知识分享：Air780E软件之UDP应用示例

一、UDP概述

UDP（用户数据报协议，UserDatagramProtocol）是一种无连接的、不可靠的传输层协议，主要用于实现网络中的快速通讯。以下是UDP通讯的主要特点：

1.1 无连接通讯：

UDP在发送数据之前不需要建立连接，这大大减少了通讯的延迟。发送方只需将数据包封装成UDP报文，并附上目的地址和端口号，即可直接发送。

UDP以报文为单位进行数据传输，每个报文都是独立的。这种面向报文的特性使得UDP能够保持数据的完整性，并且便于进行错误检测和处理。

1.2 高效性：

UDP的头部结构非常简单，只包含必要的字段，如源端口、目的端口、数据长度和校验和。这种简洁的头部设计使得UDP在处理数据包时更加高效，减少了网络延迟。

1.3 实时性：

UDP通讯具有较快的传输速度，适用于对实时性要求较高的应用场景，如视频通话、在线游戏等。在这些场景中，即使数据包偶尔丢失或延迟，也不会对整体功能产生严重影响。

1.4 不可靠传输：

UDP不保证数据包的顺序性、完整性和可靠性。数据包在传输过程中可能会丢失、重复或乱序到达。因此，UDP通讯需要应用层自行处理这些问题，如实现错误检测、数据重传等机制。

1.5 面向报文：

二、准备硬件环境

“古人云：‘工欲善其事，必先利其器。’在深入介绍本功能示例之前，我们首先需要确保以下硬件环境的准备工作已经完成。”

2.1 Air780E开发板

本demo使用的是Air780E核心板，如下图所示：

此核心板的详细使用说明参考：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

Air780E产品手册中的<<开发板Core_Air780E使用说明VX.X.X.pdf>>，写这篇文章时最新版本的使用说明为：开发板Core_Air780E使用说明V1.0.5.pdf；核心板使用过程中遇到任何问题，可以直接参考这份使用说明pdf文档。

2.2 SIM卡

请准备一张可正常上网的SIM卡，该卡可以是物联网卡或您的个人手机卡。

特别提醒：请确保SIM卡未欠费且网络功能正常，以便顺利进行后续操作。

2.3 PC电脑

请准备一台配备USB接口且能够正常上网的电脑。

2.4 数据通信线

请准备一根用于连接Air780E开发板和PC电脑的数据线，该数据线将实现业务逻辑的控制与交互。您有两种选择：

• USB数据线（其一端为Type-C接口，用于连接Air780E开发板）。通常，这种数据线的外观如下示意图所示：

普通的手机USB数据线一般都可以直接使用；

• 数据线是USB转TTL串口线。通常，这种数据线的外观如下示意图所示：

在本教程中，我们将采用以下数据线配置进行测试和数据查看：

• 第一种：USB数据线：此数据线不仅用于为测试板供电，还用于查看数据日志。其一端为Type-C接口，连接Air780E开发板；另一端为标准USB接口，连接PC电脑。

• 第二种：USB转TTL串口线：此数据线主要用于UDP-UART数据的查看。其一端为USB接口，连接PC电脑；另一端为TTL串口接口，连接Air780E开发板，以便进行串口通信和数据传输。

2.5 组装硬件环境

2.5.1 请按照SIM卡槽上的指示方向正确插入SIM卡，务必确保插入方向正确，避免插反导致损坏！

通常，插入SIM卡的步骤如下：

• 将SIM卡的金属接触面朝下，对准卡槽的开口。

• 用力平稳地将SIM卡推入卡槽，直至听到“咔嚓”一声，表示SIM卡已正确安装到位。

2.5.2 USB数据线，连接电脑和Air780E开发板，如下图所示：

三、准备软件环境

“凡事预则立，不预则废。”在详细阐述本功能示例之前，我们需先精心筹备好以下软件环境。

3.1 Luatools工具

要想烧录AT固件到4G模组中，需要用到合宙的强大的调试工具：Luatools；

Luatools工具集具备以下几大核心功能：

• 一键获取最新固件：自动连接合宙服务器，轻松下载最新的合宙模组固件。

• 固件与脚本烧录：便捷地将固件及脚本文件烧录至目标模组中。

• 串口日志管理：实时查看模组通过串口输出的日志信息，并支持保存功能。

• 串口调试助手：提供简洁的串口调试界面，满足基本的串口通信测试需求。

Luatools下载之后，无需安装，解压到你的硬盘，点击Luatools_v3.exe运行，出现如下界面，就代表Luatools安装成功了：

3.2 烧录代码

首先要说明一点：脚本代码，要和固件的LuatOS-SoC_V1112_EC618_FULL.soc文件一起烧录。

整体压缩文件：内含有文件一：Core固件和文件二：UDP-UART脚本文件，如图所示。

3.2.1 压缩文件：完整文件包

3.2.2 压缩包内部文件

文件一：Core固件

文件二：UDP-UART脚本文件

3.2.3 找到烧录的固件文件

官网下载,底层core下载地址：LuatOS底层core注：本demo使用如图所示固件

3.2.4 正确连接电脑和4G模组电路板

使用带有数据通信功能的数据线，不要使用仅有充电功能的数据线；

3.2.5 识别4G模组的boot引脚

在下载之前，要用模组的boot引脚触发下载，也就是说，要把4G模组的boot引脚拉到1.8v，或者直接把boot引脚和VDD_EXT引脚相连。我们要在按下BOOT按键时让模块开机，就可以进入下载模式了。

具体到Air780E开发板，

• 当我们模块没开机时，按着BOOT键然后长按POW开机。

• 当我们模块开机时，按着BOOT键然后点按重启键即可。

3.2.6 识别电脑的正确端口

判断是否进入BOOT模式：-模块上电，此时在电脑的设备管理器中，查看串口设备，如下图：

-进入boot下载模式，如下图所示：

-这时候，硬件连接上就绪状态，恭喜你，可以进行烧录了！

3.2.7 新建项目

首先，确保你的Luatools的版本大于或者等于3.0.6版本.

在Luatools的左上角上有版本显示的，如图所示：

Luatools版本没问题的话，就点击Luatools右上角的“项目管理测试”按钮，如下图所示：

这时会弹出项目管理和烧录管理的对话框，如下图：

3.2.8 开始烧录

选择780E板子对应的底层core和刚改的main.lua脚本文件。下载到板子中。

点击下载后，我们需要进入boot模式才能正常下载。

3.3 合宙TCP/UDPweb测试工具

为了方便测试，合宙提供了免费的不可商用的TCP/UDPweb测试工具：合宙TCP/UDPweb工具(luatos.com)

详细使用说明参考：合宙TCP/UDPweb测试工具使用说明。

3.4 PC端串口工具

LLCOM的下载链接：LLCOM，详细使用说明可以直接参考下载网站。

• 串口接线方式：Air780提供三个Uart.

MAIN_UART：通用串口，可用于AT命令和数据传输最大波特率921600bps，默认波特率自适应9600-115200bps支持硬件流控（RTS/CTS）

AUX_UART：通用串口

DBG_UART：用于输出调试信息

注意：

• 以上PinOut图示,对应的V1.8的开发板，版本号在板子丝印上可查阅。

• V1.4的开发板,由于LCD脚有差异,图示的LCD_RS/LCD_CLK实际位于开发板管脚编号06/05的UART2/AUX_UART脚,不在编号11/14脚。

• V1.8的开发板17脚改为VBAT.

3.4.1 LLCOM工具设置：初始配置

3.4.2 数据发送前的配置

 

四、UDP-UART透传功能实现的概述

本文教你怎么使用luatos脚本语言，就可以让合宙4G模组连接上一个UDP服务器，并且模组和服务器之间实现数据的双向传输！

4.1 本教程实现的功能定义

• 通过网页端启动一个UDP服务器；

• 4G模组插卡开机后，连接上UDP服务器；

• 4G模组向UDP服务器发送"UDPCONNECT"，服务器可以收到数据并且在网页端显示；

• UDP服务器网页端向4G模组发送datafromUDPserver，4G模组可以收到数据并且通过串口输出显示；

4.2 文章内容引用

• 780E开发板软硬件资料

• 以上接口函数不做详细介绍，可通过此链接查看具体介绍：socket-网络接口-LuatOS文档

4.3 核心脚本代码详解

4.3.1 串口初始化

本文示例：串口使用MAIN_UART(uart1)

4.3.2 数据接收回调：搭建响应桥梁

这里使用uart.rx接口，和以zbuff的方式存储从uart1外部串口收到的数据--收取数据会触发回调,这里的"receive"是固定值不要修改。

4.3.3 UDP网络配置：铺就数据通道

4.3.4 UDP至串口透传：数据无缝流转

4.3.5 串口至UDP反透传：信息双向传递

4.4 成果演示与深度解析：视频+图文全面展示

4.4.1 成果运行精彩呈现

4.4.2 完整实例深度剖析

五、总结

UDP-UART汇总:

• UDP（用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，它提供不可靠的服务，不保证数据包的顺序、完整性或正确性，但具有较低的时延和开销。UDP常用于需要快速传输且对丢包不太敏感的应用，如实时音视频、在线游戏等。

• UART（通用异步收发传输器）是一种串行通信协议，用于在计算机和其他设备之间传输数据。UART通信是异步的，意味着每个数据包的发送和接收是独立的，不需要时钟信号来同步。UART通信通常用于低速设备之间的连接，如微控制器、传感器等。

• 将UDP与UART结合起来，通常是在嵌入式系统或物联网（IoT）应用中，需要将设备上的数据通过网络传输到远程服务器或其他设备时。在这种情况下，UART可能用于设备内部的串行通信，而UDP则用于设备之间的网络通信。例如，一个基于微控制器的设备可能通过UART接口收集传感器数据，然后通过UDP协议将这些数据发送到远程服务器进行分析或存储。

• 需要注意的是，UDP和UART是不同层次的协议，UDP位于传输层，而UART位于物理层和数据链路层（在某些上下文中，可能被视为一种简单的通信接口）。它们各自在其层次上发挥作用，但可以在某些应用场景中结合使用以实现设备到网络的通信。

六、常见问题

6.1 UDP是否支持单向/双向认证？

UDP本身不直接支持单向或双向认证。UDP是一种无连接的协议，主要用于实时应用，如IP电话和视频会议，它不保证数据的可靠交付。虽然UDP本身不提供认证功能，但可以在应用层或通过网络设备实现用户认证。这种认证可以在连接建立的起始阶段进行，并且可以通过多种方式实现，包括单向认证（如客户端向服务器提供认证信息）和双向认证（双方相互验证身份）。具体实现方式取决于应用场景和需求。

七、扩展

7.1 关于TCP和UDP

TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）和UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）都是网络层之上的传输层协议，它们在网络通讯中扮演着重要的角色，但有着显著的区别。以下是TCP和UDP的简化对比：

7.2 连接性：

• TCP：面向连接。在数据传输之前，需要先建立连接（三次握手），确保数据传输的可靠性。

• UDP：无连接。数据传输前不需要建立连接，直接发送数据包。

7.3 可靠性：

• TCP：提供可靠的传输服务。通过确认应答、超时重传、错误校验等机制，确保数据按顺序、无错误地传输。

• UDP：不保证数据的可靠性。数据包可能会丢失、重复或乱序到达。

7.4 速度：

• TCP：由于需要建立连接和进行各种可靠性检查，TCP的传输速度相对较慢。

• UDP：没有连接建立和可靠性检查的开销，UDP的传输速度通常更快。

7.5 应用场景：

• TCP：适用于需要可靠传输的应用场景，如网页浏览、文件传输等。

• UDP：适用于对实时性要求较高、但对数据可靠性要求不高的应用场景，如视频流、音频流、在线游戏等。

7.6 流量控制：

• TCP：具有流量控制和拥塞控制机制，能够根据网络状况调整数据传输速率。

• UDP：没有流量控制和拥塞控制机制，数据发送速率完全取决于应用程序。

7.7 头部开销：

• TCP：头部开销较大，包含源端口、目的端口、序列号、确认号、窗口大小等多个字段。

• UDP：头部开销较小，仅包含源端口、目的端口、长度和校验和等字段。