【得捷电子Follow me第4期】基础任务一：静态IP配置、Ping、抓包分析、iperf测速

pomin

【得捷电子Follow me第4期】基础任务一：静态IP配置、Ping、抓包分析、iperf测速 [复制链接]

> 完成主控板W5500初始化(静态IP配置)，并能使用局域网电脑ping通，同时W5500可以ping通互联网站点；通过抓包软件(Wireshark、Sniffer等)抓取本地PC的ping报文，展示并分析

## 环境搭建

### Pico SDK 环境搭建

> 参考来源：[官方文档](https://github.com/Wiznet/RP2040-HAT-LWIP-C/blob/main/getting_started.md)

W5500-EVB-Pico 开发板官方提供了 RP2040-HAT-LWIP-C 和 RP2040-HAT-C 两个仓库的 SDK 这里以 RP2040-HAT-LWIP-C

使用 git 拉取仓库，指定分支 v1.0.0，最新版本的文档与仓库内容有些出入，所以选择 1.0.0 版本，然后进入目录，更新 submodule

```sh
git clone https://github.com/Wiznet/RP2040-HAT-LWIP-C.git -b v1.0.0
cd RP2040-HAT-LWIP-C
git submodule update --init
```

这还没完，需要执行几个 patch，对部分的代码进行替代

```sh
cd libraries/pico-extras
git apply --ignore-whitespace ../../patches/01_pico-extras_lwip_cmakelists.patch
cd ..
cd ..
cd libraries/pico-extras/lib/lwip
git apply --ignore-whitespace ../../../../patches/02_pico-extras_lwip_dns.patch
git apply --ignore-whitespace ../../../../patches/03_pico-extras_lwip_opt.patch
```

然后直接编译，把所有例程全部编译，当然也可以 cmake 生成 makefile 后选择部分编译

```sh
cmake -B build && cmake --build build -j16
```

### STM32H7 环境搭建

STM32 的环境搭建就相对容易许多了，打开 CubeMX 软件，按照如下操作获取到官方提供的 LWIP 的 Example

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776704_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240116211018.png</strong> <em class="xg1">(141.58 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776704" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776704&handlekey=savephoto_776704">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

这个例程官方提供有 Keil、IAR、CubeIDE 的工程，我这里选择 Keil来进行操作，ST 官方提供的这个 LWIP 的例程是带操作系统的，而 Pico 开发板的例程是裸机的，LWIP 分为裸机和 OS 两种使用方式，看来可以进行同步学习了。

## 局域网内互相 ping

lwip 的 app 中是没有提供 ping 的，但是开源社区的 contrib 包中提供有 ping 的 app 代码。

http://download.savannah.nongnu.org/releases/lwip/

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776705_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117003342.png</strong> <em class="xg1">(132.16 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776705" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776705&handlekey=savephoto_776705">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

可以看到其中有 ping 的代码，复制到工程即可，准备工作就完成了

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776706_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117004219.png</strong> <em class="xg1">(30.78 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776706" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776706&handlekey=savephoto_776706">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### pico

> 下面的工程是把 lwiperf 的代码复制一份，重命名为 static_ip，同时对 CMakeLists.txt 稍作修改得来的，当然也可以直接在 lwiperf 基础上修改

lwiperf 例程是用的静态 IP，这里修改一下 IP 地址为 192.168.0.188，其中 g_pcip 为电脑的 IP

```c
    IP4_ADDR(&g_picoip, 192, 168, 0, 188);
    IP4_ADDR(&g_mask, 255, 255, 255, 0);
    IP4_ADDR(&g_gateway, 192, 168, 0, 1);
    IP4_ADDR(&g_pcip, 192, 168, 0, 103);
```

然后在 while (1) 的上面一行添加启动 ping 电脑的代码

```c
printf(">>>> W5500 Pico <<<<\n");
printf("LWIP Test\n");
ping_init(&g_pcip);
```

编译烧录，可以看到开发板不断的 ping 电脑的 IP 并显示延迟

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776707_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117010142.png</strong> <em class="xg1">(168.28 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776707" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776707&handlekey=savephoto_776707">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

当然也可以反过来，使用电脑来 ping 开发板，这个延迟还不错，打游戏应该挺流畅的

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776708_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117010929.png</strong> <em class="xg1">(58.65 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776708" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776708&handlekey=savephoto_776708">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### STM32

首先，需要在 lwipopts.h 文件中失能 DHCP 并且设置其他的几个宏定义

```c
#define LWIP_DHCP     0
#define LWIP_DNS      1
#define LWIP_RAW      1
#define LWIP_DEBUG    1
```

在 main.h 中修改开发板的 IP 为 192.168.0.177

```c
/*Static IP ADDRESS*/
#define IP_ADDR0 ((uint8_t)192U)
#define IP_ADDR1 ((uint8_t)168U)
#define IP_ADDR2 ((uint8_t)0U)
#define IP_ADDR3 ((uint8_t)177U)
```

然后在 BSP_Config 函数中添加调试串口的初始化，官方例程默认没有初始化调试串口

```c
COM_InitTypeDef com1_config = {
  .BaudRate = 115200,
  .WordLength = COM_WORDLENGTH_8B,
  .StopBits = COM_STOPBITS_1,
  .Parity = COM_PARITY_NONE,
  .HwFlowCtl = COM_HWCONTROL_NONE,
};
BSP_COM_Init(COM1, &com1_config);
```

然后修改 Netif_Config 函数，在尾部添加 pico 的 IP 地址作为 ping 的目标

```c
static void Netif_Config(void)
{
ip_addr_t ipaddr;
ip_addr_t netmask;
ip_addr_t gw;
 
#if LWIP_DHCP
ip_addr_set_zero_ip4(&ipaddr);
ip_addr_set_zero_ip4(&netmask);
ip_addr_set_zero_ip4(&gw);
#else
IP_ADDR4(&ipaddr,IP_ADDR0,IP_ADDR1,IP_ADDR2,IP_ADDR3);
IP_ADDR4(&netmask,NETMASK_ADDR0,NETMASK_ADDR1,NETMASK_ADDR2,NETMASK_ADDR3);
IP_ADDR4(&gw,GW_ADDR0,GW_ADDR1,GW_ADDR2,GW_ADDR3);
#endif /* LWIP_DHCP */

/* add the network interface */  
netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);

/*Registers the default network interface. */
netif_set_default(&gnetif);

ethernet_link_status_updated(&gnetif);

#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK 
netif_set_link_callback(&gnetif, ethernet_link_status_updated);

osThreadDef(EthLink, ethernet_link_thread, osPriorityNormal, 0, configMINIMAL_STACK_SIZE *2);
osThreadCreate (osThread(EthLink), &gnetif);
#endif 
 
#if LWIP_DHCP
/* Start DHCPClient */
osThreadDef(DHCP, DHCP_Thread, osPriorityBelowNormal, 0, configMINIMAL_STACK_SIZE * 2);
osThreadCreate (osThread(DHCP), &gnetif);
#endif

ip_addr_t pico;
IP_ADDR4(&pico,IP_ADDR0,IP_ADDR1,IP_ADDR2, 188);
printf(">>>> STM32H743 <<<<\n");
printf("LWIP Test\n");
ping_init(&pico);
}

```

编译运行，STM32 成功 ping 通 w5500 pico 开发板

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776709_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240116222454.png</strong> <em class="xg1">(48.23 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776709" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776709&handlekey=savephoto_776709">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### wireshark 抓包分析

对于 W5500 Pico 开发板和电脑互相 ping，可以使用 wireshark 来抓包查看，使用过滤器来过滤出含有开发板 IP 的项目，无论是源地址还是目标地址

```
ip.src == 192.168.0.188 || ip.dst == 192.168.0.188
```

可以看到 ping 是基于 ICMP 协议的，开发板和电脑不断的收发

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776710_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117010254.png</strong> <em class="xg1">(118.38 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776710" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776710&handlekey=savephoto_776710">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

双击数据，可以看到十分详细的通信细节，从上到下是各个层级的详细数据
- 物理层：即为抓包的目标接口，这里的硬件设备是 Wi-Fi 网卡
- 数据链路层：显示的是开发板和电脑的 MAC 地址，Wiznet 开头的是开发板，Intel 开头的是电脑的 Wi-Fi 网卡，这个 MAC 地址也是可以在port/lwip/w5x00_lwip.c 中修改的
- IP 层：使用的是 ipv4，可以查看到源 IP 和目标 IP，协议类型等信息，可以看到开发板的 ipv4地址是刚才设置的 192.168.0.188
- ICMP：可以看到具体的数据内容
    - 发送时的报文应该是 Type: 8 (Echo (ping) request)
    - 正常的回复报文应该是 Type: 0 (Echo (ping) reply)

对于请求的报文，消息包的解析如下图，可以看到各个字段的释义，打开 ping.c 组包的代码，可以看到有 16 位的加和校验、ID 等等信息，关于这些的详细定义可以在 RFC Editor 网站中查询文档，[https://www.rfc-editor.org/](https://www.rfc-editor.org/) ，ICMP 对应的是 RFC 792

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776711_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117220454.png</strong> <em class="xg1">(162.66 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776711" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776711&handlekey=savephoto_776711">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

下面是 RFC 792 中对请求/应答包的详细说明

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776712_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117220939.png</strong> <em class="xg1">(133.21 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776712" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776712&handlekey=savephoto_776712">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## ping 公网域名

### DNS设置

ping 公网的域名时候，需要一个 DNS 服务器来负责域名的解析任务，比如常用的 8.8.8.8、114.114.114.114 等，当然最常用的就是路由器作 DNS 了
### pico

使用 LWIP 来设置静态 IP 地址的时候，DNS 是需要手动设置的，在 RP2040-HAT-LWIP-C/port/lwip/lwipopts.h 中启用 DNS，在末尾添加如下代码，指定 DNS 地址为网关的地址就可以使用 DNS 了

```c
dns_setserver(0, &g_gateway);
```

现在来 ping 一下 baidu.com，定义几个全局变量

```c
/* DNS */
static uint8_t g_dns_target_domain[] = "baidu.com";
static uint8_t g_dns_get_ip_flag = 0;
static ip_addr_t g_resolved;
```

在 while(1) 的末尾添加如下代码

```c
if ((dns_gethostbyname(g_dns_target_domain, &g_resolved, NULL, NULL) == ERR_OK) && (g_dns_get_ip_flag == 0))
{
    g_ip = g_resolved.addr;

printf(" DNS success\n");
    printf(" Target domain : %s\n", g_dns_target_domain);
    printf(" IP of target domain : [%03d.%03d.%03d.%03d]\n", g_ip & 0xFF, (g_ip >> 8) & 0xFF, (g_ip >> 16) & 0xFF, (g_ip >> 24) & 0xFF);

ping_init(&g_resolved);
    g_dns_get_ip_flag = 1;
}
```

编译烧录，可以看到已经可以对 baidu.com 进行 DNS 解析，并且 ping 通

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776713_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240116210514.png</strong> <em class="xg1">(137.36 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776713" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776713&handlekey=savephoto_776713">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

### STM32

STM32 端也是类似，ping 一下 baidu.com

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776714_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240116215322.png</strong> <em class="xg1">(96.87 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776714" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776714&handlekey=savephoto_776714">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## 网络优化、iperf 测速

> 网络延迟和网速是评价网速的两个直观的指标，在上文中使用 ping 来测试了网络延迟，下面使用 iperf 来测试

测试的代码只需要两行代码，放在 while(1) 之前即可，把两个开发板都作为 iperf 的server，因为 Windows 是没有 iperf 工具的，所以我直接使用局域网内的 RK3568 小主机来作为 iperf 的 client 来测试

```c
static lwiperf_report_fn fn;
lwiperf_start_tcp_server_default(fn, NULL);
```

当然也不能忘了包含头文件

```c
#include "lwip/apps/lwiperf.h"
```

W5500 Pico 在主频 133MHz、SPI 50MHz，DMA 开启的情况下测试结果 15-16Mbps，这个瓶颈还是 SPI 导致的，不过能跑到这个速度，Pico+W5500 的方案还是很不错的

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776715_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240116212736.png</strong> <em class="xg1">(66.01 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776715" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776715&handlekey=savephoto_776715">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

STM32 端就不用说了，H743 内置 MAC，板载的 phy 芯片是 LAN8742A，几乎百兆满速

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_776716_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Pasted image 20240117012203.png</strong> <em class="xg1">(58.95 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_776716" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=776716&handlekey=savephoto_776716">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

Jacktang

SPI 的瓶颈影响还是挺大的

【得捷电子Follow me第4期】基础任务一：静态IP配置、Ping、抓包分析、iperf测速 [复制链接]

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