻塞。TCP的校验和占16位，在传输是设置了双校验机制，也就是发送者在发送时需要把TCP的段头和数据包校验一次，同时接收者收到报文后也需要重新校验一次。如此一来，就保证了报文的完整性和正确性。紧急指针指明报文中包含紧急信息，只有当URG位置1时，紧急指针才有效。     相对而言，UDP的数据传输就简单多了，它不提供可靠性，只是把数据包往IP层上一扔，至于数据包能不能传送到目的地，会不会丢包，传送数据报的顺序是否正确，不好意思，这就不是UDP能够提供的了。由于UDP传输数据包前不需要建立连接，没有重发机制，所以UDP速度非常快。其实这些在UDP的报头中都体现了出来。                                     图2 UDP报头结构 UDP报头由4个部分组成，其中两个是可选的。各16bit的来源端口和目的端口用来标记发送和接受的应用进程。因为UDP不需要应答，所以来源端口是可选的，如果来源端口不用，那么置为零。在目的端口后面是长度固定的以字节为单位的长度域，用来指定UDP头部和UDP数据的总长度,长度最小值为8byte。报头剩下地16bit是用来对首部和数据部分一起做校验和（Checksum）的，这部分是可选的，但在实际应用中一般都使用这一功能。     显然，TCP和UDP都有一些自己的独特的地方，这就决定了TCP与UDP在不同的领域发光发热。这就要我们选择时多注意点了，下面是我的几点建议： 当数据传输的性能必须让位于数据传输的完整性、可控制性和可靠性时，TCP协议是当然的选择，如：发送邮件。  当强调传输性能而不是传输的完整性时，如：实时流多媒体（如 因特网广播 ）、实时多媒体播放器和游戏、IP电话（VoIP）等等，UDP是最好的选择。在数据传输时间很短，以至于此前的连接过程成为主体的情况下，UDP也是一个好的选择，如：DNS交换。把SNMP建立在UDP上的部分原因是设计者认为当发生网络阻塞时，UDP较低的开销使其有更好的机会去传送管理数据。      TCP丰富的功能有时会导致不可预料的性能低下，但是我们相信不远的将来一定会出现功能多、性能高的TCP协议应用到我们的网络中。 感谢阅读~ 更多信息与我们交流：   WIZnet邮箱：wiznetbj@wiznet.co.kr   WIZnet中文主页：http://www.iwiznet/cn   WIZnet企业微博：http://e.weibo.com/wiznet2012     

  网络字节序与主机字节序 主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：   a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。   b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。 网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。   关于TCP/IP中的ip地址，协议和端口： 网络层的ip地址用来唯一标识网络中的主机； 传输层的协议+端口用来唯一标识主机中的进程。   socket起源于Unix。 关于socket的服务端与客户端 服务端要有固定的地址才能使任意客户端与服务端建立连接； 而客户端是主动去建立连接，所以客户端不必有固定的地址+端口。   故服务器端通过bind函数确定固定的地址+端口； 而客户端通过connect函数随机确定将要建立连接的端口。 三次握手是在connect函数和accept函数中完成的。   客户端： socket connect read   服务端： socket bind listen accept read 图1 图2   注：本文参考了一篇博客，但是原文连接当时没有保存，找不到了。如果找到再补上，向原作者致歉。

今天给大家介绍一篇来自杭州电子科技大学的一篇论文，原文标题为“基于TOE技术的嵌入式以太网接口设计”。该文提出了一种新的嵌入式以太网解决方案，在无需引入操作系统的条件下，实现了嵌入式系统的以太网接入。     为减轻主机CPU对TCP/IP协议栈处理的负担，提高嵌入式系统的性能，该文提出一种基于TOE(TCP/IP Offload Engine)技术的嵌入式以太网接口设计，该设计介绍了一种通过硬件来实现协议栈处理的方法，利用具备协议处理能力的WIZnet以太网解决方案供应商的网络控制芯片W5300，在TCP/IP协议的基础上实现了嵌入式系统的以太网接入。                          图片： W5300芯片   TCP/IP是一组广泛应用的协议，几乎已经成为网络通信的标准语言。传统的TCP/IP通信数据的处理，都是由主机CPU通过软件实现。随着高速以太网的发展，网络带宽的增长速度远远高于CPU处理能力的增长速度，这需要占用大量CPU资源对协议栈进行处理，给CPU带来了沉重的负担。对于接入以太网环境的嵌入式系统，如何利用有限资源，减轻CPU对协议栈处理的负担，成为一个值得关注的问题。为了解决这个问题，一种称为TCP/IP减负引擎(TCP/IP Offload Engine，TOE)的技术应运而生。该文基于TOE技术，提出了一种新的嵌入式系统以太网解决方案，给出了详细的硬件接口设计和软件框架设计。   该论文分为4大板块，分别介绍TOE技术、网络控制芯片W5300、嵌入式系统硬件设计、软件设计等。查看论文： http://blog.iwiznet.cn/?p=1629     更多相关博文可参考： 1. 基于以太网的电力智能监控终端的研究 2. 芯片W3150A怎样应用于光纤以太网CCD相机系统设计