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^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^
| V0.1 |20201015 |FMJ| 初次建立 |
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===== 实验四十三：LWIP_DHCP实验——动态分配IP =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解DHCP的作用
- 了解LWIP中DHCP的使用
- 掌握以太网调试工具的使用
- 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；
- 以太网通讯线缆
- 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、DHCP简介 ===
* DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议，通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。
* DHCP协议使用UDP通讯协议工作，采用UDP通讯的67和68两个通讯端口，分别作为DHCP服务器和DHCP客户端。 DHCP协议采用客户端/服务器模型，主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。当DHCP服务器接收到来自网络主机申请地址的信息时，才会向网络主机发送相关的地址配置等信息，以实现网络主机地址信息的动态配置。DHCP具有以下功能：
- 保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户机所使用。
- DHCP应当可以给用户分配永久固定的IP地址。
- DHCP应当可以同用其他方法获得IP地址的主机共存（如手工配置IP地址的主机）。
- DHCP服务器应当向现有的BOOTP客户端提供服务。
* 在日常应用中，路由器就是一个典型的DHCP服务器，而手机、电脑等联网设备为DHCP客户端，路由器为连接到网络的设备分配IP地址，进而实现设备的联网。
* 本实验例程采用的LWIP 版本位1.4.1，其中包含了DHCP协议，在对LWIP的DHCP功能进行使能和启动后，即可通过路由器对设备进行IP地址的分配。
==== 四、 实验程序 ====
=== 1. 主函数 ===
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
int cnt;
/* USER CODE END 1 */
/*MCU Configuration-----------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
i2c.initialize();
axp152.initialize();
axp152.set_dcdc1(3500);//[ARM & FPGA BK1/2/6 &OTHER]
axp152.set_dcdc2(1200);//[FPGA INT & PLL D]
axp152.set_aldo1(2500);//[FPGA PLL A]
axp152.set_dcdc4(3300);//[POWER_OUTPUT]
axp152.set_dcdc3(3300);//[FPGA BK4][Adjustable]
axp152.set_aldo2(3300);//[FPGA BK3][Adjustable]
axp152.set_dldo1(3300);//[FPGA BK7][Adjustable]
axp152.set_dldo2(3300);//[FPGA BK5][Adjustable]
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_ETH_Init();
MX_USART2_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
usart2.printf("\033[1;32;40m");//设置字体终端为绿色
usart2.printf("\r\nHello, I am iCore4T!\r\n"); //串口信息输出
//LWIP初始化
while(lwip.initialize())//lwip初始化
{
//ETH初始化失败
usart2.printf("\r\nETH initialize error!\r\n\r\n");
}
NETMPU_Config();
eth_tcps.initialize();
usart2.initialize(115200);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if((cnt ++ / 800000) % 2){
LED_ON;
}else{
LED_OFF;
}
lwip.periodic_handle();
key.process();
//tcp process
if(eth_tcps.receive_ok_flag == 1){
eth_tcps.receive_ok_flag = 0;
eth_tcps.send_data(eth_tcps.tcppcbnew);
}
}
/* USER CODE END 3 */
}
=== 2. LwIP初始化函数（在配置LWIP的DHCP功能前，需要将lwipopts.h中的LWIP_DHCP宏定义，定义为1，否则无法使用DHCP功能）===
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
//设置MAC地址
for(i=0;i<6;i++)
{
lwipdev.mac[i] = lan8720.mac[i];
}
#if LWIP_DHCP //使用动态IP
ipaddr.addr = 0;
netmask.addr = 0;
gw.addr = 0;
#else
//设置默认IP
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]);
#endif
//向网卡列表中添加一个网口
Netif_Init_Flag = netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,ðernetif_init,ðernet_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
}
usart2.printf("开启 DHCP ...\r\n");
dhcp_start(&lwip_netif);//开启DHCP
return 0;//操作OK.
}
=== 3.DHCP信息获取函数 ===
void lwip_dhcp_task(void)
{
u32 ip=0,netmask=0,gw=0;
lwipdev.dhcpstatus=0; //正在DHCP
usart2.printf("正在获取地址...\r\n");
ip=lwip_netif.ip_addr.addr;//读取新IP地址
netmask=lwip_netif.netmask.addr;//读取子网掩码
gw=lwip_netif.gw.addr;//读取默认网关
if(ip!=0) //当正确读取到IP地址的时候
{
lwipdev.dhcpstatus=2; //DHCP成功
dhcp_stop(&lwip_netif); //关闭DHCP
usart2.printf("网卡en的MAC地址为:................%d.%d.%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.mac[0],lwipdev.mac[1],lwipdev.mac[2],lwipdev.mac[3],lwipdev.mac[4],lwipdev.mac[5]);
//解析出通过DHCP获取到的IP地址
lwipdev.ip[3]=(uint8_t)(ip>>24);
lwipdev.ip[2]=(uint8_t)(ip>>16);
lwipdev.ip[1]=(uint8_t)(ip>>8);
lwipdev.ip[0]=(uint8_t)(ip);
usart2.printf("通过DHCP获取到IP地址..............%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
//解析通过DHCP获取到的子网掩码地址
lwipdev.netmask[3]=(uint8_t)(netmask>>24);
lwipdev.netmask[2]=(uint8_t)(netmask>>16);
lwipdev.netmask[1]=(uint8_t)(netmask>>8);
lwipdev.netmask[0]=(uint8_t)(netmask);
usart2.printf("通过DHCP获取到子网掩码............%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
//解析出通过DHCP获取到的默认网关
lwipdev.gateway[3]=(uint8_t)(gw>>24);
lwipdev.gateway[2]=(uint8_t)(gw>>16);
lwipdev.gateway[1]=(uint8_t)(gw>>8);
lwipdev.gateway[0]=(uint8_t)(gw);
usart2.printf("通过DHCP获取到的默认网关..........%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
}else if(lwip_netif.dhcp->tries>LWIP_MAX_DHCP_TRIES) //通过DHCP服务获取IP地址失败,且超过最大尝试次数
{
lwipdev.dhcpstatus=0XFF;//DHCP失败.
//使用静态IP地址
IP4_ADDR(&(lwip_netif.ip_addr),lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
IP4_ADDR(&(lwip_netif.netmask),lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
IP4_ADDR(&(lwip_netif.gw),lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
usart2.printf("DHCP服务超时,使用静态IP地址!\r\n");
usart2.printf("网卡en的MAC地址为:................%d.%d.%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.mac[0],lwipdev.mac[1],lwipdev.mac[2],lwipdev.mac[3],lwipdev.mac[4],lwipdev.mac[5]);
usart2.printf("静态IP地址........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
usart2.printf("子网掩码..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
usart2.printf("默认网关..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
}
}
=== 4.按键处理函数 ===
static void process(void)
{
//按键处理
if(key.value != key.bak_value){
switch(key.value){
case ARM_KEY:
lwip.lwip_dhcp_task();//获取DHCP信息
break;
}
key.bak_value = key.value;
}
}
==== 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）；
- 采用12V电源为iCore4T及底板供电；
- 把iCore4T通过Micro USB线与计算机相连，便于与计算机通讯；
- 把iCore4T通过以太网与路由设备连接；
- 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程，并烧写程序到iCore4T上；
- 通过putty打开对应串口，按下ARM按键即可获取DHCP信息。
- 同一网络中的电脑，通过TCP通讯测试工具采用TCP协议向iCore4T发送数据。
==== 六、 实验现象 ====
* ARM按键每按下一次，在putty将打印DHCP信息，如图所示。从图中可以看到iCore4T被分配的地址，以及网关等信息。
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_43_1.png?direct |}}
* 采用TCP通讯测试工具向iCore4T发送消息，可以看到返回的消息与发送的消息一致。
{{ :icore4t:icore4t_arm_hal_43_2.png?direct |}}