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

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_TCP


(二)配置调试串口

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_TCP_02


(三)配置以太网ETH

(1)基础配置

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_ETH_03


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。
  • 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​​

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_STM32_04

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_TCP_05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。

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_ETH_06


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:

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_ETH_07


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

STM32F407 + LAN8720A + LWIP 实现TCP服务器_LWIP_08


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:

    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。

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。。。