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2013年(14)

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分类: 嵌入式

2013-02-02 10:59:26

作者:发表时间:07-26 21:37分类:

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uIP 由瑞典计算机科学学院(网络嵌入式系统小组)的Adam Dunkels ()开发。其源代码由C 语言编写,并完全公开,有了这个TCP/IP协议栈,让嵌入式可以实现的功能更为丰富。可以作为 向指定网站提交数据,可以作为作为网页服务器,提供一个小型的动态页面访问功能。由于是开源的免费协议栈,据说Uip没有考虑协议安全的问题。
 
首先介绍下移植的环境: stm32 + ENC28J60网络模块 
 
IMG_20100101_103506.jpg
 
Enc28j60是带SPI 接口的独立以太网控制器,可以用mcu控制spi来实现tcp/ip数据流的收发,所以要先完成Enc28j60的驱动程序,再整合Uip。Uip是用标准的C语言实现,所以移植Uip在51单片机和stm32上类似。
 
经过几天的琢磨,已经将Uip的几个示例稳定运行。Uip中apps下的例子相互之间存在冲突,源程序中也有一些Error 要修改,我将Uip的文件结构做了一些调整。


 
Uip文件结构
 
先介绍下Uip下各个目录文件的功能:
 
├─apps                               apps目录 下为uip提供的一些应用示例
│  ├─dhcpc
│  ├─hello-world
│  ├─resolv
│  ├─smtp
│  ├─telnetd
│  ├─webclient
│  └─webserver
│      └─httpd-fs
├─doc                              doc下放置的为说明文档,程序中用不上  
│  └─html
├─lib                                lib下为内存块管理函数源码
├─uip                               uip下为uip和核心实现源码 
└─unix                              unix环境里的uip应用例子,可以参照这个例子实现应用
 
Uip+stm32 MDK下工程建立
 
QQ截图20120726204704.png
stm32的目录结构建立可以参考  
 
User 放置 stm32 SPI配置以及Uip配置和Enc28j60和Uip的接口函数
 
 
 
 
uip下为uip的核心实现源码以及内存管理源码(即为Uip/uip+Uip/lib)
dev下为Enc28j60的驱动函数源码
apps为uip的各个示例应用源码(Uip/apps下的文件)包括smtp,rsolve,dhcp,telnetd,以及webclient
 
webserver 的文件结构较为复杂,独立一个文件夹
 
 
Uip移
 
Uip的移植可以参考uip的unix的文件结构。
 
1. Uip的数据通过网卡Enc28j60从物理层剥离,所以需要先配置Uip和Enc28j60的数据交互。这个部分在tapdev.c文件中:
#include "uip.h"
#include "ENC28J60.h"

/*---------------------------------------------------------------------------*/
void
tapdev_init(unsigned char *my_mac)
{
	enc28j60Init(my_mac);
}
/*---------------------------------------------------------------------------*/
unsigned int
tapdev_read(void)
{
	return enc28j60PacketReceive(UIP_CONF_BUFFER_SIZE,uip_buf);
}
/*---------------------------------------------------------------------------*/
void
tapdev_send(void)
{
	enc28j60PacketSend(uip_len,uip_buf);
}
/*---------------------------------------------------------------------------*/
写网卡驱动程序,与具体硬件相关。这一步比较费点时间,不过好在大部分网卡芯片的驱动程序都有代码借鉴或移植。驱动需要提供三个函数,以Enc28j60 驱动为例。
tapdev_init():网卡初始化函数,初始化网卡的工作模式。
tapdev_read(void):读包函数。将网卡收到的数据放入全局缓存区uip_buf 中,返回包的长度,赋给uip_len。
void tapdev_send(void):发包函数。将全局缓存区uip_buf 里的数据(长度放在uip_len 中)发送出去。
 
2.由于uIP 协议栈需要使用时钟,为TCP 和ARP 的定时器服务。因此使用单片机的定时器或是stm32的滴答定时器用作时钟,每20ms 让计数tick_cnt 加1,这样,25 次计数(0.5S)满了后可以调用TCP 的定时处理程序。10S 后可以调用ARP 老化程序。uIP1.0 版本,增加了timer.c/timer.h,专门用来管理时钟,修改clock-arch.c如下:
#include "clock-arch.h"
#include "stm32f10x.h"

extern __IO int32_t g_RunTime;
/*---------------------------------------------------------------------------*/
clock_time_t
clock_time(void)
{
	return g_RunTime;
}
/*---------------------------------------------------------------------------*/
使用stm32 滴答定时器中断代码:
 
User/stm32f10x_it.c
__IO int32_t g_RunTime = 0;
void SysTick_Handler(void)
{
	static uint8_t s_count = 0;
	if (++s_count >= 10)
	{
		s_count = 0;

		g_RunTime++;	/* 全局运行时间每10ms增1 */	
		if (g_RunTime == 0x80000000)
		{
			g_RunTime = 0;
		}		
	}
}
3.uipopt.h/uip-conf.h 是配置文件,用来设置本地的IP 地址、网关地址、MAC 地址、全局缓冲区的大小、支持的最大连接数、侦听数、ARP 表大小等。可以根据需要配置。
 
#define UIP_FIXEDADDR 1
决定uIP是否使用一个固定的IP地址。
如果uIP使用一个固定的IP地址,应该置位(set)这些uipopt.h中的选项。如果不的话,则应该使用宏uip_sethostaddr(),uip_setdraddr() 和 uip_setnetmask()。
 
#define UIP_PINGADDRCONF 0            Ping IP地址赋值。
#define UIP_FIXEDETHADDR 0            指明uIP ARP模块是否在编译时使用一个固定的以太网MAC地址。
#define UIP_TTL 255                           uIP发送的IP packets的IP TTL (time to live)。
#define UIP_REASSEMBLY 0                uIP支持IP packets的分片和重组。
#define UIP_REASS_MAXAGE 40          一个IP fragment在被丢弃之前可以在重组缓冲区中存在的最大时间。
#define UIP_UDP 0                              是否编译UDP的开关。
#define UIP_ACTIVE_OPEN 1                决定是否支持uIP打开一个连接。
#define UIP_CONNS 10                        同时可以打开的TCP连接的最大数目。由于TCP连接是静态分配的,减小这个数目将占用更少的RAM。每一个TCP连接需要大约30字节的内存。
#define UIP_LISTENPORTS 10                同时监听的TCP端口的最大数目。每一个TCP监听端口需要2个字节的内存。
#define UIP_RECEIVE_WINDOW 32768   建议的接收窗口的大小。如果应用程序处理到来的数据比较慢,那么应该设置的小一点(即,相对与uip_buf缓冲区的大小来说),相反如果应用程序处理数据很快,可以设置的大一点(32768字节)。
#define UIP_URGDATA 1                       决定是否支持TCP urgent data notification。
#define UIP_RTO 3                                The initial retransmission timeout counted in timer pulses.不要改变
#define UIP_MAXRTX 8                         在中止连接之前,应该重发一个段的最大次数。不要改变
#define UIP_TCP_MSS (UIP_BUFSIZE – UIP_LLH_LEN – 40)             TCP段的最大长度。它不能大于UIP_BUFSIZE – UIP_LLH_LEN – 40.
#define UIP_TIME_WAIT_TIMEOUT 120    一个连接应该在TIME_WAIT状态等待多长。不要改变
#define UIP_ARPTAB_SIZE 8                    ARP表的大小。如果本地网络中有许多到这个uIP节点的连接,那么这个选项应该设置为一个比较大的值。
#define UIP_BUFSIZE 1500                        uIP packet缓冲区不能小于60字节,但也不必大于1500字节。
#define UIP_STATISTICS 1                        决定是否支持统计数字。统计数字对调试很有帮助,并展示给用户。
#define UIP_LOGGING 0                        输出uIP登陆信息。
#define UIP_LLH_LEN 14                        链接层头部长度。对于SLIP,应该设置成0。
 
uip-conf.h 中增加几个主要结构体定义,不include任何应用
 
#define UIP_CONF_LOGGING         0                //logging off

typedef int uip_tcp_appstate_t;			//出错可注释
typedef int uip_udp_appstate_t;			//出错可注释

/*#include "smtp.h"*/
/*#include "hello-world.h"*/
/*#include "telnetd.h"*/
/*#include "webserver.h"*/
/*#include "dhcpc.h"*/
/*#include "resolv.h"*/
/*#include "webclient.h"*/

#include "app_call.h"                    //加入一个Uip的数据接口文件
uIP 在接受到底层传来的数据包后,调用UIP_APPCALL( ),将数据送到上层应用程序处理。
User/app_call.c
#include "stm32f10x.h"

#ifndef UIP_APPCALL
	#define UIP_APPCALL					Uip_Appcall
#endif

#ifndef UIP_UDP_APPCALL
	#define UIP_UDP_APPCALL				Udp_Appcall
#endif

void Uip_Appcall(void);
void Udp_Appcall(void);


void Uip_Appcall(void)
{
	
}

void Udp_Appcall(void)
{
	
}
 
4.加入uIP 的的主循环代码架构
User/main.c
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

#include "uip.h"
#include "uip_arp.h"
#include "tapdev.h"
#include "timer.h"
#include "ENC28J60.h"
#include "SPI.h"

#define	 PRINTF_ON  1

#define BUF ((struct uip_eth_hdr *)&uip_buf[0])

#ifndef NULL
#define NULL (void *)0
#endif /* NULL */

static unsigned char mymac[6] = {0x04,0x02,0x35,0x00,0x00,0x01};

void RCC_Configuration(void);
void GPIO_Configuration(void);
void USART_Configuration(void);

int main(void)
{
	int i;
	uip_ipaddr_t ipaddr;
	struct timer periodic_timer, arp_timer;

  	RCC_Configuration();
  	GPIO_Configuration();
	USART_Configuration();
	SPInet_Init();

	timer_set(&periodic_timer, CLOCK_SECOND / 2);
	timer_set(&arp_timer, CLOCK_SECOND * 10);

	SysTick_Config(72000);			//配置滴答计时器

  	//以太网控制器驱动初始化
	tapdev_init(mymac);
  
  	//Uip 协议栈初始化
  	uip_init();

	uip_ipaddr(ipaddr, 192, 168, 1, 15);     //配置Ip
	uip_sethostaddr(ipaddr);
	uip_ipaddr(ipaddr, 192, 168, 1, 1);     //配置网关
	uip_setdraddr(ipaddr);
	uip_ipaddr(ipaddr, 255, 255, 255, 0);   //配置子网掩码
	uip_setnetmask(ipaddr);

  	while(1){
  
	    uip_len = tapdev_read();							 	//从网卡读取数据
		
	    if(uip_len > 0) 
		{														//如果数据存在则按协议处理
	    	if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP)) {			//如果收到的是IP数据,调用uip_input()处理

				uip_arp_ipin();										
				uip_input();

				/* If the above function invocation resulted in data that
				   should be sent out on the network, the global variable uip_len is set to a value > 0. */

				if(uip_len > 0) 
				{
				  uip_arp_out();
				  tapdev_send();
				}

	      	}else if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_ARP)){	 //如果收到的是ARP数据,调用uip_arp_arpin处理

				uip_arp_arpin();

				/* If the above function invocation resulted in data that
				   should be sent out on the network, the global variable uip_len is set to a value > 0. */

				if(uip_len > 0) 
				{
				  tapdev_send();
				}
		    }
	
	    }else if(timer_expired(&periodic_timer)){			//查看0.5s是否到了,调用uip_periodic处理TCP超时程序

		      timer_reset(&periodic_timer);
		      for(i = 0; i < UIP_CONNS; i++) {
	
					uip_periodic(i);
	
					/* If the above function invocation resulted in data that
					   should be sent out on the network, the global variable uip_len is set to a value > 0. */
	
					if(uip_len > 0) 
					{
					  uip_arp_out();
					  tapdev_send();
					}
		      }
								
		  	  for(i = 0; i < UIP_UDP_CONNS; i++) 
			  {
	
					uip_udp_periodic(i);								//处理udp超时程序
	
					/* If the above function invocation resulted in data that
					   should be sent out on the network, the global variable uip_len is set to a value > 0. */
	
					if(uip_len > 0) 
					{
					  uip_arp_out();
					  tapdev_send();
					}
		      }
	      
		      /* Call the ARP timer function every 10 seconds. */			 //10s到了就处理ARP
		      if(timer_expired(&arp_timer)) 
			  {
					timer_reset(&arp_timer);
					uip_arp_timer();
		      }
	    }
	}

}
/*******************************Stm32 Set***************************************/

void GPIO_Configuration(void)
{
  	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                                                                                                                                                                                                                                                    	
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;			
  	GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure); 
	
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;			
  	GPIO_Init(GPIOA , &GPIO_InitStructure); 
}

void RCC_Configuration(void)
{
	/* 定义枚举类型变量 HSEStartUpStatus */
	ErrorStatus HSEStartUpStatus;

  	/* 复位系统时钟设置*/
  	RCC_DeInit();
  	/* 开启HSE*/
  	RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
  	/* 等待HSE起振并稳定*/
  	HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
	/* 判断HSE起是否振成功,是则进入if()内部 */
  	if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
  	{
    	/* 选择HCLK(AHB)时钟源为SYSCLK 1分频 */
    	RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); 
    	/* 选择PCLK2时钟源为 HCLK(AHB) 1分频 */
    	RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); 
    	/* 选择PCLK1时钟源为 HCLK(AHB) 2分频 */
    	RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
    	/* 设置FLASH延时周期数为2 */
    	FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
    	/* 使能FLASH预取缓存 */
    	FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
    	/* 选择锁相环(PLL)时钟源为HSE 1分频,倍频数为9,则PLL输出频率为 8MHz * 9 = 72MHz */
    	RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
    	/* 使能PLL */ 
    	RCC_PLLCmd(ENABLE);
    	/* 等待PLL输出稳定 */
    	while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
    	/* 选择SYSCLK时钟源为PLL */
    	RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
    	/* 等待PLL成为SYSCLK时钟源 */
    	while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
  	} 
  	/* 打开APB2总线上的GPIOA时钟*/
  	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
		
}

 
void USART_Configuration(void)
{
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_ClockInitTypeDef USART_ClockInitStructure;

	USART_ClockInitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;
	USART_ClockInitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;
	USART_ClockInitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;                                                                                                                                                      
	USART_ClockInitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Disable;
	USART_ClockInit(USART1 , &USART_ClockInitStructure);

	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
	USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);

 	USART_Cmd(USART1,ENABLE);
}

#if	 PRINTF_ON

int fputc(int ch,FILE *f)
{
	USART_SendData(USART1,(u8) ch);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) == RESET);
	return ch;
}

#endif
 
5.解决编译过程中的错误。归总如下:
  • Uip/uip-split.c  注释所有的 tcpip_output()函数  消除uip_fw_output()函数的注释
  • Uip/memb.c 中 memb_free()函数 返回值 return -1 改为 return 1
  • Apps/resolv.c 中resolv_conf() 中 
                 //resolv_conn = uip_udp_new(dnsserver, HTONS(53));
                  resolv_conn = uip_udp_new((uip_ipaddr_t*)dnsserver, HTONS(53));
 
解决完所有问题后,编译成功后下载到stm32,ping 测试。。
 
QQ截图20120726201101.png
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