单片机联网,UIP实现tcp/udp协议
UIP是单片机界联网的一个很好地选择,移植这个库有点复杂,首先是第一步,网卡驱动要写好,使用的网卡芯片为ENC28J60,驱动可以再工程包里面找到
//配置网卡硬件，并设置MAC地址 //返回值：0，正常；1，失败； u8 tapdev_init(u8* macaddr) { u8 i,res=0; res=ENC28J60_Init((u8*)macaddr); //初始化ENC28J60 //把IP地址和MAC地址写入缓存区 for (i = 0; i < 6; i++)uip_ethaddr.addr[i]=macaddr[i]; //指示灯状态:0x476 is PHLCON LEDA(绿)=links status, LEDB(红)=receive/transmit //PHLCON：PHY 模块LED 控制寄存器 ENC28J60_PHY_Write(PHLCON,0x0476); return res; } //读取一包数据 uint16_t tapdev_read(void) { return ENC28J60_Packet_Receive(MAX_FRAMELEN,uip_buf); } //发送一包数据 void tapdev_send(void) { ENC28J60_Packet_Send(uip_len,uip_buf); }
分别是初始化,读,写
这些驱动会在一个叫做uip_call的函数中用到,其次,要设置uip的时钟,这个时钟适用于arp表的更新的
#include "clock-arch.h" #include "sys.h" //时钟驱动文件, //uip时钟 extern u32 uip_timer;//uip 计时器，每10ms增加1. /*---------------------------------------------------------------------------*/ clock_time_t clock_time(void) { return uip_timer; /* 10ms 单位 */ }
u32 uip_timer=0;//uip 计时器，每10ms增加1. //定时器6中断服务程序 void TIM6_IRQHandler(void) { if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源 { uip_timer++;//uip计时器增加1 } TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update ); //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源 } //基本定时器6中断初始化 //这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M //arr：自动重装值。 //psc：时钟预分频数 //这里使用的是定时器3! void TIM6_Int_Init(u16 arr,u16 psc) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE); //时钟使能 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 计数到5000为500ms TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 10Khz的计数频率 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式 TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位 TIM_ITConfig( TIM6,TIM_IT_Update|TIM_IT_Trigger,ENABLE);//使能定时器6更新触发中断 TIM_Cmd(TIM6, ENABLE); //使能TIMx外设 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn; //TIM3中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //先占优先级0级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //从优先级3级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器 }
定时器的定时长度取决于这个宏定义
#ifndef __CLOCK_ARCH_H__ #define __CLOCK_ARCH_H__ typedef int clock_time_t; #define CLOCK_CONF_SECOND 100 #endif /* __CLOCK_ARCH_H__ */
上面是100,也就是说定时器的长度应该是10MS
接下来是配置回调函数
//uip事件处理函数 //必须将该函数插入用户主循环,循环调用. void uip_polling(void) { u8 i; static struct timer periodic_timer, arp_timer; static u8 timer_ok=0; if(timer_ok==0)//仅初始化一次 { timer_ok = 1; timer_set(&periodic_timer,CLOCK_SECOND/2); //创建1个0.5秒的定时器 timer_set(&arp_timer,CLOCK_SECOND*10); //创建1个10秒的定时器 } uip_len=tapdev_read(); //从网络设备读取一个IP包,得到数据长度.uip_len在uip.c中定义 if(uip_len>0) //有数据 { //处理IP数据包(只有校验通过的IP包才会被接收) if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP))//是否是IP包? { uip_arp_ipin(); //去除以太网头结构，更新ARP表 uip_input(); //IP包处理 //当上面的函数执行后，如果需要发送数据，则全局变量 uip_len > 0 //需要发送的数据在uip_buf, 长度是uip_len (这是2个全局变量) if(uip_len>0)//需要回应数据 { uip_arp_out();//加以太网头结构，在主动连接时可能要构造ARP请求 tapdev_send();//发送数据到以太网 } }else if (BUF->type==htons(UIP_ETHTYPE_ARP))//处理arp报文,是否是ARP请求包? { uip_arp_arpin(); //当上面的函数执行后，如果需要发送数据，则全局变量uip_len>0 //需要发送的数据在uip_buf, 长度是uip_len(这是2个全局变量) if(uip_len>0)tapdev_send();//需要发送数据,则通过tapdev_send发送 } }else if(timer_expired(&periodic_timer)) //0.5秒定时器超时 { timer_reset(&periodic_timer); //复位0.5秒定时器 //轮流处理每个TCP连接, UIP_CONNS缺省是40个 for(i=0;i<UIP_CONNS;i++) { uip_periodic(i); //处理TCP通信事件 //当上面的函数执行后，如果需要发送数据，则全局变量uip_len>0 //需要发送的数据在uip_buf, 长度是uip_len (这是2个全局变量) if(uip_len>0) { uip_arp_out();//加以太网头结构，在主动连接时可能要构造ARP请求 tapdev_send();//发送数据到以太网 } } #if UIP_UDP //UIP_UDP //轮流处理每个UDP连接, UIP_UDP_CONNS缺省是10个 for(i=0;i<UIP_UDP_CONNS;i++) { uip_udp_periodic(i); //处理UDP通信事件 //当上面的函数执行后，如果需要发送数据，则全局变量uip_len>0 //需要发送的数据在uip_buf, 长度是uip_len (这是2个全局变量) if(uip_len > 0) { uip_arp_out();//加以太网头结构，在主动连接时可能要构造ARP请求 tapdev_send();//发送数据到以太网 } } #endif //每隔10秒调用1次ARP定时器函数 用于定期ARP处理,ARP表10秒更新一次，旧的条目会被抛弃 if(timer_expired(&arp_timer)) { timer_reset(&arp_timer); uip_arp_timer(); } } }
这个函数是uip的灵魂,可以说全部的功能都是在这个函数里面实现的,然后定义网卡数据回调函数
//通信程序状态字(用户可以自己定义) enum { STATE_CMD = 0, //命令接收状态 STATE_TX_TEST = 1, //连续发送数据包状态(速度测试) STATE_RX_TEST = 2 //连续接收数据包状态(速度测试) }; //定义 uip_tcp_appstate_t 数据类型，用户可以添加应用程序需要用到 //成员变量。不要更改结构体类型的名字，因为这个类型名会被uip引用。 //uip.h 中定义的 struct uip_conn 结构体中引用了 uip_tcp_appstate_t struct tcp_appstate { u8_t state; u8_t *textptr; int textlen; }; struct uip_appstate { u8_t state; u8_t *textptr; int textlen; }; typedef struct tcp_appstate uip_tcp_appstate_t; typedef struct uip_appstate uip_udp_appstate_t; //TCP的回调 void tcp_appcall(void); void tcp_client_appcall(void); //tcp客户端的回调,PC是服务器 void tcp_server_appcall(void); //tcp服务器的回调,pc是客户端 //UDP的回调 void udp_appcall(void); void udp_send_appcall(void); void udp_recv_appcall(void); //定义应用程序回调函数 #ifndef UIP_APPCALL #define UIP_APPCALL tcp_appcall //定义回调函数为 tcp_demo_appcall #endif #ifndef UIP_UDP_APPCALL #define UIP_UDP_APPCALL udp_appcall //定义回调函数为 udp_demo_appcall #endif
UIP_UDP_APPCALL和UIP_APPCALL分别是TCP通讯和udp通讯的回调函数,实现的架构如下
//TCP应用接口函数(UIP_APPCALL) //完成TCP服务(包括server和client)和HTTP服务 void tcp_appcall(void) { switch(uip_conn->lport)//本地监听端口对应的事件处理程序 { case HTONS(80): // httpd_appcall(); break; case HTONS(1200): tcp_server_appcall(); break; default: break; } switch(uip_conn->rport) //远程连接1400端口 { case HTONS(1400): //远程连接端口号 tcp_client_appcall(); break; default: break; } } void udp_appcall(void) { switch(uip_udp_conn->lport)//本地监听端口1600 { case HTONS(1600): udp_recv_appcall(); break; default: break; } switch(uip_udp_conn->rport) //远程连接1500端口,也就是数据发送端 { case HTONS(1500): udp_send_appcall(); break; default: break; } }
可以看到,处理过程是分端口处理的,分别是四个,TCP客户端,服务器,UDP客户端,UDP服务器,分别说明
tcp_client_connect(); //尝试连接到TCP Server端,用于TCP Client
u8 tcp_client_databuf[200]; //发送数据缓存 u8 tcp_client_sta; //客户端状态 //[7]:0,无连接;1,已经连接; //[6]:0,无数据;1,收到客户端数据 //[5]:0,无数据;1,有数据需要发送 //这是一个TCP 客户端应用回调函数。 //该函数通过UIP_APPCALL(tcp_demo_appcall)调用,实现Web Client的功能. //当uip事件发生时，UIP_APPCALL函数会被调用,根据所属端口(1400),确定是否执行该函数。 //例如 : 当一个TCP连接被创建时、有新的数据到达、数据已经被应答、数据需要重发等事件 void tcp_client_appcall(void) { struct tcp_appstate *s = (struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; if(uip_aborted())tcp_client_aborted(); //连接终止 if(uip_timedout())tcp_client_timedout(); //连接超时 if(uip_closed())tcp_client_closed(); //连接关闭 if(uip_connected())tcp_client_connected(); //连接成功 if(uip_acked())tcp_client_acked(); //发送的数据成功送达 //接收到一个新的TCP数据包 if (uip_newdata()) { if((tcp_client_sta&(1<<6))==0)//还未收到数据 { if(uip_len>199) { ((u8*)uip_appdata)[199]=0; } strcpy((char*)tcp_client_databuf,uip_appdata); tcp_client_sta|=1<<6;//表示收到客户端数据 } }else if(tcp_client_sta&(1<<5))//有数据需要发送 { s->textptr=tcp_client_databuf; s->textlen=strlen((const char*)tcp_client_databuf); tcp_client_sta&=~(1<<5);//清除标记 } //当需要重发、新数据到达、数据包送达、连接建立时，通知uip发送数据 if(uip_rexmit()||uip_newdata()||uip_acked()||uip_connected()||uip_poll()) { tcp_client_senddata(); } } //这里我们假定Server端的IP地址为:192.168.1.101 //这个IP必须根据Server端的IP修改. //尝试重新连接 void tcp_client_connect() { uip_ipaddr_t ipaddr; uip_ipaddr(&ipaddr,192,168,1,100); //设置IP为192.168.1.103 uip_connect(&ipaddr,htons(1400)); //端口为1400 } //终止连接,回调函数 void tcp_client_aborted(void) { tcp_client_sta&=~(1<<7); //标志没有连接 tcp_client_connect(); //尝试重新连接 uip_log("tcp_client aborted!\r\n");//打印log } //连接超时,回调函数 void tcp_client_timedout(void) { tcp_client_sta&=~(1<<7); //标志没有连接 uip_log("tcp_client timeout!\r\n");//打印log } //连接关闭,回调函数 void tcp_client_closed(void) { tcp_client_sta&=~(1<<7); //标志没有连接 tcp_client_connect(); //尝试重新连接 uip_log("tcp_client closed!\r\n");//打印log } //连接建立,回调函数 void tcp_client_connected(void) { tcp_client_sta|=1<<7; //标志连接成功 uip_log("tcp_client connected!\r\n");//打印log } //发送的数据成功送达 void tcp_client_acked(void) { struct tcp_appstate *s=(struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; s->textlen=0;//发送清零 uip_log("tcp_client acked!\r\n");//表示成功发送 } //发送数据给服务端 void tcp_client_senddata(void) { struct tcp_appstate *s = (struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; //s->textptr:发送的数据包缓冲区指针 //s->textlen:数据包的大小（单位字节） if(s->textlen>0)uip_send(s->textptr, s->textlen);//发送TCP数据包 }
TCP客户端的使用如上,服务器的使用如下
uip_listen(HTONS(1200)); //监听1200端口,用于TCP Server
监听端口,自然就是服务器了,回调如下
u8 tcp_server_databuf[200]; //发送数据缓存 u8 tcp_server_sta; //服务端状态 //[7]:0,无连接;1,已经连接; //[6]:0,无数据;1,收到客户端数据 //[5]:0,无数据;1,有数据需要发送 //这是一个TCP 服务器应用回调函数。 //该函数通过UIP_APPCALL(tcp_demo_appcall)调用,实现Web Server的功能. //当uip事件发生时，UIP_APPCALL函数会被调用,根据所属端口(1200),确定是否执行该函数。 //例如 : 当一个TCP连接被创建时、有新的数据到达、数据已经被应答、数据需要重发等事件 void tcp_server_appcall(void) { struct tcp_appstate *s = (struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; if(uip_aborted())tcp_server_aborted(); //连接终止 if(uip_timedout())tcp_server_timedout(); //连接超时 if(uip_closed())tcp_server_closed(); //连接关闭 if(uip_connected())tcp_server_connected(); //连接成功 if(uip_acked())tcp_server_acked(); //发送的数据成功送达 //接收到一个新的TCP数据包 if (uip_newdata())//收到客户端发过来的数据 { if((tcp_server_sta&(1<<6))==0)//还未收到数据 { if(uip_len>199) { ((u8*)uip_appdata)[199]=0; } strcpy((char*)tcp_server_databuf,uip_appdata); tcp_server_sta|=1<<6;//表示收到客户端数据 } }else if(tcp_server_sta&(1<<5))//有数据需要发送 { s->textptr=tcp_server_databuf; s->textlen=strlen((const char*)tcp_server_databuf); tcp_server_sta&=~(1<<5);//清除标记 } //当需要重发、新数据到达、数据包送达、连接建立时，通知uip发送数据 if(uip_rexmit()||uip_newdata()||uip_acked()||uip_connected()||uip_poll()) { tcp_server_senddata(); } } //终止连接 void tcp_server_aborted(void) { tcp_server_sta&=~(1<<7); //标志没有连接 uip_log("tcp_server aborted!\r\n");//打印log } //连接超时 void tcp_server_timedout(void) { tcp_server_sta&=~(1<<7); //标志没有连接 uip_log("tcp_server timeout!\r\n");//打印log } //连接关闭 void tcp_server_closed(void) { tcp_server_sta&=~(1<<7); //标志没有连接 uip_log("tcp_server closed!\r\n");//打印log } //连接建立 void tcp_server_connected(void) { // struct tcp_appstate *s = (struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; //uip_conn结构体有一个"appstate"字段指向应用程序自定义的结构体。 //声明一个s指针，是为了便于使用。 //不需要再单独为每个uip_conn分配内存，这个已经在uip中分配好了。 //在uip.c 中 的相关代码如下： // struct uip_conn *uip_conn; // struct uip_conn uip_conns[UIP_CONNS]; //UIP_CONNS缺省=10 //定义了1个连接的数组，支持同时创建几个连接。 //uip_conn是一个全局的指针，指向当前的tcp或udp连接。 tcp_server_sta|=1<<7; //标志连接成功 uip_log("tcp_server connected!\r\n");//打印log } //发送的数据成功送达 void tcp_server_acked(void) { struct tcp_appstate *s=(struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; s->textlen=0;//发送清零 uip_log("tcp_server acked!\r\n");//表示成功发送 } //发送数据给客户端 void tcp_server_senddata(void) { struct tcp_appstate *s = (struct tcp_appstate *)&uip_conn->appstate; //s->textptr : 发送的数据包缓冲区指针 //s->textlen ：数据包的大小（单位字节） if(s->textlen>0)uip_send(s->textptr, s->textlen);//发送TCP数据包 }
到此,TCP结束,另外,在UIP的初始化的时候要指明IP地址网关子网掩码子类的,如下
//配置IP地址 uip_ipaddr(ipaddr, 192,168,1,103); //设置本地设置IP地址 uip_sethostaddr(ipaddr); uip_ipaddr(ipaddr, 192,168,1,1); //设置网关IP地址(其实就是你路由器的IP地址) uip_setdraddr(ipaddr); uip_ipaddr(ipaddr, 255,255,255,0); //设置网络掩码 uip_setnetmask(ipaddr);
而UDP的通讯是无连接的,不分客户端和服务器,只分为接收端和发送端,接收端如下
u8 udp_recv_databuf[200]; //发送数据缓存 u8 udp_recv_sta; //客户端状态 void udp_recv_appcall(void) { // struct uip_appstate *s = (struct uip_appstate *)&uip_udp_conn->appstate; //接收到一个新的udp数据包 if (uip_newdata())//收到客户端发过来的数据 { if((udp_recv_sta&(1<<6))==0)//还未收到数据 { if(uip_len>199) { ((u8*)uip_appdata)[199]=0; } strcpy((char*)udp_recv_databuf,uip_appdata); udp_recv_sta|=1<<6;//表示收到客户端数据 } } if(uip_poll())//udp空转 { uip_log("udp_server uip_poll!\r\n");//打印log } } //建立UDP接收链接 //建立UDP服务器需要将目标IP设置为全1 并对应端口为0,绑定相应的数据端口 void udp_recv_connect(void) { uip_ipaddr_t ipaddr; static struct uip_udp_conn *c=0; uip_ipaddr(&ipaddr,0xff,0xff,0xff,0xff); //将远程IP设置为 255.255.255.255 具体原理见uip.c的源码 if(c!=0) //已经建立连接则删除连接 { uip_udp_remove(c); } c = uip_udp_new(&ipaddr,0); //远程端口为0 if(c) { uip_udp_bind(c, HTONS(1600)); } }
其回调函数不发送数据,只接收数据,发送端如下
u8 udp_send_databuf[200]; //发送数据缓存 u8 udp_send_sta; //发送端状态 //这是一个udp 发送端应用回调函数。 //该函数通过UIP_APPCALL(udp_demo_appcall)调用,实现Web Client的功能. //当uip事件发生时，UIP_APPCALL函数会被调用,根据所属端口(1400),确定是否执行该函数。 //例如 : 当一个udp连接被创建时、有新的数据到达、数据已经被应答、数据需要重发等事件 void udp_send_appcall(void) { struct uip_appstate *s = (struct uip_appstate *)&uip_udp_conn->appstate; if(uip_poll())//当前连接空闲轮训 { uip_log("udp_send uip_poll!\r\n");//打印log if(udp_send_sta&(1<<5))//需要发送数据 { s->textptr=udp_send_databuf; s->textlen=strlen((const char*)udp_send_databuf); udp_send_sta&=~(1<<5);//清除标记 uip_send(s->textptr, s->textlen);//发送udp数据包 uip_udp_send(s->textlen); } } } //建立一个udp_client的连接 void udp_send_connect() { uip_ipaddr_t ipaddr; static struct uip_udp_conn *c=0; uip_ipaddr(&ipaddr,192,168,1,101); //设置IP为192.168.1.101 if(c!=0) { //已经建立连接则删除连接 uip_udp_remove(c); } c = uip_udp_new(&ipaddr,htons(1500)); //端口为1500 //发送端发送的数据端口为1500 }
只发送数据不接收数据
基本上到这里整个程序的框架就做好了,测试用的一段代码也贴上来
uip_polling(); //处理uip事件，必须插入到用户程序的循环体中 if(tcp_client_tsta!=tcp_client_sta)//TCP Client状态改变 { if(tcp_client_sta&(1<<7)) LCD_ShowString(0,12,240,320,(u8*)"TCP Client Connected ",LCD_BLACK); else LCD_ShowString(0,12,240,320,(u8*)"TCP Client Disconnected ",LCD_BLACK); if(tcp_client_sta&(1<<6)) //收到新数据 { LCD_ShowString(18,24,240,320,(u8*)" ",LCD_BLACK); LCD_ShowString(18,24,240,320,(u8*)tcp_client_databuf,LCD_BLACK); printf("TCP Client RX:%s\r\n",tcp_client_databuf);//打印数据 tcp_client_sta&=~(1<<6); //标记数据已经被处理 } tcp_client_tsta=tcp_client_sta; } if(tcp_server_tsta!=tcp_server_sta)//TCP Server状态改变 { if(tcp_server_sta&(1<<7)) LCD_ShowString(0,48,240,320,(u8*)"TCP Server Connected ",LCD_BLACK); else LCD_ShowString(0,48,240,320,(u8*)"TCP Server Disconnected ",LCD_BLACK); if(tcp_server_sta&(1<<6)) //收到新数据 { LCD_ShowString(18,60,240,320,(u8*)" ",LCD_BLACK); LCD_ShowString(18,60,240,320,(u8*)tcp_server_databuf,LCD_BLACK); printf("TCP Server RX:%s\r\n",tcp_server_databuf);//打印数据 tcp_server_sta&=~(1<<6); //标记数据已经被处理 } tcp_server_tsta=tcp_server_sta; } if(udp_recv_sta & (1<<6)) { LCD_ShowString(18,120,240,320,(u8*)" ",LCD_BLACK); LCD_ShowString(18,120,240,320,(u8*)udp_recv_databuf,LCD_BLACK); udp_recv_sta =~(1<<6);//标记数据已经被处理 } if(keyValue == KEY_LEFT) { if(tcp_client_sta&(1<<7)) //连接还存在 { sprintf((char*)tcp_client_databuf,"TCP Client OK %d\r\n",tclientcnt); LCD_ShowString(24,36,240,320,(u8*)" ",LCD_BLACK); LCD_ShowString(24,36,240,320,(u8*)tcp_client_databuf,LCD_BLACK); tcp_client_sta|=1<<5;//标记有数据需要发送 tclientcnt++; keyValue = 0; } } if(keyValue == KEY_RIGHT) { if(tcp_server_sta&(1<<7)) //连接还存在 { sprintf((char*)tcp_server_databuf,"TCP Server OK %d\r\n",tserivcecnt); LCD_ShowString(24,72,240,320,(u8*)" ",LCD_BLACK); LCD_ShowString(24,72,240,320,(u8*)tcp_server_databuf,LCD_BLACK); tcp_server_sta|=1<<5;//标记有数据需要发送 tserivcecnt++; keyValue = 0; } } if(keyValue == KEY_DOWN) { sprintf((char*)udp_send_databuf,"UDP SEND OK %d\r\n",usendcnt); LCD_ShowString(18,96,240,320,(u8*)" ",LCD_BLACK); LCD_ShowString(18,96,240,320,(u8*)udp_send_databuf,LCD_BLACK); udp_send_sta |= 1<<5;//标记有数据需要发送 keyValue = 0; usendcnt++; } }
下一章再说说怎么实现DHCP
工程下载地址
http://download.csdn.net/detail/dengrengong/8542905
