STM32提高篇: 以太网通讯

STM32提高篇: 以太网通讯

• 一.以太网通讯介绍
• 二.W5500芯片介绍
• • 1.W5500芯片特点
  • 2.W5500应用目标
  • 3.接入框图
• 三.驱动移植
• 四.tcp通讯
• 五.udp通讯
• 六.http_server

一.以太网通讯介绍

以太网（Ethernet）是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问控制的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术，取代了其他局域网标准如令牌环、FDDI和ARCNET。

以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑，但目前的快速以太网（100BASE-T、1000BASE-T标准）为了减少冲突，将能提高的网络速度和使用效率最大化，使用交换机（Switch hub）来进行网络连接和组织。如此一来，以太网的拓扑结构就成了星型；但在逻辑上，以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，即载波多重存取/碰撞侦测）的总线技术。

经过长期的发展，以太网已成为应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10 Mbit/s）、快速以太网（100 Mbit/s）、千兆以太网（1000 Mbit/s）和万兆以太网（10 Gbit/s）等。IEEE 802.3规范则是基于以太网的标准制定的，并与以太网标准相互兼容。

二.W5500芯片介绍

要进行通讯，需要相应的硬件支持，在嵌入式应用领域，应用最广泛的一个以太网芯片就是W5500，素有以太之王的称号。

是韩国半导体公司WIZnet提供的一款高性价比的以太网芯片。其全球独一无二的全硬件TCPIP协议栈专利技术，解决了嵌入式以太网的接入问题，简单易用，安全稳定，是物联网设备的首选解决方案。

W5500 集成了 TCP/IP 协议栈，10/100M 以太网数据链路层（MAC）及物理层（PHY），使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。

久经市场考验的WIZnet全硬件 TCP/IP 协议栈支持 TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP以及PPPoE协议。W5500内嵌32K字节片上缓存以供以太网包处理。 如果你使用 W5500，你只需要一些简单的Socket编程就能实现以太网应用。这将会比其他嵌入式以太网方案更加快捷、简便。

用户可以同时使用8个硬件Socket独立通讯。 W5500 提供了SPI（外设串行接口）从而能够更加容易与外设 MCU 整合。而且，W5500的使用了新的高效SPI协议支持80MHz 速率，从而能够更好的实现高速网络通讯。为了减少系统能耗，W5500提供了网络唤醒模式（WOL）及掉电模式供客户选择使用。

1.W5500芯片特点

（1）支持硬件TCP/IP协议：TCP，UDP，ICMP，IPv4，ARP，IGMP，PPPoE。

（2）支持8个独立端口（Socket）同时通讯。

（3）支持掉电模式。

（4）支持网络唤醒。

（5）支持高速串行外设接口（SPI模式 0，3）。

（6）内部32K字节收发缓存。

（7）内嵌10BaseT/100BaseTX 以太网物理层（PHY）。

（8）支持自动协商（10/100-Based 全双工/半双工）。

（9）不支持 IP 分片。

（10）3.3V工作电压，I/O 信号口5V耐压。

（11）LED状态显示（全双工/半双工，网络连接，网络速度，活动状态）。

（12）LQFP48无铅封装（7x7mm，间距 0.5mm）

2.W5500应用目标

W5500适合于以下嵌入式应用：

（1）家庭网络设备：机顶盒、个人录像机、数码媒体适配器。

（2）串行转以太网：门禁控制、LED 显示屏、无线 AP 继电器等。

（3）并行转以太网：POS/微型打印机、复印机。

（4）USB 转以太网：存储设备、网络打印机。

（5）GPIO 转以太网：家庭网络传感器。

（6）安全系统：数字录像机、网络摄像机、信息亭。

（7）工厂和楼宇自动化控制系统。

（8）医疗监测设备。

（9）嵌入式服务器。

3.接入框图

三.驱动移植

注册函数：

void user_register_function(void)
{
    /* 注册片选函数 */
    reg_wizchip_cs_cbfunc(wizchip_cs_select, wizchip_cs_deselect);

    /* 注册spi读写的函数 */
    reg_wizchip_spi_cbfunc(wizchip_spi_readbyte, wizchip_spi_writebyte);

    /* 注册临界区函数  (有实时操作系统的时候才会用到) */
    reg_wizchip_cris_cbfunc(wizchip_cris_enter, wizchip_cris_exit);
}

复位和设置初始地址：

static void App_Eth_RST(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPGEN;
    /* pg7:  推挽输出  mode=11 cnf=00 */
    GPIOG->CRL |= GPIO_CRL_MODE7;
    GPIOG->CRL &= ~GPIO_CRL_CNF7;

    /* RST引脚拉低不低于500us */
    GPIOG->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR7;
    Delay_ms(1);
    GPIOG->ODR |= GPIO_ODR_ODR7;
    Delay_ms(100);
}

uint8_t ip[]  = {192, 168, 32, 223};
uint8_t ga[]  = {192, 168, 32, 1};
uint8_t sub[] = {255, 255, 255, 0};
uint8_t mac[] = {110, 120, 13, 140, 150, 160};
void    App_Eth_Init(void)
{
    /* 初始化spi驱动 */
    Driver_SPI_Init();

    /* 软重启芯片 */
    App_Eth_RST();

    /* 注册函数 */
    user_register_function();

    /* 设置ip地址相关 */

    /* ip地址 */
    setSIPR(ip);
    /* mac地址 */
    setSHAR(mac);
    /* 子网掩码 */
    setSUBR(sub);
    /*  设置网关 */
    setGAR(ga);

    printf("ip地址设置完成\r\n");
}

数据导通：

四.tcp通讯

使用TCP协议 ：

面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP时面向连接的所以只能用端到端的通讯。

启动TCP服务器：

单片机作为服务器，使用本地电脑连接，成功则打印串口数据。

#define SN 0 /* socket 的编号 */
#define CLIENT 0
#define SERVER 1
uint8_t connected = 0;
uint8_t self = SERVER;
/* 启动一个TCP的服务器 */
void App_Tcp_ServerStart(void)
{
    self = SERVER;
    uint8_t status = getSn_SR(SN);

    // printf("%#x\r\n", status);

    if(status == SOCK_CLOSED) /* 表示socket已经关闭了 */
    {
        uint8_t r = socket(SN, Sn_MR_TCP, 8888, SF_TCP_NODELAY);
        if(r == SN)
        {
            printf("socket 0打开成功\r\n");
        }
        else
        {
            printf("socket 0打开失败 %d\r\n", r);
        }
        connected = 0;
    }
    else if(status == SOCK_INIT) /* 表示socket的已经打开, 并处于tcp模式 */
    {
        /* 监听客户端的连接 */
        uint8_t r = listen(SN);
        if(r == SOCK_OK)
        {
            printf("socket 0监听成功\r\n");
        }
        else
        {
            printf("socket 0监听失败 %d\r\n", r);
        }
        connected = 0;
    }
    else if(status == SOCK_CLOSE_WAIT)
    {
        printf("失去与客户端的连接\r\n");
        close(SN);
    }
}

打印成功：

TCP协议接收数据：

uint8_t  clientIp[4];
uint16_t clientPort;
/* 接收tcp协议传输的数据 */
void App_Tcp_ReceiveData(uint8_t data[], uint16_t *dataLen)
{
    uint8_t status = getSn_SR(SN);
    // printf("%#x\r\n", status);

    if(status == SOCK_ESTABLISHED) /* 表示客户端已经连接成功服务器 */
    {
        if(connected == 0 && self == SERVER)
        {
            /* 获取对方的ip地址和端口号 */
            getSn_DIPR(SN, clientIp);
            clientPort = getSn_DPORT(SN);
            printf("客户端连接建立成功:ip =  %d.%d.%d.%d, port = %d\r\n",
                   clientIp[0],
                   clientIp[1],
                   clientIp[2],
                   clientIp[3],
                   clientPort);
            connected = 1;
        }

        if(getSn_IR(SN) & Sn_IR_RECV) /* 收到tcp数据 */
        {
            setSn_IR(SN, Sn_IR_RECV); /* 写1清除 */
            /* 收到的数据长度 */
            *dataLen = getSn_RX_RSR(SN);

            recv(SN, data, *dataLen); /* 接收数据 */
        }
    }
}

启动TCP客户端：

单片机作为客户端连接电脑端服务器。

/* 启动一个客户端 */
uint8_t  serverIp[4] = {192, 168, 32, 228}; /* 服务端的ip地址: (电脑的ip地址) */
uint16_t serverPort  = 9999;
void     App_Tcp_ClientStart(void)
{
    self = CLIENT;
    uint8_t status = getSn_SR(SN);

    if(status == SOCK_CLOSED) /* 表示socket已经关闭了 */
    {
        uint8_t r = socket(SN, Sn_MR_TCP, 8888, SF_TCP_NODELAY);
        if(r == SN)
        {
            printf("socket 0打开成功\r\n");
        }
        else
        {
            printf("socket 0打开失败 %d\r\n", r);
        }
        connected = 0;
    }
    else if(status == SOCK_INIT) /* 表示socket的已经打开, 并处于tcp模式 */
    {
        /* 客户端需要主动区连接tcp服务器 */
        int8_t r = connect(SN, serverIp, serverPort);
        if(r == SOCK_OK)
        {
            printf("客户端连接服务器成功\r\n");
            App_Tcp_SendData("hello, this stm32 tcp client!", 29);
        }
        else
        {
            printf("客户端连接服务器失败 %d\r\n", r);
        }
        connected = 0;
    }
    else if(status == SOCK_CLOSE_WAIT)
    {
        printf("失去与服务端的连接\r\n");
        close(SN);
    }
}

TCP协议发送数据：

void App_Tcp_SendData(uint8_t data[], uint16_t dataLen)
{
    if(dataLen == 0) return;

    uint8_t status = getSn_SR(SN);
    if(status == SOCK_ESTABLISHED)
    {
        send(SN, data, dataLen);
    }
}

五.udp通讯

使用UDP协议 ：

面向无连接的通信协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。不需要接收方确认，属于不可靠传输，可能丢包实际使用要求程序员编程验证。
发送数据：

void App_UDP_SendData(uint8_t data[], uint16_t dataLen, uint8_t *sIp, uint16_t sPort)
{

    uint8_t status = getSn_SR(SN);

    if(status == SOCK_CLOSED) /* 表示socket已经关闭了 */
    {
        uint8_t r = socket(SN, Sn_MR_UDP, 8888, 0);
        if(r == SN)
        {
            printf("socket 0打开成功\r\n");
        }
        else
        {
            printf("socket 0打开失败 %d\r\n", r);
        }
    }
    else if(status == SOCK_UDP)
    {
        /* 发送数据 */
        int32_t r = sendto(SN, data, dataLen, sIp, sPort);
        printf("发送完毕.... %d\r\n", r);
    }
}

接收数据：

void App_UDP_ReceiveData(uint8_t data[], uint16_t *dataLen, uint8_t *rIp, uint16_t *rPort)
{
    memset(data, 0, strlen(data));
    *dataLen = 0;

    uint8_t status = getSn_SR(SN);
    if(status == SOCK_CLOSED) /* 表示socket已经关闭了 */
    {
        uint8_t r = socket(SN, Sn_MR_UDP, 8888, 0);
        if(r == SN)
        {
            printf("socket 0打开成功\r\n");
        }
        else
        {
            printf("socket 0打开失败 %d\r\n", r);
        }
    }
    else if(status == SOCK_UDP)
    {
        /* 先判断是否收到数据 */
        if(getSn_IR(SN) & Sn_IR_RECV)
        {
            setSn_IR(SN, Sn_IR_RECV);
            /* 从寄存器读取到数据的长度, 比实际大8个字节 */
            uint16_t tmp = getSn_RX_RSR(SN);
            if(tmp > 0)
            {
                *dataLen = tmp - 8;

                recvfrom(SN, data, *dataLen, rIp, rPort);
            }
        }
    }
}

六.http_server

初始化：

void App_HttpSever_Init(void)
{
    Driver_LED_Init();
    /* 初始化一个httpserver */
    httpServer_init(txBuff, rxBuff, 8, sockeList);
    /* 注册一个网页: 首页 */
    reg_httpServer_webContent((uint8_t *)"index.html", (uint8_t *)content);
}

启动初始化：

void App_HttpServer_Start(void)
{

    /* 启动服务器 */
    for(size_t i = 0; i < sizeof(sockeList); i++)
    {
        httpServer_run(i);
    }
}

解析URL和控制小灯：

void App_HttpServer_DoAction(uint8_t action);
// 这个函数由http驱动层调用
void App_HttpServer_ParseUrl(uint8_t url[])
{
    // /index.html?action=2
    char *index = strstr((char *)url, "action");
    if(index != NULL)
    {
        uint8_t action = (uint8_t)(*(index + 7));
        App_HttpServer_DoAction(action);
    }
}
void App_HttpServer_DoAction(uint8_t action)
{
    if(action == '1')
    {
        Drviver_LED_On(LED_2);
    }
    else if(action == '2')
    {
        Drviver_LED_Off(LED_2);
    }
    else if(action == '3')
    {
        Drviver_LED_Toggle(LED_2);
    }
}