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icore4t_41 [2020/09/30 17:29] zgf |
icore4t_41 [2020/11/10 08:55] zgf [四、 实验程序] |
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^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ||
| V0.1 |20200103 |XiaomaGee| 初次建立 | | | V0.1 |20200103 |XiaomaGee| 初次建立 | | ||
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===== STM32CubeMX教程四十一—LWIP_UDP以太网数据传输 ===== | ===== STM32CubeMX教程四十一—LWIP_UDP以太网数据传输 ===== | ||
1. 在主界面选择File-->New Project或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR | 1. 在主界面选择File-->New Project或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR | ||
- | + | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_1.png?direct |}} | |
2. 出现芯片型号选择,搜索自己芯片的型号,双击型号,或者点击Start Project进入配置 | 2. 出现芯片型号选择,搜索自己芯片的型号,双击型号,或者点击Start Project进入配置 | ||
在搜索栏的下面,提供的各种查找方式,可以选择芯片内核,型号,等等,可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为:STM32H750IBKx。 | 在搜索栏的下面,提供的各种查找方式,可以选择芯片内核,型号,等等,可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为:STM32H750IBKx。 | ||
- | + | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_2.png?direct |}} | |
3. 配置RCC,使用外部时钟源 | 3. 配置RCC,使用外部时钟源 | ||
- | + | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_3.png?direct |}} | |
4. 配置调试引脚 | 4. 配置调试引脚 | ||
- | + | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_4.png?direct |}} | |
+ | 5. 将PA10,PB7,PB8设置为GPIO_Output | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_5.png?direct |}} | ||
+ | 6. 引脚模式配置 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_6.png?direct |}} | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_7.png?direct |}} | ||
+ | 7. 配置以太网 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_8.png?direct |}} | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_9.png?direct |}} | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_10.png?direct |}} | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_11.png?direct |}} | ||
+ | 8. 时钟设置,选择外部高速时钟源,配置为最大主频 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_12.png?direct |}} | ||
+ | 9. 工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个,其他的默认即可 IDE我们使用的是 MDK5.27 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_13.png?direct |}} | ||
+ | 10. 点击Code Generator,进行进一步配置 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_14.png?direct |}} | ||
+ | * **Copy all used libraries into the project folder** | ||
+ | * 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中 | ||
+ | * 优点:这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便 | ||
+ | * 缺点:体积大,编译时间很长 | ||
+ | * **Copy only the necessary library files** | ||
+ | * 只复制所需要的.C和.H(推荐) | ||
+ | * 优点:体积相对小,编译时间短,并且工程可复制拷贝 | ||
+ | * 缺点:新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入 | ||
+ | * **Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file** | ||
+ | * 不复制文件,直接从软件包存放位置导入.C和.H | ||
+ | * 优点:体积小,比较节约硬盘空间 | ||
+ | * 缺点:复制到其他电脑上或者软件包位置改变,就需要修改相对应的路径 | ||
+ | * 自行选择方式即可 | ||
+ | 11. 然后点击GENERATE CODE 创建工程 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_cube_41_15.png?direct |}} | ||
+ | 创建成功,打开工程。 | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | \\ | ||
+ | ===== 实验四十一:LWIP_UDP实验——以太网数据传输 ===== | ||
+ | ==== 一、 实验目的与意义 ==== | ||
+ | - 了解LwIP协议栈和LAN8720物理层; | ||
+ | - 掌握UDP的使用方法; | ||
+ | - 掌握STM32 HAL库中UDP的配置方法; | ||
+ | - 掌握KEILMDK 集成开发环境使用方法。 | ||
+ | ==== 二、 实验设备及平台 ==== | ||
+ | - iCore4T双核心板、扩展底板; | ||
+ | - JLINK(或相同功能)仿真器; | ||
+ | - Micro USB线缆、网线; | ||
+ | - Keil MDK 开发平台; | ||
+ | - STM32CubeMX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: | ||
+ | * (1) 支持多网络接口下的IP转发; | ||
+ | * (2) 支持ICMP协议; | ||
+ | * (3) 包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议); | ||
+ | * (4) 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); | ||
+ | * (5) 提供专门的内部回调接口(Raw API),用于提高应用程序性能; | ||
+ | * (6) 可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) ; | ||
+ | * (7) 在最新的版本中支持ppp; | ||
+ | * (8) 新版本中增加了的IP fragment的支持; | ||
+ | * (9) 支持DHCP协议,动态分配ip地址。 | ||
+ | === 2、UDP简介 === | ||
+ | * UDP 是User Datagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协议,是OSI(Open System Interconnection,开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。 | ||
+ | * UDP协议与TCP协议一样用于处理数据包,在OSI模型中,两者都位于传输层,处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文发送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年,虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖,但即使在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 | ||
+ | * 许多应用只支持UDP,如:多媒体数据流,不产生任何额外的数据,即使知道有破坏的包也不进行重发。当强调传输性能而不是传输的完整性时,如:音频和多媒体应用,UDP是最好的选择。在数据传输时间很短,以至于此前的连接过程成为整个流量主体的情况下,UDP也是一个好的选择。 | ||
+ | * UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议,它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序的检查与排序由应用层完成,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。 | ||
+ | * UDP提供了无连接通信,且不对传送数据包进行可靠性保证,适合于一次传输少量数据,UDP传输的可靠性由应用层负责。常用的UDP端口号有:53(DNS)、69(TFTP)、161(SNMP),使用UDP协议包括:TFTP、SNMP、NFS、DNS、BOOTP。 | ||
+ | * UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等,可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少,在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高,适合对可靠性要求不高的应用程序,或者可以保障可靠性的应用程序,如DNS、TFTP、SNMP等。 | ||
+ | === 3、UDP的主要特点 === | ||
+ | * UDP是一个无连接协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。 | ||
+ | * 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。 | ||
+ | * UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包而言UDP的额外开销很小。 | ||
+ | * 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。 | ||
+ | * UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。 | ||
+ | * 虽然UDP是一个不可靠的协议,但它是分发信息的一个理想协议。例如,在屏幕上报告股票市场、显示航空信息等等。UDP也用在路由信息协议RIP(Routing Information Protocol)中修改路由表。在这些应用场合下,如果有一个消息丢失,在几秒之后另一个新的消息就会替换它。UDP广泛用在多媒体应用中。 | ||
+ | * DMA(直接存储器访问)传输不需要占用CPU,可以在存储器至存储器实现高速的数据传输。本实验采用DMA2控制器的数据流0,选用通道0进行数据传输。通过LED的颜色来判断传输是否成功。 | ||
+ | === 4、STM32H750以太网简介 === | ||
+ | * STM32H750芯片自带以太网模块,通过工业介质独立接口(MII)或简化独立接口(RMII)为以太网LAN通信提供符合IEEE-802.3-2002的媒体访问控制器(MAC)。微控制器需要一个外部物理接口设备(PHY)连接到物理LAN总线。PHY使用17个信号(用于MII)或9个信号(用于RMII)连接到设备MII端口,并且可以使用来自微控制器的25MHz(MII)时钟。 | ||
+ | * STM32H750自带以太网模块特点包括: | ||
+ | * 实现10M/100Mbit/s的数据传输速率; | ||
+ | * 专用DMA控制器允许专用SRAM之间高速传输; | ||
+ | * 标明MAC支持(VLAN支持); | ||
+ | * 通过符合IEEE802.3的MII/RMII接口与外部以太网PHY进行通信; | ||
+ | * 支持全双工和半双工操作; | ||
+ | * MAC控制子层(控制帧)支持; | ||
+ | * 32位CRC生成和删除; | ||
+ | * 支持多种灵活的地址过滤模式; | ||
+ | * 每次发送或接收32位状态码; | ||
+ | * 提供接收和发送两组FIFO; | ||
+ | * 通过SMI(MDIO)接口配置和管理PHY设备; | ||
+ | * 支持以太网时间戳(参见IEEE1588-2008),时间戳比较器连接到TIM2输入; | ||
+ | * 当系统时间大于目标时间时触发中断。 | ||
+ | * 支持DMA。 | ||
+ | * STM32H750以太网功能框图,如图所示: | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_1.png?direct |}} | ||
+ | === 5、LAN8720A简介 === | ||
+ | * LAN8720A功能框图如图所示: | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_2.png?direct |}} | ||
+ | * 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 | ||
+ | === 6、原理图 === | ||
+ | * iCore4T带有LAN8720A嵌入式以太网控制器,本实验实现TCP客户端功能。以PC作为服务器,iCore4T作为客户端,PC的IP地址192.168.0.1,端口号为60001,iCore4T的IP地址为192.168.0.10,端口随机。当客户端连接到服务器,TCP建立成功即可进行数据信息传输。实验原理图如下 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_3.png?direct |}} | ||
+ | ==== 四、 实验程序 ==== | ||
+ | === 1. 主函数 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | //LWIP初始化 | ||
+ | NETMPU_Config(); | ||
+ | lwip.initialize(); | ||
+ | eth_tcpc.initialize(); | ||
+ | while (1) | ||
+ | { | ||
+ | if((cnt ++ / 800000) % 2){ | ||
+ | LED_RED_ON; | ||
+ | }else{ | ||
+ | LED_RED_OFF; | ||
+ | } | ||
+ | lwip.periodic_handle(); | ||
+ | //udp test | ||
+ | if(eth_udp.receive_ok_flag == 1){ | ||
+ | eth_udp.receive_ok_flag = 0; | ||
+ | eth_udp.send_data(eth_udp.udppcb); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | </code> | ||
+ | === 2. LwIP初始化 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | unsigned char initialize(void) | ||
+ | { | ||
+ | unsigned char retry = 0; | ||
+ | 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 | ||
- | 5. 将PA10,PB7,PB8设置为GPIO_Output | + | while(lan8720.initialize()){ //初始化LAN8720,如果失败的话就重试5次 |
- | + | retry++; | |
- | 6. 引脚模式配置 | + | if(retry > 5){ |
- | + | retry = 0; | |
- | + | return 3; | |
- | 7. 配置以太网 | + | } //LAN8720初始化失败 |
- | + | } | |
- | + | lwip_init(); //初始化LWIP内核 | |
- | + | IP4_ADDR(&ipaddr,lan8720.ip[0],lan8720.ip[1],lan8720.ip[2],lan8720.ip[3]); | |
- | + | IP4_ADDR(&netmask,lan8720.sub[0],lan8720.sub[1] ,lan8720.sub[2],lan8720.sub[3]); | |
- | 8. 时钟设置,选择外部高速时钟源,配置为最大主频 | + | IP4_ADDR(&gw,lan8720.gw[0],lan8720.gw[1],lan8720.gw[2],lan8720.gw[3]); |
- | + | //向网卡列表中添加一个网口 | |
- | 9. 工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个,其他的默认即可 IDE我们使用的是 MDK5.27 | + | Netif_Init_Flag=netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,ðernetif_init,ðernet_input); |
- | + | if(Netif_Init_Flag==NULL){ | |
- | 10. 点击Code Generator,进行进一步配置 | + | return 4; //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 | |
- | Copy all used libraries into the project folder | + | netif_set_default(&lwip_netif); //设置netif为默认网口 |
- | 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中 | + | netif_set_up(&lwip_netif); //打开netif网口 |
- | 优点:这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便 | + | } |
- | 缺点:体积大,编译时间很长 | + | |
- | Copy only the necessary library files | + | return 0; //操作OK |
- | 只复制所需要的.C和.H(推荐) | + | } |
- | 优点:体积相对小,编译时间短,并且工程可复制拷贝 | + | |
- | 缺点:新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入 | + | </code> |
- | Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file | + | === 3. eth_udp初始化 === |
- | 不复制文件,直接从软件包存放位置导入.C和.H | + | <code c> |
- | 优点:体积小,比较节约硬盘空间 | + | void initialize(void) |
- | 缺点:复制到其他电脑上或者软件包位置改变,就需要修改相对应的路径 | + | { |
- | 自行选择方式即可 | + | struct ip_addr rmtipaddr; |
- | 11. 然后点击GENERATE CODE 创建工程 | + | eth_tcpc.tcpc_pcb = tcp_new(); //该函数简单的调用tcp_alloc函数为一个谅解分配一个TCP控制块tcp_pcb。 |
- | + | //tcp_alloc函数首先为新的tcp_pcb分配内存空间,若内存空间不足,则函数会释放出新的pcb空间。 | |
- | 创建成功,打开工程。 | + | IP4_ADDR(&rmtipaddr,lan8720.pc_ip[0],lan8720.pc_ip[1],lan8720.pc_ip[2],lan8720.pc_ip[3]); |
+ | udp_connect(eth_udp.udppcb,&rmtipaddr,PC_PORT); | ||
+ | udp_bind(eth_udp.udppcb,IP_ADDR_ANY,30000); | ||
+ | udp_recv(eth_udp.udppcb,eth_udp.receive_data,NULL); | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | ==== 五、 实验步骤 ==== | ||
+ | |||
+ | - 把仿真器与iCore4T的SWD调试口相连(直接相连或者通过转接器相连); | ||
+ | - 把iCore4T插在扩展底板上,通过扩展底板供电给iCore4T; | ||
+ | - 把iCore4T扩展底板网口通过网线与计算机网口相连; | ||
+ | - 设置本机电脑IP;(方法件附录1) | ||
+ | - 打开Keil MDK 开发环境,并打开本实验工程; | ||
+ | - 打开TCP&UDP测试工具;(安装及使用方法件附录2) | ||
+ | - 烧写程序到iCore4T上; | ||
+ | - 也可以进入Debug 模式,单步运行或设置断点验证程序逻辑。 | ||
+ | * **注:STM32H750 ETH默认使用DMA功能。但是DTCM虽然和其他的MCU和RAM起始地址一样,缺无法被DMA访问。也就是通用RAM的地址变了,但是编译器还是会把DTCM的地址作为通用RAM的起始地址。请将内存起始地址修改为D1域,操作步骤如图所示,也就是在RAM2上打勾。** | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_4.png?direct&850 |}} | ||
+ | ==== 六、 实验现象 ==== | ||
+ | |||
+ | * 在发送区编辑完要发送的数据信息后,点击发送即可收到发送的数据包。如图所示: | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_5.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 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_6.png?direct |}} | ||
+ | * 2、Internet协议版本4,选择使用下面的IP地址,然后更改IP地址和默认网关 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_7.png?direct |}} | ||
+ | ==== 附录: ==== | ||
+ | |||
+ | * **1、TCP&UDP测试工具安装** | ||
+ | * 双击TCP&UDPDebug102_setup.exe,点击下一步,在这里安装路径默认即可,点击安装。 | ||
+ | * **2、TCP&UDP测试工具的使用** | ||
+ | * (1)打开测试工具,点击创建连接,弹出设置端口的窗口,设置为30001. | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_8.png?direct |}} | ||
+ | * (2)创建完成(如下图),点击连接 | ||
+ | {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_9.png?direct |}} | ||
+ | * (3)iCore4T自动连接即可通信。(若连接不成功,请关闭电脑防火墙) | ||