基于PPP協(xié)議單片機(jī)拔號上網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言
20 世紀(jì)90年代，以因特網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用取得了前所未有的突破和成功，單片機(jī)上網(wǎng)技術(shù)在生活和現(xiàn)代建設(shè)的各方面的應(yīng)用和研究隨之成為當(dāng)今一個(gè)熱門話題。8位、16位單睡機(jī)的因?yàn)槠漭^好的性價(jià)比，在測控領(lǐng)域仍然占據(jù)著重要地址。這些單片機(jī)的RAM、ROM一般都很小，而網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常嵌入在操作系統(tǒng)中，無法把龐大的操作系統(tǒng)直接安裝在這樣的單片機(jī)中。所以，要實(shí)現(xiàn)上述單片機(jī)通過拔號直接連上因特網(wǎng)，需要考慮的主要技術(shù)就是如何在單片機(jī)上嵌入能符號需要的經(jīng)過簡化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。這就是本文所要討論的主題。

本文著重分析所用數(shù)據(jù)包的類型和選項(xiàng)，給出幾個(gè)典型數(shù)據(jù)包的格式。

一、PPP協(xié)議簡介

IETF 成立了一個(gè)小組，推出了點(diǎn)到點(diǎn)線路的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，并成為正式的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)工作定義的PPP（Point-to-Point Protocol），即點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議，并以RFC文件RFC1661，后來以RFC1662和RFC1663進(jìn)一步明確下來。PPP處理錯(cuò)誤檢測，支持多種協(xié)議，在連接時(shí)鐘允許商議IP地址，允許身份驗(yàn)證，以及在SLIP上所做的許多其他改進(jìn)。雖然許多因特網(wǎng)服務(wù)提供者仍支持SLIP和PPP，但未來顯然屬于PPP，不管是撥號線路，還是租用路由器與路由器的線路都是如此。

PPP成就了3件事：

（1）明確地劃分出一幀的尾部和下一幀的頭部的成幀方式。這種幀格式也處理錯(cuò)誤檢測工作。

（2）當(dāng)線路不再需要時(shí)，跳出這些線路，測試它們，商議選擇，并仔細(xì)地再次釋放鏈路控制協(xié)議。這個(gè)協(xié)議被稱為鏈路控制協(xié)議LCP（Link Control Protocol）。

（3）用獨(dú)立于所使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的方法來商議使用網(wǎng)絡(luò)層的哪些選項(xiàng)；對于每個(gè)所支持的網(wǎng)絡(luò)層來說，所選擇的方法有不同的網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP（Network Control Protocol）。NCP在因特網(wǎng)中（TCP/IP協(xié)議）為IPCP。

PPP數(shù)據(jù)幀的格式如圖1所示。

二、基于PPP協(xié)議單片機(jī)撥號上網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.概述

本方案選用的單片機(jī)是ADAM5510。它是臺(tái)灣ADVANTECH公司推出的一種功能較強(qiáng)、價(jià)位適中的單片機(jī)，具有80188-40、16-bit單片機(jī)，RS-232、RS-485口各一個(gè)，還有一個(gè)編程口（ADAVANTECH公司為5510系列單片機(jī)開發(fā)了同普通的Turbo C界面很相似的集成開發(fā)環(huán)境，這種IDE能靈活地編輯、編譯、仿真、開始和調(diào)試適用于5510系列的軟件）。ADAM5510的功能模塊如圖2所示。這種單片機(jī)在硬件構(gòu)成上已比較完善，使我們可以集中精力于TCP/IP協(xié)議的分析和軟件的實(shí)現(xiàn)。

在本方案中，物理層接口采用的是：單片機(jī)通過RS-232與Modeem通信，電話線與Modem相連。單片機(jī)直接從RS-232端口收發(fā)數(shù)據(jù)。

2.原理及程序流程

系統(tǒng)原理如圖3所示，測試程序如圖4所示。

3.簡化PPP協(xié)議——配置各種數(shù)據(jù)包
（1）LCP包的配置

LCP包的配置如圖5所示。

a.LCP包概述

LCP包有3類：a鏈路配置包，用于建立和配置鏈路，包括Configure Ack、Configure Nak、Configure Request、Configure Reject；b鏈路結(jié)束包，用于結(jié)束一個(gè)鏈路，包括Terminate Request、Terminate Ack；c鏈路維修包，用于管理和調(diào)試一個(gè)鏈路，包括Code Reject、Protocol Reject、Echo Request、Echo Reply、Discard Request。LCP包的選項(xiàng)最常見的有：1 Maximum Receive Unit、2 Async Control Character Map、3 Authectication Protocol、7 Protocol Field Compression、8 Address and Control Field Compression。

b.LCP包種類的取舍

本文中，只用了Configure-Request、Reject、Ack三種LCP數(shù)據(jù)包，這是實(shí)現(xiàn)應(yīng)答所必需的最低限度。單片機(jī)發(fā)出的Request選項(xiàng)是我們預(yù)先設(shè)定的，而ISP發(fā)出的選項(xiàng)若有我們不接受的內(nèi)部，則單片機(jī)回答一個(gè)Reject，任何一方接受請求時(shí)發(fā)Ack，因此未處理NAK數(shù)據(jù)包。本文也未處理剩余的七類數(shù)據(jù)包，因任何原因造成的鏈路終止問題都由單片機(jī)在程序的控制下重新?lián)芴杹斫鉀Q。

c.LCP選項(xiàng)的取舍

由于我們每次發(fā)送（接收）的數(shù)據(jù)較少（由于單片機(jī)RAM的限制，設(shè)定的緩沖區(qū)很?。?，MRU選項(xiàng)默認(rèn)值為1500字節(jié)，最小值為576字節(jié)，所以測試程序不支持選項(xiàng)1；選項(xiàng)2是必須支持的；選項(xiàng)3提供了發(fā)送password的方法，它的參數(shù)可以是 0xc023或0xc223。為簡單起見，本文的測試程序選擇了0xc023作為選項(xiàng)3的參數(shù)，這樣，程序?qū)⒁悦魑牡男卧谝粋€(gè)數(shù)據(jù)包中發(fā)出用戶名和密碼。測試程序不請求選項(xiàng)7和8的服務(wù)，也就是根據(jù)默認(rèn)的規(guī)定，發(fā)送的數(shù)據(jù)包含有PPP協(xié)議域和控制域。

（2）PAP包的配置

由于LCP包中選項(xiàng)3的使用情況，PAP包是必需的。簡單起見，程序中只交換了一個(gè)PAP包，但已完成了用戶的身份鑒定，如圖6所示。

（3）IPCP包的配置

IPCP選項(xiàng)是關(guān)于IP地址和IP壓縮的，測試選擇了選項(xiàng)3（IP-address）。本程序通過發(fā)出一個(gè)無效的地址請求（0.0.0.0），等待服務(wù)器回答一個(gè)NAK（選項(xiàng)為3）從這個(gè)NAK包中得到自己的正確地址。IPCP包的配置如圖7所示。

（4）CCP包的處理

有些服務(wù)器試圖協(xié)商壓縮，但由于我們關(guān)心的是程序的大?。ㄔ叫≡胶茫┒皇菙?shù)據(jù)傳送的速度，所以CCP請求被拒絕。

（5）IP包的處理

在協(xié)商好PPP協(xié)議的各選項(xiàng)后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。同樣，為了簡單起見，采用了UDP協(xié)議而不是TCP協(xié)議。數(shù)據(jù)的正確性由應(yīng)用程序控制。

（6）驗(yàn)證

在（202.119.116.248）端，安裝了Netxray3.0版網(wǎng)絡(luò)嗅探器。利用該軟件可以很方便地查看進(jìn)行該機(jī)器的數(shù)據(jù)包的功能，我們驗(yàn)證出源端發(fā)送數(shù)據(jù)的測試程序是可行的。

結(jié)束語

本文針對實(shí)際應(yīng)用情況，對龐大的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組進(jìn)行了簡化，具體分析了簡化后的協(xié)議組中各種數(shù)據(jù)包，同時(shí)給出了測試程序?qū)λ璋l(fā)送數(shù)據(jù)的具體打包過程。完整的TCP/IP協(xié)議很大，只能嵌入到32位以上的單片機(jī)上運(yùn)行。我們在軟件只需要3K B（字節(jié)的ROM即可運(yùn)行。在接收數(shù)據(jù)的目的端，PC機(jī)上安裝了Netxray 3.0軟件，對測試程序的結(jié)果進(jìn)行測試，驗(yàn)證出最終在目的端接收到的數(shù)據(jù)就是我們在源端所發(fā)送的數(shù)據(jù)，而且所有的數(shù)據(jù)包都符合TCP/IP規(guī)范。