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| V1.0 | 2020-07-09 | gingko | 初次建立 |
===== 实验二十三：LWIP_HTTP实验——网页服务器 =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解LwIP协议栈和LAN8720物理层。
- 了解UCOSII的使用方法。
- 掌握HTTP和SOCKET的使用方法。
- 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
- JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
- Micro USB线缆。
- 网线。
- Keil MDK 开发平台。
- 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====
=== 1、LwIP简介 ===
* LwIP是Light Weight (轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。
* LwIP协议栈主要关注的是怎么样减少内存的使用和代码的大小，这样就可以让LwIP适用于资源有限的小型平台例如嵌入式系统。为了简化处理过程和内存要求，LwIP对API进行了裁减，可以不需要复制一些数据。
* LwIP提供三种API：
* 1)RAW API
* 2)LwIP API
* 3)BSD API。
* RAW API把协议栈和应用程序放到一个进程里边，该接口基于函数回调技术，使用该接口的应用程序可以不用进行连续操作。不过，这会使应用程序编写难度加大且代 码不易被理解。为了接收数据，应用程序会向协议栈注册一个回调函数。该回调函数与特定的连接相关联，当该关联的连接到达一个信息包，该回调函数就会被协议 栈调用。这既有优点也有缺点。优点是既然应用程序和TCP/IP协议栈驻留在同一个进程中，那么发送和接收数据就不再产生进程切换。主要缺点是应用程序不 能使自己陷入长期的连续运算中，这样会导致通讯性能下降，原因是TCP/IP处理与连续运算是不能并行发生的。这个缺点可以通过把应用程序分为两部分来克 服，一部分处理通讯，一部分处理运算。
* LwIP API把接收与处理放在一个线程里面。这样只要处理流程稍微被延迟，接收就会被阻塞，直接造成频繁丢包、响应不及时等严重问题。因此，接收与协议处理必须 分开。LwIP的作者显然已经考虑到了这一点，他为我们提供了 tcpip_input() 函数来处理这个问题， 虽然他并没有在 rawapi 一文中说明。讲到这里，读者应该知道tcpip_input()函数投递的消息从哪里来的答案了吧，没错，它们来自于由底层网络驱动组成的接收线程。我们在编写网络驱动时， 其接收部分以任务的形式创建。 数据包到达后， 去掉以太网包头得到IP包， 然后直接调用tcpip_input()函数将其 投递到mbox邮箱。投递结束，接收任务继续下一个数据包的接收，而被投递得IP包将由TCPIP线程继续处理。这样，即使某个IP包的处理时间过长也不 会造成频繁丢包现象的发生。这就是LwIP API。
* BSD API提供了基于open-read-write-close模型的UNIX标准API，它的最大特点是使应用程序移植到其它系统时比较容易，但用在嵌入式系统中效率比较低，占用资源多。这对于我们的嵌入式应用有时是不能容忍的。
* 其主要特性如下：
- 支持多网络接口下的IP转发；
- 支持ICMP协议；
- 包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议)；
- 包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议)；
- 提供专门的内部回调接口(Raw API)，用于提高应用程序性能；
- 可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) ；
- 在最新的版本中支持ppp；
- 新版本中增加了的IP fragment的支持；
- 支持DHCP协议,动态分配ip地址。
=== 2、HTTP简介 ===
* HTTP协议是Hyper Text Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写,是用于从万维网（WWW:World Wide Web）服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。HTTP是一个基于TCP/IP通信协议来传递数据（HTML文件,图片文件,查询结果等）。
* HTTP是一个属于应用层的面向对象的协议，由于其简捷、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。它于1990年提出，经过几年的使用与发展，得到不断地完善和扩展。目前在WWW中使用的是HTTP/1.0的第六版，HTTP/1.1的规范化工作正在进行之中，而且HTTP-NG(Next Generation of HTTP)的建议已经提出。
* HTTP协议工作于客户端-服务端架构为上。浏览器作为HTTP客户端通过URL向HTTP服务端即WEB服务器发送所有请求。Web服务器根据接收到的请求后，向客户端发送响应信息。
* **主要特点：**
* （1）简单快速：客户向服务器请求服务时，只需传送请求方法和路径。请求方法常用的有GET、HEAD、POST。每种方法规定了客户与服务器联系的类型不同。由于HTTP协议简单，使得HTTP服务器的程序规模小，因而通信速度很快。
* （2）灵活：HTTP允许传输任意类型的数据对象。正在传输的类型由Content-Type加以标记。
* （3）无连接：无连接的含义是限制每次连接只处理一个请求。服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。采用这种方式可以节省传输时间。
* （4）无状态：HTTP协议是无状态协议。无状态是指协议对于事务处理没有记忆能力。缺少状态意味着如果后续处理需要前面的信息，则它必须重传，这样可能导致每次连接传送的数据量增大。另一方面，在服务器不需要先前信息时它的应答就较快。
* （5）支持B/S及C/S模式。
=== 3、LAN8720A简介 ===
* LAN8720A是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准，支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，支持10Mbps和100Mbps。
* LAN8720A可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式)，支持HPAuto-MDIX自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。LAN8720A的主要特点如下：
* 高性能的10/100M以太网传输模块
* 支持RMII接口以减少引脚数
* 支持全双工和半双工模式
* 两个状态LED输出
* 可以使用25M晶振以降低成本
* 支持自协商模式
* 支持HPAuto-MDIX自动翻转功能
* 支持SMI串行管理接口
* 支持MAC接口
* LAN8720A功能框图如下图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_23_1.png?direct |}}
=== 4、原理图 ===
* iCore4带有LAN8720A嵌入式以太网控制器，本实验实现HTTP功能。PC的IP地址192.168.0.2，iCore4的IP地址为192.168.0.10。在浏览器中输入网址192.168.0.10，即可进入iCore4的网页界面。原理图如下：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_23_2.png?direct |}}
==== 四、 实验程序 ====
=== 1、主函数 ===
int main(void)
{
system_clock.initialize(); //系统时钟初始化
led.initialize(); //LED初始化
adc.initialize(); //ADC初始化
delay.initialize(216); //延时初始化
my_malloc.initialize(SRAMIN); //动态内存初始化
usart6.initialize(115200); //串口波特设置
usart6.printf("\033[1;32;40m"); //设置字体终端为绿色
usart6.printf("\r\nHello, I am iCore4!\r\n\r\n"); //串口信息输出
OSInit(); //UCOS初始化
while(lwip.initialize()) //lwip初始化
{
LED_RED_ON;
usart6.printf("\r\nETH initialize error!\r\n\r\n");//ETH初始化失败
}
web.initialize(); //modbus_tcp初始化
OSTaskCreate(start_task,(void*)0,(OS_STK*)&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],START_TASK_PRIO);
OSStart(); //开启UCOS
}
=== 2、动态内存初始化 ===
//内存管理初始化
void my_mem_init(u8 memx)
{
mymemset(mallco_dev.memmap[memx],0,memtblsize[memx]*4); //内存状态表数据清零
mallco_dev.memrdy[memx]=1; //内存管理初始化OK
}
=== 3、LwIP初始化 ===
//LWIP初始化(LWIP启动的时候使用)
//返回值:0,成功
// 1,内存错误
// 2,LAN8720初始化失败
// 3,网卡添加失败.
u8 lwip_comm_init(void)
{
OS_CPU_SR cpu_sr;
struct netif *Netif_Init_Flag; //调用netif_add()函数时的返回值,用于判断网络初始化是否成功
struct ip_addr ipaddr; //ip地址
struct ip_addr netmask; //子网掩码
struct ip_addr gw; //默认网关
if(lan8720.memory_malloc())return 1;//内存申请失败
if(lwip_comm_mem_malloc())return 1; //内存申请失败
if(lan8720.initialize())return 2; //初始化LAN8720失败
tcpip_init(NULL,NULL); //初始化tcp ip内核,该函数里面会创建tcpip_thread内核任务
lwip_comm_default_ip_set(&lwipdev); //设置默认IP等信息
#if LWIP_DHCP //使用动态IP
ipaddr.addr = 0;
netmask.addr = 0;
gw.addr = 0;
#else //使用静态IP
IP4_ADDR(&ipaddr,lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
IP4_ADDR(&netmask,lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1] ,lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
IP4_ADDR(&gw,lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
usart6.printf("网卡en的MAC地址为:.......%d.%d.%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.mac[0],lwipdev.mac[1],lwipdev.mac[2],lwipdev.mac[3],lwipdev.mac[4],lwipdev.mac[5]);
usart6.printf("静态IP地址...%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
usart6.printf("子网掩码...%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
usart6.printf("默认网关...%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
#endif Netif_Init_Flag=netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,ðernetif_init,&tcpip_input);//向网卡列表中添加一个网口
#if LWIP_DNS
dns_init();
#endif
if(Netif_Init_Flag==NULL)return 3; //网卡添加失败
else//网口添加成功后,设置netif为默认值,并且打开netif网口
{
netif_set_default(&lwip_netif); //设置netif为默认网口
netif_set_up(&lwip_netif); //打开netif网口
}
return 0;//操作OK.
}
=== 4、web初始化 ===
static INT8U http_server_netconn_init(void)//动态刷新页面显示任务
{
INT8U res;
OS_CPU_SR cpu_sr;
OS_ENTER_CRITICAL(); //关中断
res = OSTaskCreate(http_server_netconn_thread,(void*)0,(OS_STK*)&WEB_TASK_STK[WEB_STK_SIZE-1],WEB_PRIO); //创建TCP服务器线程
OS_EXIT_CRITICAL(); //开中断
return res;
}
=== 5、网页服务器线程连接 ===
static void http_server_netconn_thread(void *arg)
{
int httpsock, httpconn, size;
struct sockaddr_in address, remotehost;
//创建TCP socket
if ((httpsock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
usart6.printf("can not create socket\r\n");
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0);
return;
}
//设置端口号80
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_port = htons(80);
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(httpsock, (struct sockaddr *)&address, sizeof (address)) < 0)
{
usart6.printf("can not bind socket");
closesocket(httpsock);
close(httpsock);
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0);
return;
}
listen(httpsock, 5); //在socket上进行监听
size = sizeof(remotehost);
while(1)
{
httpconn = accept(httpsock, (struct sockaddr *)&remotehost, (socklen_t *)&size);
if(httpconn >= 0){
http_server_serve(httpconn); //处理连接
}else{
close(httpconn);
close(httpsock);
}
}
}
=== 6、网页服务器服务 ===
static void http_server_serve(int httpcon)
{
int ret;
unsigned char recv_buffer[1500];
unsigned long int file_len = 0;
unsigned short int send_len = 0;
char* name; //获取方法请求文件名
ret = read(httpcon, recv_buffer, 1500); //提取http数据请求
st_http_request *http_request;
memset(tx_buf,0x00,MAX_URI_SIZE);
http_request = (st_http_request*)tx_buf;
parse_http_request(http_request, recv_buffer);//分析请求后，转换为http_request
//方法分析
switch (http_request->METHOD)
{
case METHOD_ERR :
memcpy(recv_buffer, ERROR_REQUEST_PAGE, sizeof(ERROR_REQUEST_PAGE));
write(httpcon, (unsigned char *)recv_buffer, strlen((char const*)recv_buffer));
break;
case METHOD_HEAD:
case METHOD_GET:
//从uri获取文件名
name = http_request->URI;
if(strcmp(name,"/index.htm")==0 || strcmp(name,"/")==0|| (strncmp(name,"/index.html",11)==0))
{
file_len = strlen(ALLOCATION_HTML);
make_http_response_head((unsigned char*)recv_buffer, PTYPE_HTML,file_len);
write(httpcon, (unsigned char *)recv_buffer, strlen((char const*)recv_buffer));
send_len=0;
while(file_len)
{
if(file_len>1024)
{
write(httpcon, (const unsigned char*)ALLOCATION_HTML+send_len, 1024);
send_len+=1024;
file_len-=1024;
}
else
{
write(httpcon, (const unsigned char*)ALLOCATION_HTML+send_len, file_len);
send_len+=file_len;
file_len-=file_len;
}
}
}else if(strcmp(name,"/demo_get.asp") == 0){
make_measure_response(tx_buf);
sprintf((char *)recv_buffer,"HTTP/1.1 200 OK\r\nContent-Type: text/html\r\nContent-Length:%d\r\n\r\n%s",strlen(tx_buf),tx_buf);
write(httpcon, (unsigned char *)recv_buffer, strlen((char *)recv_buffer));
}
break;
/* POST方法*/
case METHOD_POST:
return;
default :
break;
}
close(httpcon);
}
==== 五、 实验步骤 ====
* 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
* 将跳线冒插在USB UART；
* 把iCore4（USB UART）通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
* 把iCore4网口通过网线与计算机网口相连；
* 设置本机电脑IP；（方法见附录）
* 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
* 烧写程序到iCore4上；
* 也可以进入Debug模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====
* 在浏览器中输入网址192.168.0.10，即可进入iCore4的网页界面。如图所示：
{{ :icore4:icore4_arm_hal_23_3.png?direct |}}
==== 附录： ====
1、打开控制面板—→网络和Internet—→网络和共享中心—→更改适配器设置—→以太网—→属性。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_23_4.png?direct |}}
2、Internet协议版本4选择使用下面的IP地址（如下图所示），然后更改IP地址和默认网关。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_23_5.png?direct |}}