【兆易GD32H759I-EVAL】--10.以太网TCP/UDP通讯

dirty

【兆易GD32H759I-EVAL】--10.以太网TCP/UDP通讯 [复制链接]

本帖最后由 dirty 于 2024-6-10 11:53 编辑

本篇讲述板载以太网TCP/UDP通讯功能.

一.硬件原理与准备

开发板以太网模块功能原理如下

图1:以太网原理图

开发板外挂一颗以太网芯片DP83848CVV，芯片使用RMII(Reduced Media Independant Interface)精简介质无关接口。RMI收发使用2位数据进行传输，收发时钟均采用50MHz时钟源。信号定义如下:

图2:RMII信号定义

准备工作，将跳线帽JP48， JP51， JP57， JP59， JP60， JP70接到以太网侧。可以看到开发板以太网功能与LCD/摄像头引脚不兼容，开发板跳线帽灵活切换还是很方便的。

图3:以太网跳线帽选择

二.了解TCP/UDP

TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)协议属于传输层协议。传输层是计算机网络中的一层，位于网络层和应用层之间。它主要负责在网络中的两个端系统之间提供可靠的、端到端的数据传输服务。简单理解，传输层就是负责在源主机和目标主机之间提供端到端的数据传输。

TCP提供IP环境下的数据可靠传输，它提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送。通俗说，它是事先为所发送的数据开辟出连接好的通道，然后再进行数据发送；

UDP是一种无连接的协议，不提供可靠性保证，但传输效率较高。它将数据分割成数据报，每个数据报都是独立的，可以独立传输，因此没有复杂的连接建立和维护过程。

三.代码准备

lwip协议栈资源可在:http://download.savannah.nongnu.org/releases/lwip/网址下载，本工程上FreeRTOS系统，并会使用到该网络协议栈。

1.关于宏的定义使用。这里使能动态分配IP，使用NET0,并配置服务端IP(电脑作为服务端，通过控制台使用命令ipconfigj即可查到)。

#define USE_DHCP    /* enable DHCP, if disabled static address is used */

/*The USE_ENET0 and USE_ENET1 macros cannot be opened at the same time*/
#define USE_ENET0
//#define USE_ENET1

#define IP_S_ADDR0   192
#define IP_S_ADDR1   168
#define IP_S_ADDR2   3
#define IP_S_ADDR3   5

1.网络硬件接口初始化。包括了引脚配置和网络事件中断使能

void enet_system_setup(void)
{
    nvic_configuration();

    /* configure the GPIO ports for ethernet pins */
    enet_gpio_config();

    /* configure the ethernet MAC/DMA */
    enet_mac_dma_config();

    if(0 == enet_init_status) {
        while(1) {
        }
    }


#ifdef USE_ENET0
    enet_interrupt_enable(ENET0, ENET_DMA_INT_NIE);
    enet_interrupt_enable(ENET0, ENET_DMA_INT_RIE);

#ifdef SELECT_DESCRIPTORS_ENHANCED_MODE
    enet_desc_select_enhanced_mode(ENET0);
#endif /* SELECT_DESCRIPTORS_ENHANCED_MODE */

#endif /* USE_ENET0 */
#ifdef USE_ENET1
    enet_interrupt_enable(ENET1, ENET_DMA_INT_NIE);
    enet_interrupt_enable(ENET1, ENET_DMA_INT_RIE);

#ifdef SELECT_DESCRIPTORS_ENHANCED_MODE
    enet_desc_select_enhanced_mode(ENET1);
#endif /* SELECT_DESCRIPTORS_ENHANCED_MODE */

#endif /* USE_ENET1 */
}

/*!
    \brief      this function handles ethernet interrupt request
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void ENET0_IRQHandler(void)
{
    portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    /* frame received */
    if(SET == enet_interrupt_flag_get(ENET0, ENET_DMA_INT_FLAG_RS)){ 
        /* give the semaphore to wakeup LwIP task */
        xSemaphoreGiveFromISR(g_rx_semaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
    }
    //printf("ENET0_IRQHandler\r\n");

    /* clear the enet DMA Rx interrupt pending bits */
    enet_interrupt_flag_clear(ENET0, ENET_DMA_INT_FLAG_RS_CLR);
    enet_interrupt_flag_clear(ENET0, ENET_DMA_INT_FLAG_NI_CLR);

    /* switch tasks if necessary */
    if(pdFALSE != xHigherPriorityTaskWoken){
        portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

2.LwIP 协议栈初始化。包含了tcp ip任务栈初始化， IP分配，网络芯片寄存器配置，网络状态事件回调注册及设置生效网络。

/*!
    \brief      initializes the LwIP stack
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void lwip_stack_init(void)
{
    ip_addr_t ipaddr;
    ip_addr_t netmask;
    ip_addr_t gw;

    /* create tcp_ip stack thread */
    tcpip_init( NULL, NULL );

    /* IP address setting */
#ifdef USE_DHCP
    ipaddr.addr = 0;
    netmask.addr = 0;
    gw.addr = 0;
#else
    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDR0, IP_ADDR1, IP_ADDR2, IP_ADDR3);
    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDR0, NETMASK_ADDR1 , NETMASK_ADDR2, NETMASK_ADDR3);
    IP4_ADDR(&gw, GW_ADDR0, GW_ADDR1, GW_ADDR2, GW_ADDR3);
  
#endif /* USE_DHCP */

#ifdef USE_ENET0
    /* - netif_add(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr,
              ip_addr_t *netmask, ip_addr_t *gw,
              void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
              err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))

     Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
    netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
    Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
    or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.

    The init function pointer must point to a initialization function for
    your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.*/

    netif_add(&g_mynetif0, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);
    /* registers the default network interface */
    netif_set_default(&g_mynetif0);
    netif_set_status_callback(&g_mynetif0, lwip_netif_status_callback);

    /* when the netif is fully configured this function must be called */
    netif_set_up(&g_mynetif0);

#endif /* USE_ENET0 */

#ifdef USE_ENET1
    /* - netif_add(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr,
              ip_addr_t *netmask, ip_addr_t *gw,
              void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
              err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))

     Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
    netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
    Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
    or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.

    The init function pointer must point to a initialization function for
    your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.*/

    netif_add(&g_mynetif1, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);
    /* registers the default network interface */
    netif_set_default(&g_mynetif1);
    netif_set_status_callback(&g_mynetif1, lwip_netif_status_callback);

    /* when the netif is fully configured this function must be called */
    netif_set_up(&g_mynetif1);

#endif /* USE_ENET1 */
}

3.网络状态回调。这里实现TCP/UDP 客户端服务端功能，每一个创建任务并予以实现.

/*!
    \brief      after the netif is fully configured, it will be called to initialize the function of telnet, client and udp
    \param[in]  netif: the struct used for lwIP network interface
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void lwip_netif_status_callback(struct netif *netif)
{
    if(((netif->flags & NETIF_FLAG_UP) != 0) && (0 != netif->ip_addr.addr)) {
        printf("%s\r\n",__func__);
        /* initilaize the tcp server: telnet 8000 */
        hello_gigadevice_init();
        printf("initilaize the tcp server: telnet 8000\r\n");
        /* initilaize the tcp client: echo 10260 */
        tcp_client_init();
        printf("initilaize the tcp client: echo 10260\r\n");
        /* initilaize the udp: echo 1025 */
        udp_echo_init();
        printf("initilaize the udp: echo 1025\r\n");
        
    }
}

这里以TCP Client为例，讲解并添加写日志，打印接收数据。开发板作为客户端，电脑作为服务端。ipaddr就是前面讲过电脑端IP，tcp 端口定义为10260，创建socket后，绑定IP及端口，然后连接。如连接上服务端后接收数据等待，如接收到数据，将接受的数据原样发回给服务端，这里添加了接收数据打印。其他，TCP Server 端口号为8000，UDP 端口1025.

static void tcp_client_task(void *arg)
{
    int  ret, recvnum, sockfd = -1;
    int tcp_port = 10260;
    struct sockaddr_in svr_addr, clt_addr;
    char buf[100];
    ip_addr_t ipaddr;

    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_S_ADDR0, IP_S_ADDR1, IP_S_ADDR2, IP_S_ADDR3);

    /* set up address to connect to */
    svr_addr.sin_family = AF_INET;
    svr_addr.sin_port = htons(tcp_port);
    svr_addr.sin_addr.s_addr = ipaddr.addr;


    clt_addr.sin_family = AF_INET;
    clt_addr.sin_port = htons(tcp_port);
    clt_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

    while(1) {
        /* create the socket */
        sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if(sockfd < 0) {
            continue;
        }
        // printf("create tcp_client socket ok\r\n");
        ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&clt_addr, sizeof(clt_addr));
        if(ret < 0) {
            lwip_close(sockfd);
            sockfd = -1;
            continue;
        }
        // printf("bind server ok\r\n");
        /* connect */
        ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&svr_addr, sizeof(svr_addr));
        if(ret < 0) {
            lwip_close(sockfd);
            sockfd = -1;
            continue;
        }
        printf("connect server ok\r\n");
        while(-1 != sockfd) {
            /* reveive packets, and limit a reception to MAX_BUF_SIZE bytes */
            recvnum = recv(sockfd, buf, MAX_BUF_SIZE, 0);
			
            if(recvnum <= 0) {
                lwip_close(sockfd);
                sockfd = -1;
                break;
            }
			printf("receive tcp server data ,len:%d\r\n",recvnum);
			for(int i=0;i<recvnum;i++)
			{
				printf("0x%02x ",buf[i]);
			}
            printf("\r\nreceive data and send to\r\n");
            send(sockfd, buf, recvnum, 0);
        }

        lwip_close(sockfd);
        sockfd = -1;
    }

}

4.dhcp实现。这里通过创建任务dhcp_task，启动dhcp配置，等待路由IP分配，获取到动态IP.

void dhcp_task(void * pvParameters)
{
    ip_addr_t ipaddr;
    ip_addr_t netmask;
    ip_addr_t gw;
#ifdef USE_ENET0
    struct dhcp *dhcp_client0;
#endif /* USE_ENET0 */
#ifdef USE_ENET1
    struct dhcp *dhcp_client1;
#endif /* USE_ENET1 */
  printf("dhcp task run\r\n");
    for(;;){
 #ifdef USE_ENET0
        switch(dhcp_state){
        case DHCP_START:
            dhcp_start(&g_mynetif0);
            /* IP address should be set to 0 every time we want to assign a new DHCP address*/
            dhcp_state = DHCP_WAIT_ADDRESS;
            break;

        case DHCP_WAIT_ADDRESS:    
            /* read the new IP address */
            ip_address.addr = g_mynetif0.ip_addr.addr;

            if(0 != ip_address.addr){ 
                dhcp_state = DHCP_ADDRESS_ASSIGNED;
                printf("\r\nDHCP -- eval board ip address: %d.%d.%d.%d \r\n", ip4_addr1_16(&ip_address), \
                        ip4_addr2_16(&ip_address), ip4_addr3_16(&ip_address), ip4_addr4_16(&ip_address));
            }else{
                /* DHCP timeout */
                dhcp_client0 = netif_dhcp_data(&g_mynetif0);
                if (dhcp_client0->tries > MAX_DHCP_TRIES){
                    dhcp_state = DHCP_TIMEOUT;
                    /* stop DHCP */
                    dhcp_stop(&g_mynetif0);

                    /* static address used */
                    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDR0 ,IP_ADDR1 , IP_ADDR2 , IP_ADDR3 );
                    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDR0, NETMASK_ADDR1, NETMASK_ADDR2, NETMASK_ADDR3);
                    IP4_ADDR(&gw, GW_ADDR0, GW_ADDR1, GW_ADDR2, GW_ADDR3);
                    netif_set_addr(&g_mynetif0, &ipaddr , &netmask, &gw);
                }
            }
            break;

        default: 
            break;
        }
#endif /* USE_ENET0 */
#ifdef USE_ENET1
        switch(dhcp_state){
        case DHCP_START:
            dhcp_start(&g_mynetif1);
            /* IP address should be set to 0 every time we want to assign a new DHCP address*/
            dhcp_state = DHCP_WAIT_ADDRESS;
            break;

        case DHCP_WAIT_ADDRESS:    
            /* read the new IP address */
            ip_address.addr = g_mynetif1.ip_addr.addr;

            if(0 != ip_address.addr){ 
                dhcp_state = DHCP_ADDRESS_ASSIGNED;
                printf("\r\nDHCP -- eval board ip address: %d.%d.%d.%d \r\n", ip4_addr1_16(&ip_address), \
                        ip4_addr2_16(&ip_address), ip4_addr3_16(&ip_address), ip4_addr4_16(&ip_address));
            }else{
                /* DHCP timeout */
                dhcp_client1 = netif_dhcp_data(&g_mynetif1);
                if (dhcp_client1->tries > MAX_DHCP_TRIES){
                    dhcp_state = DHCP_TIMEOUT;
                    /* stop DHCP */
                    dhcp_stop(&g_mynetif1);

                    /* static address used */
                    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDR0 ,IP_ADDR1 , IP_ADDR2 , IP_ADDR3 );
                    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDR0, NETMASK_ADDR1, NETMASK_ADDR2, NETMASK_ADDR3);
                    IP4_ADDR(&gw, GW_ADDR0, GW_ADDR1, GW_ADDR2, GW_ADDR3);
                    netif_set_addr(&g_mynetif1, &ipaddr , &netmask, &gw);
                }
            }
            break;

        default: 
            break;
        }
#endif /* USE_ENET1 */
        /* wait 250 ms */
        vTaskDelay(250);
    }   
}

四.调试测验

编译烧录。准备一根网线，一端接到路由器网口，一端接到开发板网口。准备网络调试助手工具，个人用的NetAssist。

图4:开发板与路由器连接好网线

上电，等待获取到开发板IP，开发板作为TCP Server，配置如下图所示.

图5:开发板作为TCP Server工具配置

点击连接，在工具发送数据，可以看到通讯如下

图6:开发板作为TCPServer通讯

开发板作为TCP Client,配置通讯如下图所示

图7:开发板作为TCPClient工具配置与通讯

开发板作为UDP,配置如下图所示

图8:UDP通讯

至此，实现开发板以太网TCP/UDP通讯功能。

lugl4313820

楼主，跑了RTOS吗？如果跑OS是采用什么样的OS呢？

dirty

lugl4313820 发表于 2024-6-10 18:57 楼主，跑了RTOS吗？如果跑OS是采用什么样的OS呢？

上面第三项代码准备开头那里有说，上的FreeRTOS

【兆易GD32H759I-EVAL】--10.以太网TCP/UDP通讯 [复制链接]

最新回复

点评