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lan_http实验_网页服务器 [2019/12/21 11:07] zhangzheng |
lan_http实验_网页服务器 [2022/03/22 10:23] (当前版本) sean |
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+ | ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ||
+ | | 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 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | 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 | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | === 2、动态内存初始化 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | //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 | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | === 3、LwIP初始化 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | //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. | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | === 4、web初始化 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | 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; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | === 5、网页服务器线程连接 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | 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); | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | === 6、网页服务器服务 === | ||
+ | <code c> | ||
+ | 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); | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </code> | ||
+ | ==== 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 |}} | ||
+ |