基于win10环境下的高速网络接收和发送处理系统.docx

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1、基于WINlO环境下的高速网络接收和发送处理系统摘要Windows10操作系统在2015年被微软推出，以其高数据处理性能、高程序兼容性、良好的人机交互界面及其丰富的个性化设置得到了人们的广泛认可。与此同时，随着工业技术的高速发展，传统WinCe嵌入式操作系统已经很难满足人们的需求，特别是在高速网络接受和发送处理系统中，WinCe更是捉襟见肘，难以满足人们的需要。因此，本文先介绍了并分析了传统的wince系统的不足和传统网络收发中断机制的局限，并针对网络化高速数据采集应用，提出采用轮询的方法收取网络报文，对WincIOWSlO下的收发报文的驱动进行改进。关键词：windows10；中断机制；网络

2、传输；操作系统HighspeednetworkreceptionandtransmissionprocessingsystembasedonWINlOenvironmentAbstractWindows10operatingsystemwasintroducedin2015byMicrosoft,withitshighdataprocessingperformance,highprogramcompatibility,goodhuman-computerinteractioninterfaceanditsrichpersonalizedsettingshavebeenwidelyrecogni

3、zed.Atthesametime,withtherapiddevelopmentofindustrialtechnology,traditionalwinCEembeddedoperatingsystemhasbeendifficulttomeetpeoplesneeds,especiallyinthehigh-speednetworkforreceivingandtransmittingandprocessingsystem,winCEisstretched,itisdifficulttomeetthepeoplesneeds.Therefore,thisarticlefirstintro

4、ducedandtheshortageofthetraditionalwincesystemareanalyzedandthelimitationsoftraditionalnetworktosendandreceiveinterruptmechanism,andaimsatsuchhighspeeddatacollectionapplications,pollingmethodisproposedfornetworkpacket,toimprovethetextdriverunderWindows10.Keywords:Windows10;interruptmechanism;network

5、transmission;operatingsystem目录摘要IAbstractIl第一章1LI概述11.2 WinCE系统简介11.3 WinCE系统弊端分析2I .3.1网络能力2II 3.2人机界面功能支持3III .3WINCE应用平台上的缺点3L4WinlO系统及其在工业控制中的优势31.4 .1网络能力41.4.2 在人机界面、3D及个性化上的支持41.4.3 WinlO数据处理能力5第二章72.1 windowsOS架构72.2 windows网络子程序架构82.2.1 TDI规范82.2.2 NDlS规范82.2.3 windows网络架构91.1 WinlO驱动的过程112

6、.4 WinlO中断与任务NIC调度112.4.1 WinlO中断简介112.4.2 异步过程调用(APC)中断122.5 以太网/IP的介绍132.5.1 以太网简介132.5.2 IP介绍14第三章网络中断机制及开发163.1 以往的网络报文接受模式-一中断方式163.1.1 简单介绍中断机制163.1.2 中断机制在高速网络下的弊端173.2 轮询机制简介183.2.1 轮询接收对高速采样报文的必要性和轮询机制说明193.2.2 Win10基于轮询机制的接收报文驱动的设计验证193.3 基于轮询机制的高速网络在Win10平台上的验证193.3.1 WinlO系统开发环境及介绍203.2.

7、2 关键代码分析223.2.3 WinlO上验证结果23总结25参考文献26第一章1.1概述自20世纪以来，工业生产及设计制作技术高速发展，人们对工业技术的需求越来越高。从早期的蒸汽时代，到简单工业自动控制，再到如今的大数据及系统控制，人们需要高速的互联网络以及完善和高性能的操作系统，以提高生产技术和水平。早期乃至现今的工业控制系统依旧是WinCe,wince操作系统虽然已经在工业控制上被广泛采用，并且服役多年，但随着生产技术特别是新型行业，精密仪器，精密制造，3D打印等技术的发展，WinCe已经很难满足高端产业的需求，因此，微软推出了全新的操作系统Winl0,在图形处理，用户界面，高速网络传

8、输，数据处理等方面都拥有非常良好的性能。1.2WinCE系统简介WindowsCE(WindowsEmbeddedCompact)是Windows操作系统家族的一员，专门为掌上电脑(HPCS)和计算机环境中的嵌入式设备的使用。这样的操作系统，实现了移动技术与现有的窗口桌面的结合。MyDeviceRemoteDesktop.WRecycleBinInternetExplorerMustPlayerWindowsEmbeddedCompact70FtoVeWerMcrosoftVideoPlayer图LIWinCe操作系统用户界面WindOWSCE可以通过设计一个在硬件层和内核代码之间构建硬件平台

9、,对比其他的微软视窗操作系统，wince并不代表一个标准的兼容所有平台相同的软件。为了能够灵活地满足各种产品的需要，它采用标准的方式。这意味着它可以通过一系列的软件模型来进行选择，使产品可以定制。此外，一些可以使用的模式也可以作为它的一部分，这意味着这些模式可以通过从一组选择可用的组件，从而成为标准模型，通过选择，以达到最低系统要求的模式，这样的方法可以减少存储的脚本和操作系统运行。wince主要由两大部分组成，一个是wince中运行的采集端软件。另一个是wince硬件设备。他们主要由以下两部构成。1）硬件部分在生产现场，由于空间的限制，一般情况下不方便放置常规的工控主机，同时也基于成本的考虑

10、，所以采用工业级的嵌入式主机是一个比较好的解决方案，一般在数据采集仪上配备有两个串口，仪器或设备可直接通过串口线与之相连，同时用户可在数据采集仪中设置产品相关的信息。2）软件部分采集软件安装在数据采集仪中，用户通过采集软件进行数据的自动采集，并进行相关的处理，对于生产线的实时数据，由于一般只是输出数据，没有输出相应的参数值,规格值等，所以此时可在软件中设置相应的产品信息参数，然后由用户选择相应的产品信息，班次信息，批次信息等。这将很利于生产速率、工作效率的提高。OEM层WindowsCE构建的嵌入式系统大致可以分为4个层次，如右图所示，从上往下依次是：硬件层、OEM层、操作系统层及应用层。一般

11、来说，不同厂商提供不同层次的设备或软件，硬件层和OEM层由硬件OEM厂商提供；微软公司提供操作系统层；独立软件开发商提供应用层。每个层由不同的模块组成，每个模块由不同的组件组成。从硬件和软件、操作系统和应用程序的层次结构中，可以方便地实现系统的硬件、软件、操作系统、应用等方面的发展，对劳动分工并行发展。1.3WinCE系统弊端分析硬件层图 1.2 WinCE系统构造虽然WinCe目前发展已经较为成熟,但是WinCe欠缺的兼容性，图形处理能力等功能已经很难满足现代工业的需求。尽管Windows操作系统是一个通用型计算机平台，为实现统一的体验而设计，设备制造商可以使用WindowsEmbedded

12、CE6.0,为不同的非桌面设备构建定制化的操作系统映像，这增加了开发者开发的难度。因此，在程序兼容性和通用性上Winee做得并不出色。1.3.1网络能力随着社会的进步和发展，人类已经步入了互联网时代。高速的网络传输能力标志着操作系统的主要性能之一。在WinCe上，由于硬件的限制，系统对基于ADSL、Wi-FiLTE等网络的支持不尽人意。高速和兼容性等良好的体验很难在WinCe上得以实现。1.3.2人机界面功能支持另外，WinCe由于屏幕尺寸和支持分辨率的限制，很难实现诸如WinlO能够随意支持多个高清显示器，同时处理数个流媒体那样的能力。随着工业的发展，人们渴求一种能够依靠手势就能操作的控制方

13、式，它拥有很有好的人机交互界面，在手臂上安装数个传感器，甚至只是佩戴一些特殊颜色的线条，计算机就能得知人们要做什么，从而对控制系统进行操作和控制。1.3.3WlNCE应用平台上的缺点wince上并没有完整支持windows该系统，很多数学或者电路软件都无法正常的在WirICE上运行，例如matlab、MathernatiCa等软件，这让现代制造业的设计和分析工作产生了不便，人们很期望机器上运行的软件对设计或者控制人员自身使用的WindoWS系统是全兼容的，这样便不会花很大力气去研究代码的移植，系统的迁移等。因此，wince已经很难满足现代工业的需求，一种更受人们欢迎的操作系统被人们渴求。1.4

14、WinIO系统及其在工业控制中的优势2015年10月，微软公司发布了旗下下一代跨平台及设备应用的操作系统WinlOo其桌面如下图所示。图1.3Win10桌面界面WinIO一推出，便受到了人们的高度认可。在WinlO系统中，兼容性更强，丰富的个性化设置，人机界面功能的高度支持，3D显示，以及强大的数据处理能力，以及对各种仿真软件的支持，例如matalb,mathematice等。这将非常有利于现代工业控制及更多系统级应用，WinlO从4英寸的屏幕到40英寸的屏幕，都得到了全线的兼容，多显示器更是随意扩展，无疑给人机交互、信息的显示带来了方便。1.4. 1网络能力图1.4便携Wi-Fi接入模块图1

15、.52.4G扩展模块WinIO已经几乎能够全线兼容几乎所有流行的有线和无线网络。以无线网络为例，表中列出了常用的无线网络传输协议。从WinlO的角度来讲，即便出厂的系统硬件未含有某种协议的硬件部分，我们也能很方便的购买到批量生产并且廉价的扩展接口。协议频宽最大传输宰802.11a5.8GHz54Mbits802.11b2.4GHzUMbit/s802.11g2.4GH5.8GHz2254MbitZSHomeRF2.4GHz10MbitsHiperLAN25GHz54MbitsIrDA1.5MHz9.6kbits4MbitsBluetooch2.4GHz72Okbit/sIMbit/s802.162.66GHz2Mbits155Mbit/sWi-Fi2.4GHzUMbit/s图1.6主要通信协议及性能指标WinIO支持的常见的接口主要包含VGA、HDMI视频结构、USB扩展接口、PQ网卡接口、