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lan_http实验_网页服务器
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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

  1. 了解LwIP协议栈和LAN8720物理层。
  2. 了解UCOSII的使用方法。
  3. 掌握HTTP和SOCKET的使用方法。
  4. 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。

二、 实验设备及平台

  1. iCore4 双核心板点击购买
  2. JLINK(或相同功能)仿真器点击购买
  3. Micro USB线缆。
  4. 网线。
  5. Keil MDK 开发平台。
  6. 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、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:

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:

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,&ethernetif_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:

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。 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。

lan_http实验_网页服务器.txt · 最后更改: 2022/03/22 10:23 由 sean