知識分享：Air780E軟體之UDP應用示例

一、UDP概述

UDP（使用者資料包協議，UserDatagramProtocol）是一種無連線的、不可靠的傳輸層協議，主要用於實現網路中的快速通訊。以下是UDP通訊的主要特點：

1.1 無連線通訊：

UDP在傳送資料之前不需要建立連線，這大大減少了通訊的延遲。傳送方只需將資料包封裝成UDP報文，並附上目的地址和埠號，即可直接傳送。

UDP以報文為單位進行資料傳輸，每個報文都是獨立的。這種面向報文的特性使得UDP能夠保持資料的完整性，並且便於進行錯誤檢測和處理。

1.2 高效性：

UDP的頭部結構非常簡單，只包含必要的欄位，如源埠、目的埠、資料長度和校驗和。這種簡潔的頭部設計使得UDP在處理資料包時更加高效，減少了網路延遲。

1.3 實時性：

UDP通訊具有較快的傳輸速度，適用於對實時性要求較高的應用場景，如視訊通話、線上遊戲等。在這些場景中，即使資料包偶爾丟失或延遲，也不會對整體功能產生嚴重影響。

1.4 不可靠傳輸：

UDP不保證資料包的順序性、完整性和可靠性。資料包在傳輸過程中可能會丟失、重複或亂序到達。因此，UDP通訊需要應用層自行處理這些問題，如實現錯誤檢測、資料重傳等機制。

1.5 面向報文：

二、準備硬體環境

“古人云：‘工欲善其事，必先利其器。’在深入介紹本功能示例之前，我們首先需要確保以下硬體環境的準備工作已經完成。”

2.1 Air780E開發板

本demo使用的是Air780E核心板，如下圖所示：

此核心板的詳細使用說明參考：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

Air780E產品手冊中的<<開發板Core_Air780E使用說明VX.X.X.pdf>>，寫這篇文章時最新版本的使用說明為：開發板Core_Air780E使用說明V1.0.5.pdf；核心板使用過程中遇到任何問題，可以直接參考這份使用說明pdf文件。

2.2 SIM卡

請準備一張可正常上網的SIM卡，該卡可以是物聯網路卡或您的個人手機卡。

特別提醒：請確保SIM卡未欠費且網路功能正常，以便順利進行後續操作。

2.3 PC電腦

請準備一臺配備USB介面且能夠正常上網的電腦。

2.4 資料通訊線

請準備一根用於連線Air780E開發板和PC電腦的資料線，該資料線將實現業務邏輯的控制與互動。您有兩種選擇：

• USB資料線（其一端為Type-C介面，用於連線Air780E開發板）。通常，這種資料線的外觀如下示意圖所示：

普通的手機USB資料線一般都可以直接使用；

• 資料線是USB轉TTL串列埠線。通常，這種資料線的外觀如下示意圖所示：

在本教程中，我們將採用以下資料線配置進行測試和資料檢視：

• 第一種：USB資料線：此資料線不僅用於為測試板供電，還用於檢視資料日誌。其一端為Type-C介面，連線Air780E開發板；另一端為標準USB介面，連線PC電腦。

• 第二種：USB轉TTL串列埠線：此資料線主要用於UDP-UART資料的檢視。其一端為USB介面，連線PC電腦；另一端為TTL串列埠介面，連線Air780E開發板，以便進行串列埠通訊和資料傳輸。

2.5 組裝硬體環境

2.5.1 請按照SIM卡槽上的指示方向正確插入SIM卡，務必確保插入方向正確，避免插反導致損壞！

通常，插入SIM卡的步驟如下：

• 將SIM卡的金屬接觸面朝下，對準卡槽的開口。

• 用力平穩地將SIM卡推入卡槽，直至聽到“咔嚓”一聲，表示SIM卡已正確安裝到位。

2.5.2 USB資料線，連線電腦和Air780E開發板，如下圖所示：

三、準備軟體環境

“凡事預則立，不預則廢。”在詳細闡述本功能示例之前，我們需先精心籌備好以下軟體環境。

3.1 Luatools工具

要想燒錄AT韌體到4G模組中，需要用到合宙的強大的除錯工具：Luatools；

Luatools工具集具備以下幾大核心功能：

• 一鍵獲取最新韌體：自動連線合宙伺服器，輕鬆下載最新的合宙模組韌體。

• 韌體與指令碼燒錄：便捷地將韌體及指令碼檔案燒錄至目標模組中。

• 串列埠日誌管理：實時檢視模組透過串列埠輸出的日誌資訊，並支援儲存功能。

• 串列埠除錯助手：提供簡潔的串列埠除錯介面，滿足基本的串列埠通訊測試需求。

Luatools下載之後，無需安裝，解壓到你的硬碟，點選Luatools_v3.exe執行，出現如下介面，就代表Luatools安裝成功了：

3.2 燒錄程式碼

首先要說明一點：指令碼程式碼，要和韌體的LuatOS-SoC_V1112_EC618_FULL.soc檔案一起燒錄。

整體壓縮檔案：內含有檔案一：Core韌體和檔案二：UDP-UART指令碼檔案，如圖所示。

3.2.1 壓縮檔案：完整檔案包

3.2.2 壓縮包內部檔案

檔案一：Core韌體

檔案二：UDP-UART指令碼檔案

3.2.3 找到燒錄的韌體檔案

官網下載,底層core下載地址：LuatOS底層core注：本demo使用如圖所示韌體

3.2.4 正確連線電腦和4G模組電路板

使用帶有資料通訊功能的資料線，不要使用僅有充電功能的資料線；

3.2.5 識別4G模組的boot引腳

在下載之前，要用模組的boot引腳觸發下載，也就是說，要把4G模組的boot引腳拉到1.8v，或者直接把boot引腳和VDD_EXT引腳相連。我們要在按下BOOT按鍵時讓模組開機，就可以進入下載模式了。

具體到Air780E開發板，

• 當我們模組沒開機時，按著BOOT鍵然後長按POW開機。

• 當我們模組開機時，按著BOOT鍵然後點按重啟鍵即可。

3.2.6 識別電腦的正確埠

判斷是否進入BOOT模式：-模組上電，此時在電腦的裝置管理器中，檢視串列埠裝置，如下圖：

-進入boot下載模式，如下圖所示：

-這時候，硬體連線上就緒狀態，恭喜你，可以進行燒錄了！

3.2.7 新建專案

首先，確保你的Luatools的版本大於或者等於3.0.6版本.

在Luatools的左上角上有版本顯示的，如圖所示：

Luatools版本沒問題的話，就點選Luatools右上角的“專案管理測試”按鈕，如下圖所示：

這時會彈出專案管理和燒錄管理的對話方塊，如下圖：

3.2.8 開始燒錄

選擇780E板子對應的底層core和剛改的main.lua指令碼檔案。下載到板子中。

點選下載後，我們需要進入boot模式才能正常下載。

3.3 合宙TCP/UDPweb測試工具

為了方便測試，合宙提供了免費的不可商用的TCP/UDPweb測試工具：合宙TCP/UDPweb工具(luatos.com)

詳細使用說明參考：合宙TCP/UDPweb測試工具使用說明。

3.4 PC端串列埠工具

LLCOM的下載連結：LLCOM，詳細使用說明可以直接參考下載網站。

• 串列埠接線方式：Air780提供三個Uart.

MAIN_UART：通用串列埠，可用於AT命令和資料傳輸最大波特率921600bps，預設波特率自適應9600-115200bps支援硬體流控（RTS/CTS）

AUX_UART：通用串列埠

DBG_UART：用於輸出除錯資訊

注意：

• 以上PinOut圖示,對應的V1.8的開發板，版本號在板子絲印上可查閱。

• V1.4的開發板,由於LCD腳有差異,圖示的LCD_RS/LCD_CLK實際位於開發板管腳編號06/05的UART2/AUX_UART腳,不在編號11/14腳。

• V1.8的開發板17腳改為VBAT.

3.4.1 LLCOM工具設定：初始配置

3.4.2 資料傳送前的配置

四、UDP-UART透傳功能實現的概述

本文教你怎麼使用luatos指令碼語言，就可以讓合宙4G模組連線上一個UDP伺服器，並且模組和伺服器之間實現資料的雙向傳輸！

4.1 本教程實現的功能定義

• 透過網頁端啟動一個UDP伺服器；

• 4G模組插卡開機後，連線上UDP伺服器；

• 4G模組向UDP伺服器傳送"UDPCONNECT"，伺服器可以收到資料並且在網頁端顯示；

• UDP伺服器網頁端向4G模組傳送datafromUDPserver，4G模組可以收到資料並且透過串列埠輸出顯示；

4.2 文章內容引用

• 780E開發板軟硬體資料

• 以上介面函式不做詳細介紹，可透過此連結檢視具體介紹：socket-網路介面-LuatOS文件

4.3 核心指令碼程式碼詳解

4.3.1 串列埠初始化

本文示例：串列埠使用MAIN_UART(uart1)

4.3.2 資料接收回撥：搭建響應橋樑

這裡使用uart.rx介面，和以zbuff的方式儲存從uart1外部串列埠收到的資料--收取資料會觸發回撥,這裡的"receive"是固定值不要修改。

4.3.3 UDP網路配置：鋪就資料通道

4.3.4 UDP至串列埠透傳：資料無縫流轉

4.3.5 串列埠至UDP反透傳：資訊雙向傳遞

4.4 成果演示與深度解析：影片+圖文全面展示

4.4.1 成果執行精彩呈現

4.4.2 完整例項深度剖析

五、總結

UDP-UART彙總:

• UDP（使用者資料包協議）是一種無連線的傳輸層協議，它提供不可靠的服務，不保證資料包的順序、完整性或正確性，但具有較低的時延和開銷。UDP常用於需要快速傳輸且對丟包不太敏感的應用，如實時音影片、線上遊戲等。

• UART（通用非同步收發傳輸器）是一種序列通訊協議，用於在計算機和其他裝置之間傳輸資料。UART通訊是非同步的，意味著每個資料包的傳送和接收是獨立的，不需要時鐘訊號來同步。UART通訊通常用於低速裝置之間的連線，如微控制器、感測器等。

• 將UDP與UART結合起來，通常是在嵌入式系統或物聯網（IoT）應用中，需要將裝置上的資料透過網路傳輸到遠端伺服器或其他裝置時。在這種情況下，UART可能用於裝置內部的序列通訊，而UDP則用於裝置之間的網路通訊。例如，一個基於微控制器的裝置可能透過UART介面收集感測器資料，然後透過UDP協議將這些資料傳送到遠端伺服器進行分析或儲存。

• 需要注意的是，UDP和UART是不同層次的協議，UDP位於傳輸層，而UART位於物理層和資料鏈路層（在某些上下文中，可能被視為一種簡單的通訊介面）。它們各自在其層次上發揮作用，但可以在某些應用場景中結合使用以實現裝置到網路的通訊。

六、常見問題

6.1 UDP是否支援單向/雙向認證？

UDP本身不直接支援單向或雙向認證。UDP是一種無連線的協議，主要用於實時應用，如IP電話和視訊會議，它不保證資料的可靠交付。雖然UDP本身不提供認證功能，但可以在應用層或透過網路裝置實現使用者認證。這種認證可以在連線建立的起始階段進行，並且可以透過多種方式實現，包括單向認證（如客戶端向伺服器提供認證資訊）和雙向認證（雙方相互驗證身份）。具體實現方式取決於應用場景和需求。

七、擴充套件

7.1 關於TCP和UDP

TCP（TransmissionControlProtocol，傳輸控制協議）和UDP（UserDatagramProtocol，使用者資料包協議）都是網路層之上的傳輸層協議，它們在網路通訊中扮演著重要的角色，但有著顯著的區別。以下是TCP和UDP的簡化對比：

7.2 連線性：

• TCP：面向連線。在資料傳輸之前，需要先建立連線（三次握手），確保資料傳輸的可靠性。

• UDP：無連線。資料傳輸前不需要建立連線，直接傳送資料包。

7.3 可靠性：

• TCP：提供可靠的傳輸服務。透過確認應答、超時重傳、錯誤校驗等機制，確保資料按順序、無錯誤地傳輸。

• UDP：不保證資料的可靠性。資料包可能會丟失、重複或亂序到達。

7.4 速度：

• TCP：由於需要建立連線和進行各種可靠性檢查，TCP的傳輸速度相對較慢。

• UDP：沒有連線建立和可靠性檢查的開銷，UDP的傳輸速度通常更快。

7.5 應用場景：

• TCP：適用於需要可靠傳輸的應用場景，如網頁瀏覽、檔案傳輸等。

• UDP：適用於對實時性要求較高、但對資料可靠性要求不高的應用場景，如影片流、音訊流、線上遊戲等。

7.6 流量控制：

• TCP：具有流量控制和擁塞控制機制，能夠根據網路狀況調整資料傳輸速率。

• UDP：沒有流量控制和擁塞控制機制，資料傳送速率完全取決於應用程式。

7.7 頭部開銷：

• TCP：頭部開銷較大，包含源埠、目的埠、序列號、確認號、視窗大小等多個欄位。

• UDP：頭部開銷較小，僅包含源埠、目的埠、長度和校驗和等欄位。