icore4t_41 []

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^  版本  ^  日期  ^  作者  ^  修改内容  ^
|  V0.1  |20200103  |XiaomaGee|  初次建立  |

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===== STM32CubeMX教程四十一—LWIP_UDP以太网数据传输 =====

1. 在主界面选择File-->New Project或者直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR  
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_1.png?direct |}} 
2. 出现芯片型号选择，搜索自己芯片的型号，双击型号，或者点击Start Project进入配置
在搜索栏的下面，提供的各种查找方式，可以选择芯片内核，型号，等等，可以帮助你查找芯片。本实验选取的芯片型号为：STM32H750IBKx。
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_2.png?direct |}} 
3. 配置RCC，使用外部时钟源
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_3.png?direct |}} 
4. 配置调试引脚
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_4.png?direct |}} 

5. 将PA10，PB7，PB8设置为GPIO_Output
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_5.png?direct |}} 
6. 引脚模式配置
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_6.png?direct |}} 
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_7.png?direct |}} 
7. 配置以太网
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_8.png?direct |}} 
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_9.png?direct |}} 
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_10.png?direct |}} 
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_11.png?direct |}} 
8. 时钟设置，选择外部高速时钟源，配置为最大主频
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_12.png?direct |}} 
9. 工程文件的设置, 这里就是工程的各种配置 我们只用到有限几个，其他的默认即可  IDE我们使用的是 MDK5.27
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_13.png?direct |}} 
10. 点击Code Generator，进行进一步配置
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_14.png?direct |}} 
  * **Copy all used libraries into the project folder**
  * 将HAL库的所有.C和.H都复制到所建工程中
    * 优点：这样如果后续需要新增其他外设又可能不再用STM32CubeMX的时候便会很方便
    * 缺点：体积大，编译时间很长
  * **Copy only the necessary library files**
  * 只复制所需要的.C和.H（推荐）
    * 优点：体积相对小，编译时间短，并且工程可复制拷贝
    * 缺点：新增外设时需要重新用STM32CubeMX导入
  * **Add necessary library files as reference in the toolchain project configuration file**
  * 不复制文件，直接从软件包存放位置导入.C和.H
    * 优点：体积小，比较节约硬盘空间
    * 缺点：复制到其他电脑上或者软件包位置改变，就需要修改相对应的路径
  * 自行选择方式即可
11. 然后点击GENERATE CODE  创建工程
{{ :icore4t:icore4t_cube_41_15.png?direct |}} 
创建成功，打开工程。


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===== 实验四十一：LWIP_UDP实验——以太网数据传输 =====

==== 一、 实验目的与意义 ====
  - 了解LwIP协议栈和LAN8720物理层；
  - 掌握UDP的使用方法；
  - 掌握STM32 HAL库中UDP的配置方法；
  - 掌握KEILMDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
  - iCore4T双核心板、扩展底板；
  - JLINK（或相同功能）仿真器；
  - Micro USB线缆、网线；
  - Keil MDK 开发平台；
  - STM32CubeMX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：
    * (1) 支持多网络接口下的IP转发；
    * (2) 支持ICMP协议；
    * (3) 包括实验性扩展的UDP(用户数据报协议)；
    * (4) 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)；
    * (5) 提供专门的内部回调接口(Raw API)，用于提高应用程序性能；
    * (6) 可选择的Berkeley接口API (在多线程情况下使用) ；
    * (7) 在最新的版本中支持ppp；
    * (8) 新版本中增加了的IP fragment的支持；
    * (9) 支持DHCP协议,动态分配ip地址。
=== 2、UDP简介 ===
  * UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。
  * UDP协议与TCP协议一样用于处理数据包，在OSI模型中，两者都位于传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但即使在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。
  * 许多应用只支持UDP，如：多媒体数据流，不产生任何额外的数据，即使知道有破坏的包也不进行重发。当强调传输性能而不是传输的完整性时，如：音频和多媒体应用，UDP是最好的选择。在数据传输时间很短，以至于此前的连接过程成为整个流量主体的情况下，UDP也是一个好的选择。
  * UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。
  * UDP提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性保证，适合于一次传输少量数据，UDP传输的可靠性由应用层负责。常用的UDP端口号有：53（DNS）、69（TFTP）、161（SNMP），使用UDP协议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNS、BOOTP。
  * UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。
=== 3、UDP的主要特点 ===
  * UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
  * 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
  * UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包而言UDP的额外开销很小。
  * 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
  * UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。
  * 虽然UDP是一个不可靠的协议，但它是分发信息的一个理想协议。例如，在屏幕上报告股票市场、显示航空信息等等。UDP也用在路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）中修改路由表。在这些应用场合下，如果有一个消息丢失，在几秒之后另一个新的消息就会替换它。UDP广泛用在多媒体应用中。
  * DMA(直接存储器访问)传输不需要占用CPU，可以在存储器至存储器实现高速的数据传输。本实验采用DMA2控制器的数据流0，选用通道0进行数据传输。通过LED的颜色来判断传输是否成功。
=== 4、STM32H750以太网简介 ===

  * STM32H750芯片自带以太网模块，通过工业介质独立接口（MII）或简化独立接口（RMII）为以太网LAN通信提供符合IEEE-802.3-2002的媒体访问控制器（MAC）。微控制器需要一个外部物理接口设备（PHY）连接到物理LAN总线。PHY使用17个信号（用于MII）或9个信号（用于RMII）连接到设备MII端口，并且可以使用来自微控制器的25MHz（MII）时钟。
  * STM32H750自带以太网模块特点包括：
    * 实现10M/100Mbit/s的数据传输速率；
    * 专用DMA控制器允许专用SRAM之间高速传输；
    * 标明MAC支持（VLAN支持）；
    * 通过符合IEEE802.3的MII/RMII接口与外部以太网PHY进行通信；
    * 支持全双工和半双工操作；
    * MAC控制子层（控制帧）支持；
    * 32位CRC生成和删除；
    * 支持多种灵活的地址过滤模式；
    * 每次发送或接收32位状态码；
    * 提供接收和发送两组FIFO；
    * 通过SMI（MDIO）接口配置和管理PHY设备；
    * 支持以太网时间戳（参见IEEE1588-2008），时间戳比较器连接到TIM2输入；
    * 当系统时间大于目标时间时触发中断。
    * 支持DMA。
  * STM32H750以太网功能框图，如图所示：
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_1.png?direct |}} 
=== 5、LAN8720A简介 ===

  * LAN8720A功能框图如图所示：
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_2.png?direct |}} 
  * 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
=== 6、原理图 ===

  * iCore4T带有LAN8720A嵌入式以太网控制器，本实验实现TCP客户端功能。以PC作为服务器，iCore4T作为客户端，PC的IP地址192.168.0.1，端口号为60001，iCore4T的IP地址为192.168.0.10，端口随机。当客户端连接到服务器，TCP建立成功即可进行数据信息传输。实验原理图如下
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_3.png?direct |}} 
==== 四、 实验程序 ====

=== 1. 主函数 ===
<code c>
//LWIP初始化
NETMPU_Config();
lwip.initialize();
eth_tcpc.initialize();
 while (1)
  {
	if((cnt ++ / 800000) % 2){
		LED_RED_ON;
	}else{
		LED_RED_OFF;
	}
	lwip.periodic_handle();
	//udp test
	if(eth_udp.receive_ok_flag == 1){
		eth_udp.receive_ok_flag = 0;
		eth_udp.send_data(eth_udp.udppcb);	
	}	
  }  

</code> 
=== 2. LwIP初始化 ===
<code c>
unsigned char initialize(void)
{
  unsigned char retry = 0;
	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

	while(lan8720.initialize()){ 	//初始化LAN8720，如果失败的话就重试5次
		retry++;
		if(retry > 5){
			retry = 0;
		  return 3;
		}                       //LAN8720初始化失败
	}
	lwip_init();			//初始化LWIP内核	
	IP4_ADDR(&ipaddr,lan8720.ip[0],lan8720.ip[1],lan8720.ip[2],lan8720.ip[3]);
	IP4_ADDR(&netmask,lan8720.sub[0],lan8720.sub[1] ,lan8720.sub[2],lan8720.sub[3]);
	IP4_ADDR(&gw,lan8720.gw[0],lan8720.gw[1],lan8720.gw[2],lan8720.gw[3]);
        //向网卡列表中添加一个网口
	Netif_Init_Flag=netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,&ethernetif_init,&ethernet_input); 	
	if(Netif_Init_Flag==NULL){
		return 4;             //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> 
=== 3. eth_udp初始化 ===
<code c>
void initialize(void)
{
struct ip_addr rmtipaddr;
eth_tcpc.tcpc_pcb = tcp_new(); //该函数简单的调用tcp_alloc函数为一个谅解分配一个TCP控制块tcp_pcb。
                               //tcp_alloc函数首先为新的tcp_pcb分配内存空间，若内存空间不足，则函数会释放出新的pcb空间。
IP4_ADDR(&rmtipaddr,lan8720.pc_ip[0],lan8720.pc_ip[1],lan8720.pc_ip[2],lan8720.pc_ip[3]);
udp_connect(eth_udp.udppcb,&rmtipaddr,PC_PORT);	
udp_bind(eth_udp.udppcb,IP_ADDR_ANY,30000);	
udp_recv(eth_udp.udppcb,eth_udp.receive_data,NULL);
} 

</code> 
==== 五、 实验步骤 ====

  - 把仿真器与iCore4T的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
  - 把iCore4T插在扩展底板上，通过扩展底板供电给iCore4T；
  - 把iCore4T扩展底板网口通过网线与计算机网口相连；
  - 设置本机电脑IP；（方法件附录1）
  - 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
  - 打开TCP&UDP测试工具；（安装及使用方法件附录2）
  - 烧写程序到iCore4T上；
  - 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
  * **注：STM32H750 ETH默认使用DMA功能。但是DTCM虽然和其他的MCU和RAM起始地址一样，缺无法被DMA访问。也就是通用RAM的地址变了，但是编译器还是会把DTCM的地址作为通用RAM的起始地址。请将内存起始地址修改为D1域，操作步骤如图所示，也就是在RAM2上打勾。**
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_4.png?direct&850 |}} 
==== 六、 实验现象 ====

  * 在发送区编辑完要发送的数据信息后，点击发送即可收到发送的数据包。如图所示：
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_5.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
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_6.png?direct |}} 
  * 2、Internet协议版本4，选择使用下面的IP地址，然后更改IP地址和默认网关
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_7.png?direct |}} 
==== 附录： ====

  * **1、TCP&UDP测试工具安装**
    * 双击TCP&UDPDebug102_setup.exe，点击下一步，在这里安装路径默认即可，点击安装。
  * **2、TCP&UDP测试工具的使用**
  * （1）打开测试工具，点击创建连接，弹出设置端口的窗口，设置为30001.
 {{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_8.png?direct |}} 
  * （2）创建完成（如下图），点击连接
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_41_9.png?direct |}} 
  * （3）iCore4T自动连接即可通信。（若连接不成功，请关闭电脑防火墙）
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