引言

　　在LED 顯示屏工程應用中，顯示屏一般在出廠前要做好參數配置、調試、點亮，并做節目測試，否則由于現場條件限制，這些工作很難開展。在做調試和節目測試時，可通過串口" title="串口">串口和網口進行通信，而隨著網絡普及和速度的提升，網絡通信" title="網絡通信">網絡通信方式被更多的用戶采用，即用戶通過集線器或網絡直連的方式與顯示屏通信。其中通過集線器，PC 機和顯示屏IP 可不在同一個網段；而網絡直連時，PC 機和顯示屏的IP 地址必須在同一個網段。不管采用哪一種方法，都必須知道兩者的IP 地址才能進行通信。但在調試過程中，由于LED 控制卡太多、放置時間太長或由不同的人進行配置，有時用戶可能不知道顯示屏的IP 地址，這樣就很難開展工作了。另外，出廠配置的IP 地址和現場安裝的IP 地址可能不一樣，并且現場安裝的顯示屏IP 地址由于用戶千差萬別，其IP 地址段也不一樣。這樣一來，在調試過程中，需要反復修改顯示屏或PC 機的IP 地址，帶來很大的工作量。因此，基于應用中的這些問題，有用戶提出能否采用網絡直連的方式，無需知道LED 顯示屏的IP 地址，也不用修改PC 機的IP 就可實現PC 機與LED 顯示屏網絡通信，讓用戶更方便地調試LED 顯示屏。通過市場調研，有些軟件聲稱實現了LED 顯示屏網絡直連的方式，但在具體實現上并不能令人滿意，例如穩定性、可靠性和時效性等方面并不如意。經過研究，本文提出一種新的網絡直連的方法，可以很好地解決這些問題，讓用戶方便、可靠、高效地調試顯示屏。

　　1 主要功能需求分析和模型構建

　　對于網絡直連，硬件如圖1 所示，用網絡直連線將PC 機和顯示屏連接起來，然后手動設置它們的IP 地址在同一個網段，即可進行通信了。

　　但采用這種方式，如果事先不知道顯示屏的IP地址，將很難進行通信。為了達到不知道顯示屏IP地址也能實現PC 機與顯示屏直連通信的目的，可借助DHCP 服務原理來解決：即設置LED 顯示屏為某固定IP 地址的DHCP 服務器，設置PC 機網卡為自動獲取IP 地址的方式，通過DHCP 服務功能，自動配置PC 機的網卡IP 地址，這樣網絡連接通道就建立了。有些開發商就采用這種方式實現了網絡直連，但這種方法存在一些問題：其一，由于UDP 通信為不連接通信，其通信可靠性要差一些，容易失敗；其二，只能通過操作系統自帶的系統完成，沒有干預，用戶不能設置超時，有時等待時間太長，最長為60 秒；其三，DHCP 為固定IP 方式，在實際應用中顯然不太好；其四，退出系統時，不能恢復PC 機原有的網卡配置信息。

　　基于此，經過研究，本文提出一種新的網絡直連方法，可以實現網絡直連、自動獲取IP 地址以及實現PC 機網卡配置信息保存和恢復等功能，克服當前實現方法的不足，提高可靠性、穩定性和時效性等各方面性能，其系統模型如圖2 所示，主要功能和工作流程如下：

　　（1）啟動系統時，檢索、訪問PC 機的所有網卡，并保存其網卡配置信息，供退出系統時恢復；（2）啟動網絡直連進程；（3）廣播IP 地址請求數據包；（4）返回IP 地址數據包；（5）解包，獲取PC 機和LED 顯示屏的IP 地址，設置PC 機的IP 地址；（6）返回LED 顯示屏的IP 地址，關閉網絡直連，完成通信通道的建立；（7）建立PC 機和LED 顯示屏的通信通道后，即可對顯示屏進行讀/ 寫參數、發送節目、開關屏等通信控制操作；（8）退出系統時，根據（1）保存的網卡配置信息，恢復PC 機網卡的原始狀態。

　　在以上流程中，（2）～（6） 是核心過程，它模擬DHCP 服務，實現PC 機廣播請求IP 地址，獲取PC機IP 地址并設置，上傳LED 顯示屏IP 地址，完成網絡直連通道的建立，是進行網絡直連操作時必做的步驟；（1）和（8）是啟動和退出系統時所做的保存PC機網卡配置信息和恢復網卡配置信息操作；（7）是在完成網絡直連通道后進行的顯示屏控制的一般操作。本文重點介紹前兩者。

　　2 關鍵功能的設計和實現

　　2.1 保存PC 機網卡配置信息

　　用來調試顯示屏的PC 機，一般是一機多用，在調試顯示屏的同時，還用來辦公、上網，其網卡IP 地址可能是固定的或自動獲取的。在做網絡直連時，可能會改變其IP 地址，為了不影響用戶的工作，退出時需要自動恢復其IP 地址。而要做到這一點，可在啟動LED 控制軟件時，讀取當前網卡配置信息，如IP 地址、網卡名、MAC 地址、網卡類型、是否是自動配置IP 地址等等，將這些信息放入一個鏈表中保存，同時設置一個標識，記錄用戶在調試顯示屏的過程中，是否使用過網絡直連操作，待退出系統時使用。

　　在Windows 操作系統中，可使用IP Helper 接口來讀取網卡信息，它是一套用于管理本地網絡設置的API，通過它使用IP_ADAPTER_INFO 結構，可以方便地提取上述網卡配置信息，保存到鏈表中。

　　2.2 借鑒DHCP 服務原理，構建網絡直連通道

　　要實現PC 機和LED 顯示屏網絡直連通信，必須解決兩個關鍵問題：其一，讓PC 機和LED 顯示屏在同一個網段；其二，知道LED 顯示屏的IP 地址。

　　除此之外，還要解決多網卡、無線網卡" title="無線網卡">無線網卡對網絡直連的干擾等現象。借鑒DHCP 原理，主要解決思路如下：

　　（1）在PC 機端設計一個網絡直連控制進程；（2） 需要網絡直連時， 啟動該進程， 通過Windows 相關網絡API 函數和注冊表信息，確定與LED 顯示屏連接的非無線網卡，將其MAC 地址放入構建請求IP 地址的UDP 數據包中，然后廣播出去，同時啟動內部UDP 包捕獲子進程；（3）LED 顯示屏收到請求IP 地址的UDP 包后，根據本身IP 地址，構造一個PC 機的IP 地址，將其廣播出去，為了不引起混亂，這里構建的是偽DHCP 包，正常的Windows 客戶端收到該UDP 包時，并不會自動改變其IP 地址；（4）網絡直連控制進程的UDP 包捕獲子進程接收到分配的IP 地址的UDP 包后，解包得到PC機的IP 地址和LED 顯示屏的IP 地址；（5）設置PC 機網卡IP 地址，上傳LED 顯示屏的IP 地址給控制軟件，成功后，關閉網絡直連控制進程，完成網絡直連通道的建立。

　　這個網絡直連的過程涉及三個系統：（1）網絡直連控制進程，它構建請求IP 地址UDP 數據包并廣播出去，同時監控目標網卡的68 端口，捕獲返回的UDP 數據包，解析出PC 機的IP 地址和LED 顯示屏的IP 地址，然后設置PC 機的IP 地址，將LED顯示屏的IP 地址提交給主進程，完成網絡直連的任務；（2）LED 顯示屏DHCP 服務子進程，它接收PC機的IP 地址請求，構建并設置自身IP 地址，并返回PC 機的IP 地址的偽DHCP 包；（3）LED 控制軟件，當用戶選擇網絡直連方式時，啟動網絡直連控制子進程，實現網絡直接通道的建立，完成后，關閉該進程。

　　2.3 恢復PC 機網卡的配置信息

　　退出系統時，根據2.1 保存的是否使用過網絡直連的標識進行判斷，如果沒有使用過網絡直連方式，則無需執行網絡IP 恢復功能；否則將執行恢復功能，還原2.1 保存的網卡配置，恢復網卡IP 地址可使用netsh interface ip set 命令。同時，為了加快處理速度并提高成功率，可按禁用網卡、設置網卡IP地址、再啟用網卡的步驟實施：

　　（1）使用Windows 的SetupAPI 相關接口API函數禁用目標網卡；（2）恢復目標網卡IP 設置，根據靜態IP 地址和動態IP 地址，分別用不同的命令：

　　a. 恢復靜態IP 地址命令。

　　a. 恢復靜態IP 地址命令

　　netsh interface ip set address name=“本地連接”

　　source=STatic addr=192.168.1.19 mask=255.

　　255.255.0 gateway=nONe

　　b. 恢復動態IP 地址命令。

　　netsh interface ip set address“本地連接”dhcp

　　（3）使用SetupAPI 相關接口API 函數啟用目標網卡，這樣就完成了網卡配置信息的恢復。

　　3 結論

　　本文針對LED 顯示屏調試過程中對網絡直連的需求，提出一種網絡直連的方法，系統在啟動時自動保存網卡配置信息，使用網絡直連進程構建網絡直連通道，退出系統時自動恢復網卡配置信息，使用戶無需知道LED 顯示屏的IP 地址，也不用修改PC機的IP 地址，便可實現PC 機與LED 顯示屏的網絡通信。該方法在LED 導航者軟件中使用，其可靠性、穩定性和時效性得到了用戶的認可，取得了良好的效果。實踐證明，該方法可為類似的應用提供一種可供借鑒的解決方案。