嵌入式硬件设计

嵌入式硬件设计

硬件设计是系统的重要组成部分，是系统运行实现的平台。如上节分析，嵌入式远程节电控制器的硬件结构框图如图1所示。由嵌入式计算机系统、以太网接口模块和485通信模块三大部分组成。

3．1 嵌入式计算机系统

嵌入式计算机系统是嵌入式远程节电控制器的核心系统。它由嵌入式计算机、时钟电路、扩展存储器三部分构成。

3.1.1 嵌入式微处理器STC11F32E性能介绍

STC11F32E是宏晶科技推出的新一代性价比高、超强抗干扰/高速/低功耗的微处理器，指令代码完全兼容传统8051微处理器。该公司的产品具有系列化，选择余地大，且同一个系列的产品引脚兼容，更新方便。STC89C58RD+具有增强型12/1机器周期8051CPU；片内有32K字节的Flash程序存储器，可实现在系统编程（ISP）和在应用中编程（IAP），1280字节的片内数据RAM，以及16K字节的EEPROM；3个16位定时器/计数器；具有可编程的8级中断源4种优先级。

3.1.2 嵌入式计算机电路设计

嵌入式计算机电路设计如图选用11.592MHz石英晶体以便于RS-232串行通信波特率设置，其串行通信口TXD、RXD通过插座CON2引出，它既可用于内嵌程序的下载，也

可作其它智能控制

信号的

输入端。

图3.1嵌入式计算机系统电路设计

STC89C58RD＋的P3.3、P3.4引脚分别作为模拟IIC总线的数据线、时钟线。在模拟IIC总线上扩展有容量为32KB的EEPROM存储器24C256和时钟芯片PCF8563。

24C256是容量为32KB的IIC接口的EEPROM，其地址设定为000H，设计此外扩存储器是用来补充片内EEPROM的不足，以便存放动态网页。

PCF8563采用32.768KHz的石英晶体，自带电源，工作时向系统提供实时时钟，以确保嵌入式远程节电控制器能脱网定时控制。

串口通信部分采用RS-232串行通信接口进行数据的传输。电路设计为STC89C58RD ＋的串口通过MAX232电平转换芯片与PC机连接。MAX232内部有电压倍增电路和转换电路，芯片只需+5V电源便可实现嵌入式微处理器与PC机RS-232C的电平转换（对于连接双方都是使用TTL电平的设备可以不使用MAX232芯片进行电平转换）。在本系统中串口通信主要用于程序下载及调试。

3．2 以太网接口模块

以太网接口模块的核心是以太网接口芯片RTL8019AS。RTL8019AS芯片是Realtek 公司生产的一种局域网接口芯片，也是目前的10M网卡上最常见的一种芯片。

3.2.1 网络接口控制芯片RTL8019AS简介

RTL8019AS[21]是我国台湾地区Realtek公司生产的一种高度集成的全面支持IEEE802.3标准的以太网控制器芯片，兼容NE2000系列,同时还支持微软的PnP(即插即用)规范。利用双绞线可以和全双工网络交换机相连接，能够同时接收和发送数据。支持UTP(Unshielded Twisted Paired非屏蔽双绞线)，AUI(Attachment Unit Interface连接单元接口)和BNC(同轴电缆接插件)自动侦测。支持IO地址全解码模式。其主要特性如下：

1、符合EthernetⅡ和IEEE802.3(10Base5, 10Base2, 10BaseT)标准；

2、支持跳线和免跳线两种工作方式，可自由设置；

3、全双工，收发可同时达到10Mbps的速率，具有休眠模式，以降低功耗；

4、内部有16K的SRAM，用于数据收发的缓冲，降低了对处理器的速度要求；

5、支持8位、16位数据总线，16个I/O基地址选择；

6、允许四个诊断LED可编程输出；

7、100脚PQFP封装，缩小了PCB尺寸。

3.2.2 RTL8019资源分配

1、内部结构

RTL8019内部结构如图3.2所示。

图3.2 RTL8019AS内部结构图

根据其功能可分为远程DMA 接口、本地DMA 接口、MAC （介质访问子层）逻辑、数据编码解码逻辑和其它端口。ISA总线接口即远程DMA接口是指主机对RTL8019AS进行控制和操作的总线，本地DMA接口是指RTL8019AS与网络线的连接通道，作用是完成控制器和网络线的数据交换。PnP（即插即用）逻辑部分主要是用来解决和PC机的连接问题。Boot ROM端口作用是解决远程启动问题。EEPROM端口是用来操作RTL8019AS和EEPROM芯片93C46的接口，SRAM用来存放接收和要发送的数据。MAC逻辑完成数据的发送和接收过程中的控制，当主机要发送数据时，将帧数据经过远程DMA信道送到以太网络控制器中的发送缓存内存中，然后发出传送命令。以太网络控制器在送出前一帧的数据后继而完成此帧的发送；接收数据时，串行数据组成字节送到FIFO和CRC，发送逻辑将FIFO送来的字节在发送时脉的控制下逐步按位移出，并送到CRC电路，CRC电路在接收时对输入的数据进行CRC校验，将结果与帧尾的CRC比较，如不同则该帧数据将被拒收，如相同则送到接收缓冲区中，存到接收缓冲区。收满帧后以中断或缓存器标志的方式通知主处理器把数据读走。

2、内部寄存器

RTL8019AS网络控制器的寄存器，分为兼容NE2000寄存器组和PnP寄存器组。本系统设计中主要使用NE2000寄存器组，该组寄存器共包括4页：PAGE0、PAGE1、PAGE2、PAGE3，每页包含16个寄存器，页的选择可通过设置CR（Command Register 命令寄存器）中的PS0和PS1位实现。RTL8019AS具有32个输入输出地址，地址偏移量为00H-1FH。其中00H-0FH共16个地址，为寄存器地址；远程DMA地址包括10H-17H，都可以用来作远程DMA 端口，只要用其中的一个即可；复位端口包括18H-1FH共8个地址，功能一样，用于RTL8019AS复位。寄存器地址如表3.1所列。

表3.1 网卡芯片RTL8019AS的主要寄存器

本系统设计用到的主要寄存器功能介绍如表3.2所列。

表3.2 RTL8019AS寄存器功能介绍

3、内部RAM地址空间分配

RTL8019AS内部有两块RAM 区。一块16K字节，地址为0x4000-0x7fff；一块32字节，地址为0x0000-0x001f。RAM按页存储，每256字节为一页。一般将RAM 的前12页（即0x4000-0x4bff）存储区作为发送缓冲区，后52页（即0x4c00-0x7fff）存储区作为接收缓冲区。第0页叫Prom页，只有32字节，地址为0x000-0x001f，用于存储以太网物理地址。要接收和发送数据包就必须通过DMA读写RTL8019AS内部的16KB RAM。它实际上是双端口的RAM，是指有两套总线连接到该RAM，一套总线是RTL8019AS读或写该RAM，即本地DMA；另一套总线是单片机读或写该RAM，即远程DMA。

在本系统中，使用页0x40-0x4b作为网卡的发送缓冲区，共12页，刚好存放2个最大的以太帧。使用页0x4c-0x7f作为网卡的接收缓冲区，共52页。因此TPSR=0x40，PSTART=0x4c，PSTOP=0x80。CURR是网卡写内存的指针，它指向当前正在写的页的下一页。初始化时CURR指向0x4c+1=0x4d。网卡写完接收缓冲区一页，这个页地址自动加1。当加到最后的空页（PSTOP）时，将CURR自动置为接收缓冲区的第一页（PSTART）。当CURR=BNRY时，表示缓冲区全部被存满，这时网卡停止往内存写数据，直到数据取走发送为止。而BNRY要由用户来操作。用户从网卡读走一页数据，要将BNRY加1，然后再写到BNRY寄存器。当CURR=BNRY+1（或当BNRY=0x7f，CURR=0x4c）时，网卡的接收缓冲区里没有数据，表示没有收到新的数据包。当上述条件不成立时，表示接收到新的数据包。网卡RAM数据的读写都是通过DMA端口进行的。

3.2.3 以太网通信模块电路设计

地址线A5、A6、A7、A10-A19均固定接地电平。其地址就是00300H-0031FH，共32个地址，其片选端接P3.5引脚，当片选P3.5=0时，STC89C58RD+对0000H-001FH地址操作，即对RTL8019AS进行读写，从而进行以太网通信。RTL8019AS的LED1、LED2

脚接LED，用于指示网络通信状态；输入输出脚通过隔离变压器接RJ-45插座。以太网

通信模块电路设计电路如图3.3。

图3.3 以太网接口电路

第2章软件设计

软件设计是系统设计中的重要实现部分，是系统的灵魂，就象人的大脑，指挥控制着硬件的运作。该系统中需要实现这样几部分：嵌入式TCP/IP 协议栈、P2P协议、串口通信协议等。

4．1 嵌入式TCP/IP协议分析

在网络应用日益普及的今天，越来越多的嵌入式设备实现了Internet网络化。TCP/IP协议是一种目前被广泛采用的网络协议。嵌入式Internet的技术核心是在嵌入式系统中部分或完整地实现TCP/IP协议。由于TCP/IP协议比较复杂，而目前嵌入式系统中大量应用低速处理器，受内存和速度限制，有必要将TCP/IP协议进行简化。本章所分析的TCP/IP协议都是指对标准TCP/IP协议进行裁剪简化后，移植到单片机上的嵌入式TCP/IP协议。

4.1.1 TCP/IP协议族[1]

为了对各种层次上使用的网络协议实现国际标准化，国际标准化组织ISO 提出OSI七层网络模型结构。它包括物理层(physics layer)、数据链路层(data link)、网络层(network layer)、传输层(transport layer)、会话层(session layer)、表示层(presentation layer)和应用层(application layer)。其中物理层的主要功能是实现通信结点之间的物理连接，在物理传输介质上传输“0”和“1”二进制比特流；数据链路层的主要功能是在物理层提供的比特服务基础上在相邻结点之间提供简单的通信链路，传输以帧为单位的数据，同时它还负责数据链路的流量控制、差错控制；网络层的核心任务就是控制通信子网的运行，即进行路由选择、拥塞控制和网络互连；传输层的任务是向用户提供可靠的、透明的端到端数据传输，以及差错控制和流量控制机制；会话层负责在不同的机器之间提供会话进程的通信，如建立、管理和拆除会话进程等；表示层处理通信进程之间交换数据的表示方法，包括语法转换、数据格式的转换、加密与解密、压缩与解压缩等；应用层负责管理应用程序之间的通信，这一层为用户提供最直接的服务，包括虚拟终端、文件传输、事务处理，网络管理等大量的网络协议。应用层是OSI参考模型的最高层，底层所有协议的最终目的都是为应用层提供可靠的传输手段，底层协议并没有直接满足用户的任何实际需求，我们日常使用的电子邮件程序、文件传输、www浏览器、多媒体传输等都属于应用层的范围。

但在实际的应用中并不是严格按照这些层次模型来实现的，而是按照己经广泛采用的TCP/IP协议族来应用。图4.1是OSI的7层模型和TCP/IP协议族的对照表。

图4.1 OSI模型和TCP/IP协议族

TCP/IP协议族没有严格定义OSI的7层模型，它只有4 层。而在功能上，链路层相当于OSI的物理层和数据链路层的功能，完成网络数据底层帧的形成和收发。网际层的主要功能是负责在互联网上传输数据分组，与OSI参考模型的网络层相对应，相当于OSI参考模型中网络层的无连接网络服务。网际层是TCP/IP参考模型中最重要的一层，它是通信的枢纽,完成的功能是：①从底层来的数据包要由它来选择继续传给其他网络结点或是直接交给传输层。②从传输层来的数据包，要负责按照数据分组的格式填充报头，选择发送路径并交由相应的线路发送出去。在网际层主要定义了互联协议（IP）以及数据分组的格式，它的主要功能是路由选择和拥塞控制。另外该层还定义了地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP以及ICMP协议。传输层的主要功能是负责端到端的对等实体之间进行通信，它与OSI参考模型的传输层功能类似，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节，同时真正实现了源主机到目的主机的端到端的通信。TCP/IP 参考模型的传输层完全是建立在包交换通信子网基础之上的。TCP/IP的传输层定义了两个协议：传输控制协议，简称TCP(Transport Control Protocol)，和用户数据报协议，简称UDP(User Datagram Protocol)。

TCP协议是可靠的，面向连接的协议。它用于包交换的计算机通信网络、互联系统以及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。UDP是一种不可靠的、无连接协议，它最大的优点是协议简单，额外开销小，效率较高，缺点是不保证正确传输，也不排除重复信息的发生。需要可靠数据传输保证的应选用TCP协议。相反，对数据精确度要求不是太高，而对速度、效率要求很高的环境，如声音、视频的传输，应该选用UDP协议。应用层是TCP/IP协议族的最高层，它包含了OSI参考模型中会话层、表示层和应用层这些高层的协议的功能。目前互联网络上的应用层协议有下面几种：电子邮件协议(SMIP)，超文本传输协议(HTTP)，网络终端协议(TELNET)，文件传输协议(FTP),网络新闻传输协议(NNTP)，DNS，SNMP，RIP/OSPF。TCP/IP协议族结构如图4.2所示。

图4.2 TCP/IP协议族中不同层次的协议

不管是OSI的7层模型，还是TCP/IP的4层结构，都有利于各个层次的对应实体之间通过各自的协议通信，有利于各个计算机系统都有相同的层次结构，有利于不同系统的相应层次有相同的功能，有利于同一系统的各层次之间通过接口联系，有利于相邻的两层之间，下层为上层提供服务，同时上层使用下层提供的服务。由于TCP/IP协议族对于单片机控制的以太网接口太大，并且在测控系统中也用不到协议族的全部，必须进行裁剪和精简成嵌入式TCP/IP。嵌入式TCP/IP软件按网络分层模型分层结构进行模块化设计。

4.1.2 链路层协议及以太网卡驱动

1、链路层协议

系统不涉及到逆地址解析协议（RARP），所以链路层在这里有2个作用：1）为IP模块发送和接收IP数据报；2）为ARP模块发送请求和接收ARP应答。链路层根据网络所使用的硬件不同可以分为多种，这里我们所指的链路层为以太网链路层。起始帧格式如图4.3所示。

图4.3 以太网封装格式

当一个以太网的信息帧被发送到共享的信号信道或介质时，所有与信道相连的以太网接口都读入该帧，并且查看该帧的第一个48比特地址段，其中包含有目的地址。各个接口把帧的目的地址和自己的48比特地址进行比较，如果自己的地址与帧中的目的地址相同，则该以太网站点将继续读入整个帧，并将它送给上层网络协议。上层网络协议读入帧的类型字段，判断这个信息帧类型字段是0806 ARP包还是0800 IP包，然后再交给不同的协议处理。当其他的网络接口发现目的地址与自己的地址不同时，就会停止读入该信息帧。发送和接收时对数据封装和提取都比较简单，只需按以太网帧数据结构对其填写、提取即可。对于以太网的帧有最小长度要求，要求最少要有46字节，为了保证这一点必须在不足的空间插入填充字节即PAD字段内容。

2、以太网卡驱动程序

驱动程序设计部分的主要内容是：初始化网卡、读取网卡内接收的数据和通过网卡发送用户数据。驱动程序分为发送函数send_frame、接收函数rcve_frame、初始化函数init_8019以及在主程序中用于查询网卡是否收到数据的query_8019函数。

RTL8019AS初始化函数init_8019 初始化页0与页1的相关寄存器，页2的寄存器是只读的，不可以设置，页3的寄存器不是NE2000兼容的，不用设置。RTL8019AS部分重要的寄存器参数设置如下：

1)CR=0x21，选择页0的寄存器；

2)TPSR=0x40，发送页的起始页地址，初始化为指向第一个发送缓冲区的页（即0x40）；

3)PSTART=0x4c，PSTOP=0x80，构造缓冲环：0x4c-0x80；

4)BNRY=0x4c，设置指针；

5)RCR=0xcc，设置接收配置寄存器，使用接收缓冲区，仅接收自己地址的数据包（以及广播地址数据包）和多点播送数据包，小于64字节的包丢弃，校验错的数据包不接收；

6)TCR=0xe0，设置发送配置寄存器，启用CRC；自动生成和自动校验，工作在正常模式；

7)DCR=0xc8，设置数据配置寄存器，使用FIFO缓存，普通模式，8 位数据DMA；

8)IMR=0x00，设置中断屏蔽寄存器，屏蔽所有中断；

9)CR=0x61，选择页1的寄存器；

10)CURR=0x4d，CURR是RTL8019AS写内存的指针，指向当前正在写的页的下一页，初始化时指向0x4c+1=0x4d；

11)设置多址寄存器MAR0-MAR5，均设置为0x00；

12)设置网卡地址寄存器PAR0-PAR5；

13)CR=0x22，选择页1的寄存器，进入正常工作状态。

在函数send_frame中将待发送的数据按帧格式封装，先通过远程DMA通道送到RTL8019AS中的发送缓存区，然后发出传送命令，完成帧的发送任务。发送前的准备工作包括设置以太网目的地址、以太网源地址、协议类型。接着按所设置的协议类型来设置数据段。之后启动远程DMA，将数据写入RTL8019AS 的RAM，启动本地DMA，将数据发到网上。

RTL8019AS无法将整个数据包通过DMA通道一次性存入FIFO，所以在构造一个新的数据包之前必须先等待前一数据包发送完成（本系统中采用查询方式）。为提高发送效率，设计将12页的发送缓存区分为两个6页的发送缓存区，一个用于数据包发送，另一个用于构造新的数据包，交替使用。

4.1.3 ARP协议

当一台主机把以太网数据帧发送到位于同一局域网上的另一台主机上时，是根据48位的以太网地址来确定目的接口的。设备驱动程序不检查IP数据报中的目的IP地址。地址解析为这两种不同的地址形式提供映射[1]。

ARP发送一份目标物理地址为全1（称作ARP请求）的以太网数据帧给以太网上的每个主机，这个过程称作广播，其中ARP请求数据帧中包含目的主机的IP地址。目的主机的ARP层收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个含IP地址及对应的硬件地址的数据帧给ARP请求作应答。

图4.4 以太网的ARP请求或应答方式

在图4.4中，目的地址为全1的是广播地址。对于ARP请求或应答来说以太网帧类型字段的值为0X0806。硬件类型字段表示硬件地址的类型。它的值为

1表示以太网地址。协议类型字段表示要映射的协议地址类型，值为0X0800表示IP地址。对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，硬件地址长度和协议地址长度的值分别为6和4。操作字段（OP）指出四种操作类型，它们分别是ARP请求（值为1）、ARP应答（值为2），值3、4为RARP请求和应答。该字段为必填字段。

对于一个ARP请求来说，除目的端硬件地址外的所有其他字段都有填充值。当系统收到一份目的端发往本机的ARP请求报文后，它就把硬件地址填进去，然后用两个目的端地址分别替换两个发送端地址，并把操作字段置为2，最后把它发送回去。

ARP协议为32位IP地址到对应的48位以太网地址之间提供动态映射。嵌入式系统中仅响应ARP请求、发送ARP应答包。请求者广播出包含ARP请求的以太帧（目的以太网地址为全１称广播地址）。本机收到后，由目的IP地址判断自己是否为目的主机，若是则发送一个ARP应答。

ARP协议实现对ARP报文的解释、处理，同时管理ARP映射表。ARP报文分为ARP请求报文和ARP应答报文。当链路层要调用ip_send（）发送IP数据包时，如果不知道目的物理地址，则调用arp_resolve（）函数通过IP地址获取物理地址。arp_resolve（）函数首先通过查找缓存区内的地址映射表，如果找到物理地址则直接给出，否则调用函数arp_send（）发出ARP请求报文，等待该ARP请求报文收到应答后提取其目的MAC地址用于IP包的发送；ARP报文处理函数arp_rcve（）负责对接收的报文进行处理，首先对收到的ARP报文中的映射记录添加到IP-MAC地址映射表中，如果收到ARP应答报文是刚才自己发出去的ARP请求，则调用网络层函数ip_send（）把等候地址解析的IP数据报发出；如果收到ARP 请求报文，且请求解析的物理地址正是自己的物理地址，则调用函数arp_send（）向对方发出ARP应答报文。

函数init_arp（）负责ARP协议的初始化，主要是对映射表中每条映射按定义的数据结构进行初始化工作。另外当对第一次发送ARP请求没有收到ARP响应时，函数arp_retransmit（）实现重发ARP请求，如果连续重发两次仍没收到ARP响应则放弃。

4.1.4 IP协议

IP是TCP／IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP及ICMP数据都以IP数据报格式传输。IP的功能由IP首部结构中的数据定义[1]。

图4.5 IP数据报格式及首部中的各字段

IP数据报的格式如图4.5所示。普通的IP首部长为20个字节。除非含有选项字段。部分字段解释如下：

版本IP头中前4位标识了IP的操作版本，目前的协议版本号是4，因此IP有时也称作IPv4。

首部长度指的是首部占32位字的数目，包括任何选项。普通IP数据报（没有任何选项）字段的值是5。

服务类型包括一系列标志，这些标志能保证优先级、延时、吞吐量以及报文数的可靠性参数。

总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节为单位。

标志字段和片偏移标识字段唯一标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1、标志字段和片偏移字在分片和重组的时候会用到。

生存时间（TTL）生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数，它指定了数据报的生存时间。TTL的初始值由源主机设置。一旦经过一个处理它的路由器，其值就减1。当该字段的值为0时，数据报被丢弃。

在本系统中，简化的IP协议主要是用来收发IP数据包，包括UDP、TCP、ICMP协议中的数据包。在上层协议中有关数据发送的函数都是调用ip_send（）函数来实现的，比如tcp_send（）、udp_send（）和ping_send（）函数，ip_rcve （）函数则负责IP协议里的数据接收和处理工作。

在发送IP数据包的时候，最关键的是要获得目标主机的硬件地址，ip_send （）函数是通过调用ARP协议里的arp_resolve（）函数实现的。上层传过来的数据经过IP协议封装后，对IP数据包的头进行校验，如果无误，通过链路层协议的eth_send（）函数交给下层以太网卡驱动程序发送。

在接收IP数据包的时候，先判断IP数据包的目的IP地址是否与本机IP地址相符，再判断IP头校验是否正确，然后查看该IP数据包是否使用的是IPv4协议，最后确认收到的IP数据包是正确的。在经过上述检验工作后，接下来就是对收到的IP数据包按包含的协议ID字段进行分析，不同协议ID字段分别交给不同的协议来处理。

4.1.5 ICMP协议

ICMP协议位于IP层，负责接收、解释、发送ICMP报文。ICMP报文主要有两种功能：报告出错信息、传送控制信息。尽管与IP协议处于同一层次，但ICMP报文却是封装在IP数据包的数据段部分进行传送的，具体报文的封装如图4.6所示。在本系统中，ICMP协议的主要作用是实现ping程序。ping程序负责测试本机到目标IP主机是否可到达。该程序发送一份ICMP回显请求给主机，并等待返回ICMP回显应答。而且ping程序还能测试本机到目标主机的往返时间。

图4.6 ICMP报文的封装

ICMP经常被认为是IP层的一个组成部分。它传递差错报文以及其他需要注意的信息。在这里只是对ICMP的报文作简要的描述。本系统ICMP协议实现比较单一，用来回显请求和回显应答报文。Ping程序由两个函数组成：ping_send 函数、icmp_rcve函数。其中，icmp_rcve函数负责解释、处理收到的ICMP报文。当ICMP协议收到IP层送来的报文时，先对其进行校验和检查，在确保全1前提下再判断该ICMP报文类型，只有类型为8时（即回显请求）系统才调用ping_send 函数向对方主机发送一个Ping回显报文，其他类型系统默认不动作（系统对标准协议裁减）；ping_send函数负责构成ICMP报文并发送该报文，它是将包含发送信息的ICMP报文交由IP层发送。

4.1.6 UDP协议

UDP是一个简单的面向数据报的传输层协议，应用程序进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据报。UDP提供了一种基本的、低延时的传输。UDP数据报封装成一份IP数据报的格式如图4.7所示。

图4.7 UDP报文的封装

图4.8 UDP首部字段

UDP首部字段如图4.8所示，部分字段解释：

UDP源/目的端口号UDP协议使用端口号为不同的应用程序保留其各自的数据传输通道。UDP和TCP协议正是采用这一机制实现对同一时刻内多项应用程序同时发送和接收数据的支持。有的应用程序只能使用特定的端口，如HTTP协议用到80端口；用户自己的应用程序则可以使用未被注册的动态端口（一般大于1024）。

UDP长度UDP长度字段指的是UDP首部和UDP数据的字节长度。该字段的最小值为8字节。IP数据报长度指的是数据报全长，因此UDP数据报长度是IP数据报全长减去IP首部的长度。

UDP校验和校验和是一个16位的错误检查域，基于报文的内容计算得到。UDP校验和覆盖UDP首部和UDP数据（IP首部的校验和只覆盖IP的首部，并不覆盖IP数据报中的任何数据）。UDP校验和的基本计算方法与IP首部校验和计算方法相类似（16位字的二进制反码和），但是它们之间存在不同的地方。首先，UDP数据报的长度可以为奇数字节，但是IP校验和算法是把若干个16位字相加，字节数不能为奇数。解决方法是必要时在最后增加填充字节0，这只是为了校验和的计算（就是说，可能增加的填充字节不被传送）。

其次，UDP数据报和TCP段都包含一个12字节长的伪首部，它是为了计算校验和而设置的。伪首部包含IP首部一些字段。这些字段包括IP头中的32位源IP地址和32为目的IP地址。

UDP协议建立在IP协议之上，同IP协议一样提供无连接的数据报传输。相对IP协议而言，唯一增加的功能是提供协议端口以实现进程间的通信。

UDP和TCP一样是基于IP协议的，UDP协议的框架和系统对UDP协议的

实现都比较简单，接收数据的时候，只是检测端口和校验码，然后将应用数据提取出来。发送数据时，所要做的也只不过就是将应用数据和UDP头添加进去送给IP层处理。要注意的是，虽然UDP、TCP和IP是用同样的校验程序，但是UDP和TCP的校验和计算还考虑了一个12字节长的伪首部，伪首部包含IP首部一些字段（32位的源IP地址和32位的目标IP地址）。具体步骤是：发送数据时，上层调用本层的数据发送函数udp_send（），在udp_send（）中再调用下层的ip_send（）函数实现发送。当下层接收到数据时，调用本层的数据接收函数udp_recv（），在udp_recv（）中通知用户接收任务有UDP数据报到达。系统中增加UDP协议的主要目的是对系统收发数据的功能的测试，特别是检验网络层以下各协议的工作是否正常。函数udp_echo_service（）是本系统增加用于测试系统对UDP数据报收发的一个函数，工作过程是这样的：当系统收到其他主机发送的一个UDP数据报时，函数提取发送该报文的目的主机IP地址等信息，然后按原来UDP数据报的数据内容，源、目的地址交换，组成一个新的UDP数据报发回给目的主机。在目的主机上，通过比较发收数据的一致性，就能判断系统UDP数据报传输和处理的正确性。