STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器

谁践踏了优雅 2023-02-10 05:25 370阅读 0赞

# STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP客户端 #

--------------------

**环境说明：**

*  开发板：某宝买的，STM32F407IG
 *  STM32CUBEMX5.6
 *  HAL Lib Version 1.25

--------------------

#### （一）配置时钟 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70]

--------------------

### （二）配置调试串口 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

--------------------

### （三）配置以太网ETH ###

#### （1）基础配置 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
**顺序依次说明：**

*  LAN8720A使用的是RMII接口进行配置寄存器
 *  自动重连使能
 *  MAC地址
 *  LAN8720A的物理地址（类似IIC的从设备地址），0或者1，LAN8720A上电后会读取`RXER/PHYAD0`引脚状态以此来确定设备地址，这里需要根据你自己实际的原理图进行配置，我的原理图是该引脚是悬空的，所以默认就是0。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]
 *  接收模式：可选轮询和中断，我选择了轮询模式。（注：在STM32CUBEMX中如果开启了LWIP那么只能选择轮询模式，实际上是可以使用中断方式的，不过需要自己移植修改lwip协议栈，课参考正点原子）
 *  校验：可选软件和硬件，我选择了由硬件去校验

*除此之外还有一个复位引脚`ETH_RST`，拉低是复位LAN8720A，根据你实际的原理图连线配置该IO为复用输出功能即可。*

#### （2）高级配置 ####

*LAN8720A数据手册pdf下载：[https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/516623/SMSC/LAN8720A.html][https_www.alldatasheet.com_datasheet-pdf_pdf_516623_SMSC_LAN8720A.html]*  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

**         ~~~~~~~~         看下图，此处的配置就是根据实际的PHY芯片寄存器进行配置了，默认的是LAN8742A，而我们使用的是LAN8720A，所以需要更改为 user PHY，配置项默认即可。**![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
**对于默认配置，我们将默认配置与LAN8720A的数据手册进行对比然后检查是否正确，以`PHY Reset`这一项为例，默认值是0x8000，去查看数据手册：**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
**由上图的基本控制寄存器表可知该寄存器偏移地址为0，大小是16位，第15位是软件复位控制，=1是复位，默认为0，那么如果想要复位LAN8720A就需要将该寄存器的第15位置一，也就是0x8000，对比STM32CUBE的默认配置发现一致，其他配置项同理也是这么检查，检查完毕后发现默认配置是OK的。**

--------------------

### 配置LWIP协议栈 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
**如上图，需要开启状态改变回调函数和连接状态改变回调函数，否则无法实现网线的热拔插。**

--------------------

### 工程代码修改 ###

*  **文件`ethernetif.c`中找到函数`low_level_init`函数，添加复位LAN8720A代码：**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]
 *  **在main函数的主循环中调用函数`MX_LWIP_Process`。**
 *  **修改`MX_LWIP_Process`函数，在其中加入：**  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
    *这个函数的作用是检测当前网线的连接状态，如果状态发生改变(例如网线被拔插了一下)，那么就会调用回调函数`ethernetif_update_config`，看函数名就知道这是更新配置，而这个函数尾部又调用了函数`ethernetif_notify_conn_changed`，看函数名可知道函数作用是通知连接状态改变，所以我们就更改此函数来达到热拔插自动重连的目的。*  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

**到此，连接上网线ping测试一下即可。**

--------------------

### （四）TCP服务器代码 ###

**下面代码的流程是：接收来自客户端的数据->将数据从lwip中拷贝出来->发回去。**

#if 1
    
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdint.h>
    #include "lwip/tcp.h"
    #include "lwip/err.h"
    #include "lwip/memp.h"
    #include "lwip/inet.h"
    
    
    / 回调函数控制宏 
    #define USE_ERROR_CALLBACK 1
    #define USE_SENT_CALLBACK 0
    #define USE_POLL_CALLBACK 0
    
    
    
    / 调试信息输出 //
    #define DEBUG
    
    #ifdef DEBUG
    #define debug(fmt, ...) do{printf(fmt, ##__VA_ARGS__);}while(0)
    #else
    #define debug(fmt, ...) do{;}while(0)
    #endif
    
    
    
    / tcp接收发送缓存 ///
    #define TCP_RX_LEN 8192
    uint8_t TCP_RX_BUF[TCP_RX_LEN];
    volatile uint16_t TCP_RX_STA = 0;  /* bit15：有无数据标志位 bit14-0:数据量计数 */
    
    
    
    / TCP结构句柄 ///
    struct tcp_pcb* tcppcb = NULL;
    
    
    
    / 本地函数定义 ///
    static void tcp_server_disconnect(struct tcp_pcb *tpcb);
    static uint32_t tcp_server_send(struct tcp_pcb *tpcb, const void* buf, uint32_t len);
    
    
    
    / 私有函数实现 ///
    
    #if (USE_ERROR_CALLBACK == 1)
    static void error_callback(void *arg, err_t err)
    { 
    	debug("\r\n error_callback:%d.", err);
    }
    #endif
    
    #if (USE_ERROR_CALLBACK == 1)
    static void error_callback(void *arg, err_t err)
    { 
    	debug("\r\n error_callback:%d.", err);
    	switch(err)
    	{ 
    	/* PC上位机如果正常运行中闪退或者不良退出会出现这个错误，此时服务器需要释放掉连接 */
    	case ERR_RST:
    	tcp_server_disconnect(tcppcb);
    	break;
    	default:break;
    	}
    }
    
    #endif
    
    static err_t recv_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err)
    { 
    	if (p == NULL) /* 接收到空包表示对方断开连接 */
    	{ 
    		tcp_server_disconnect(tpcb);
    		err = ERR_CLSD;
    	}
    	else if (err != ERR_OK) /* 收到非空包但是出现错误 */
    	{ 
    		pbuf_free(p);
    	}
    	else /* 接收数据正常，遍历pbuf拷贝出接收到的数据 */
    	{ 
    		struct pbuf* it = p;
    
    		if ((TCP_RX_STA & 0x8000) == 0) /* 当前缓存为空 */
    		{ 
    			for (it = p; it != NULL; it = it->next)
    			{ 
    				if (TCP_RX_STA + it->len > TCP_RX_LEN) /* 缓存满了 */
    					break;
    				memcpy(TCP_RX_BUF + TCP_RX_STA, it->payload, it->len);  /* 将接收到的数据拷贝到自己的缓存中 */
    				TCP_RX_STA += it->len;
    			}
    			TCP_RX_STA |= 0x8000;    /* 标记有数据收到 */
    		}
    		tcp_recved(tpcb, p->tot_len); /* 滑动TCP窗口 */
    		pbuf_free(p); /* 释放pbuf */
    	}
    	return err;
    }
    
    
    static err_t accept_callback(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb, err_t err)
    { 
    	if (tcppcb == NULL)
    	{ 
    		if (err == ERR_OK)
    		{ 
    			tcppcb = newpcb;
    			tcp_arg(newpcb, NULL);
    			tcp_recv(newpcb, recv_callback);
    
    #if (USE_ERROR_CALLBACK == 1)
    			tcp_err(newpcb, error_callback);
    #endif
    
    #if (USE_SENT_CALLBACK == 1)
    			tcp_sent(newpcb, sent_callback);
    #endif
    
    #if (USE_POLL_CALLBACK == 1)
    			tcp_poll(newpcb, poll_callback, 1);
    #endif
    			debug("\r\n %s:%d connect.", inet_ntoa(newpcb->remote_ip), newpcb->remote_port);
    		}
    		else
    		{ 
    			tcp_server_disconnect(newpcb);
    		}
    	}
    	else
    	{ 
    		tcp_abort(newpcb);
    		debug("\r\n already connected. ");
    	}
    	return err;
    }
    
    static void tcp_server_disconnect(struct tcp_pcb *tpcb)
    { 
    	tcp_arg(tpcb, NULL);
    	tcp_recv(tpcb, NULL);
    
    #if (USE_SENT_CALLBACK == 1)
    	tcp_sent(tpcb, NULL);
    #endif
    
    #if (USE_POLL_CALLBACK == 1)
    	tcp_poll(tpcb, NULL, 0);
    #endif
    
    #if (USE_ERROR_CALLBACK == 1)
    	tcp_err(tpcb, NULL);
    #endif
    
    	tcp_abort(tpcb); /* 关闭连接并释放tpcb控制块 */
    	tcppcb = NULL;
    	debug("\r\n disconnected.");
    }
    
    static uint32_t tcp_server_send(struct tcp_pcb *tpcb, const void* buf, uint32_t len)
    { 
    	uint32_t nwrite = 0, total = 0;
    	const uint8_t* p = (const uint8_t *) buf;
    	err_t err = ERR_OK;
    	if (!tpcb)
    		return 0;
    	while ((err == ERR_OK) && (len != 0) && (tcp_sndbuf(tpcb) > 0))
    	{ 
    		nwrite = tcp_sndbuf(tpcb) >= len ? len : tcp_sndbuf(tpcb);
    		err = tcp_write(tpcb, p, nwrite, 1);
    		if (err == ERR_OK)
    		{ 
    			len -= nwrite;
    			total += nwrite;
    			p += nwrite;
    		}
    		tcp_output(tpcb);
    	}
    	return total;
    }
    
    / 导出以下函数供外部调用 ///
    
    //extern int tcp_server_start(uint16_t port);
    //extern int user_senddata(const void* buf,uint32_t len);
    //extern int transfer_data();
    
    
    /** * 启动TCP服务器 * @param port 本地端口号 * @return 成功返回0 */
    int tcp_server_start(uint16_t port)
    { 
    	int ret = 0;
    	struct tcp_pcb* pcb = NULL;
    	err_t err = ERR_OK;
    
    	/* create new TCP PCB structure */
    	pcb = tcp_new();
    	if (!pcb)
    	{ 
    		debug("Error creating PCB. Out of Memory\n\r");
    		ret = -1;
    		goto __exit;
    	}
    
    	/* bind to specified @port */
    	err = tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, port);
    	if (err != ERR_OK)
    	{ 
    		debug("Unable to bind to port %d: err = %d\n\r", port, err);
    		ret = -2;
    		goto __exit;
    	}
    
    	/* listen for connections */
    	pcb = tcp_listen(pcb);
    	if (!pcb)
    	{ 
    		debug("Out of memory while tcp_listen\n\r");
    		ret = -3;
    	}
    
    	/* specify callback to use for incoming connections */
    	tcp_accept(pcb, accept_callback);
    
    	/* create success */
    	debug("TCP echo server started @ port %d\n\r", port);
    	return ret;
    
    __exit:
    	if (pcb)
    		memp_free(MEMP_TCP_PCB, pcb);
    	return ret;
    }
    
    /** * TCP发送数据 * @param buf 待发送的数据 * @param len 数据长度 * @return 返回实际发送的字节数 */
    int user_senddata(const void* buf, uint32_t len)
    { 
    	return tcp_server_send(tcppcb, buf, len);
    }
    
    /** * 轮询函数，放置于main函数的while死循环中 * @return 无 */
    int transfer_data()
    { 
    	uint32_t nsend = 0;
    	if (tcppcb != NULL && tcppcb->state == ESTABLISHED) /* 连接有效 */
    	{ 
    		if (TCP_RX_STA & 0x8000)   /* 有数据收到 */
    		{ 
    			nsend = user_senddata(TCP_RX_BUF, TCP_RX_STA & 0x7FFF);    /* 将接收到的数据发回去 */
    			TCP_RX_STA = 0;
    			debug("\r\n send %d bytes success.", nsend);
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
    #endif

*以上代码已测试！*

--------------------

ends。。。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200521102314536.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200521102743643.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020052015571192.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200520160324678.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[https_www.alldatasheet.com_datasheet-pdf_pdf_516623_SMSC_LAN8720A.html]: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/516623/SMSC/LAN8720A.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200520161703441.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200520162350617.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200520162753158.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200520164851972.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200521094048989.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200521095027706.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200521100726742.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMTUzNDcxNTAz,size_16,color_FFFFFF,t_70