通过LWIP 的RAW API 进行与服务器的UDP通信（stm32 f103 -- enc28j60）
LWIP的RAW API UDP通信详解(stm32f103—enc28j60)
项目整体托管到github上
实现任务
通过接收到上位机端发送来的数据来实现控制开发板做相应的操作。
代码实现
首先看看几个主要的结构体
//发送数据包
struct sardata
{
u8 head[4]; //标志头
u16 length; //长度
u8 humi[2]; //温湿度传感器状态
u8 data[4]; //温度湿度数据
u8 elengine[2];//电机及状态
u8 led[3]; //led灯
};
//初始化上述结构体函数，用来发送数据包到上位机
void initsardata(void)
{
u8 i;
sendrecv.head[0]=0x5A;//Z
sendrecv.head[1]=0x4E;//N
sendrecv.head[2]=0x4A;//J
sendrecv.head[3]=0x4A;//J 相当于前缀
sendrecv.length=15;
for(i=0;i<8;i++)
{
sendrecv.data[i]=0x00;
}
sendrecv.humi[0]=0x00;//传感器0状态
sendrecv.humi[1]=0x00;//传感器1状态
sendrecv.elengine[0]=0x00;//电机0状态
sendrecv.elengine[1]=0x00;//电机1状态
sendrecv.led[0]=0x00;//led0状态
sendrecv.led[1]=0x00;//led1状态
sendrecv.led[2]=0x00;//led2状态
}
数据包是根据我们和服务器端所定的协议来构建的。如下图
udp_pcb udp协议控制块（用来装一些双方连接信息）
struct udp_pcb {
/* Common members of all PCB types */
IP_PCB;
/* 指向下一个PCB */
struct udp_pcb *next;
u8_t flags;
/** 端口 本地和远端定义的端口号*/
u16_t local_port, remote_port;
#if LWIP_IGMP
/** outgoing network interface for multicast packets */
ip_addr_t multicast_ip;
#endif /* LWIP_IGMP */
#if LWIP_UDPLITE
/** used for UDP_LITE only */
u16_t chksum_len_rx, chksum_len_tx;
#endif /* LWIP_UDPLITE */
/** 接受回调函数*/
udp_recv_fn recv;
/** user-supplied argument for the recv callback 用户提供的回调函数 */
void *recv_arg;
};
- ip_addr 32位的IP地址
- 设置远端IP地址
/* This is the aligned version of ip_addr_t,
used as local variable, on the stack, etc. */
struct ip_addr {
u32_t addr;
};
/*此函数用来设置远端IP地址
*/
void udp_demo_set_remoteip(void)
{
u8 *tbuf;
u16 xoff;
u8 key;
POINT_COLOR=RED;
tbuf=mymalloc(SRAMIN,100); //申请内存
if(tbuf==NULL)return;
//前三个IP保持和DHCP得到的IP一致 同一网段
lwipdev.remoteip[0]=lwipdev.ip[0];//192
lwipdev.remoteip[1]=lwipdev.ip[1];//168
lwipdev.remoteip[2]=lwipdev.ip[2];//1
lwipdev.remoteip[3]=(uint8_t)(0x01);//自己定义服务器端IP
sprintf((char*)tbuf,"Remote IP:%d.%d.%d.",lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2]);//远端IP
POINT_COLOR=BLUE;
xoff=strlen((char*)tbuf)*8+30;
printf("KEY1:+ KEY0:-\r\n");
printf("KEY_UP:OK\r\n");
//此处使用可调节式的远端IP设置
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==WKUP_PRES)break;
else if(key)
{
if(key==KEY1_PRES)lwipdev.remoteip[3]++;//IP增加
if(key==KEY0_PRES)lwipdev.remoteip[3]--;//IP减少
printf("%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2],lwipdev.remoteip[3]);//显示新IP
}
}
myfree(SRAMIN,tbuf);
}
- 本地IP可从上述代码看出，本地IP采用DHCP动态分配的IP地址，如果分配不成功则使用默认设置IP，如下代码所示，还初始化了MAC、默认远端IP、默认子网掩码、默认网关。lwip控制结构体主要对上述结构体进行封装。
//lwip控制结构体
typedef struct
{
u8 mac[6]; //MAC地址
u8 remoteip[4]; //远端主机IP地址
u8 ip[4]; //本机IP地址
u8 netmask[4]; //子网掩码
u8 gateway[4]; //默认网关的IP地址
vu8 dhcpstatus; //dhcp状态
//0,未获取DHCP地址;
//1,进入DHCP获取状态
//2,成功获取DHCP地址
//0XFF,获取失败.
}__lwip_dev;
//lwip 默认IP设置
//lwipx:lwip控制结构体指针
void lwip_comm_default_ip_set(__lwip_dev *lwipx)
{
//默认远端IP为:192.168.1.100
lwipx->remoteip[0]=192;
lwipx->remoteip[1]=168;
lwipx->remoteip[2]=1;
lwipx->remoteip[3]=100;
//MAC地址设置(高三字节固定为:2.0.0,低三字节用STM32唯一ID)
lwipx->mac[0]=enc28j60_dev.macaddr[0];
lwipx->mac[1]=enc28j60_dev.macaddr[1];
lwipx->mac[2]=enc28j60_dev.macaddr[2];
lwipx->mac[3]=enc28j60_dev.macaddr[3];
lwipx->mac[4]=enc28j60_dev.macaddr[4];
lwipx->mac[5]=enc28j60_dev.macaddr[5];
//默认本地IP为:192.168.1.30
lwipx->ip[0]=192;
lwipx->ip[1]=168;
lwipx->ip[2]=1;
lwipx->ip[3]=30;
//默认子网掩码:255.255.255.0
lwipx->netmask[0]=255;
lwipx->netmask[1]=255;
lwipx->netmask[2]=255;
lwipx->netmask[3]=0;
//默认网关:192.168.1.1
lwipx->gateway[0]=192;
lwipx->gateway[1]=168;
lwipx->gateway[2]=1;
lwipx->gateway[3]=1;
lwipx->dhcpstatus=0;//没有DHCP
}
int main(void)
主函数我们主要看下lwip_comm_init();与udp_demo_test();这两个函数。
extern u8 udp_demo_flag; //UDP 测试全局状态标记变量
int main(void)
{
u8 key;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
KEY_Init(); //初始化按键
LED_Init(); //LED端口初始化
TIM3_Int_Init(1000,719); //定时器3频率为100hz //系统时钟 用来保持LWIP精准计时
MOTOR_PWM_Init(7199,0); //=====初始化PWM 10KHZ，用于驱动电机 如需初始化电调接口 改为MiniBalance_PWM_Init(9999,35) 200HZ
FSMC_SRAM_Init(); //初始化外部SRAM
my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池
my_mem_init(SRAMEX); //初始化外部内存池
while(lwip_comm_init()) //lwip初始化 TCP/IP协议栈
{
delay_ms(1200);
}
printf("LWIP Init Success!\r\n");
#if LWIP_DHCP //使用DHCP
while((lwipdev.dhcpstatus!=2)&&(lwipdev.dhcpstatus!=0XFF))//等待DHCP获取成功/超时溢出
{
lwip_periodic_handle(); //LWIP内核需要定时处理的函数
}
#endif
delay_ms(500); //延时1s
delay_ms(500);
udp_demo_test(); //UDP 模式 连接 连接成功就在此函数
//连接失败才会执行 下面while(1)用来再次连接上位机
while(1)
{
key = KEY_Scan(0);
if(key == KEY1_PRES) //按KEY1键建立连接
{
if((udp_demo_flag & 1<<5)) printf("UDP连接已经建立,不能重复连接\r\n"); //如果连接成功,不做任何处理
else udp_demo_test(); //当断开连接后,调用udp_demo_test()函数
}
delay_ms(10);
}
}
u8 lwip_comm_init(void)
此函数的执行流程
- 初始化enc28j60模块
- 初始化lwip内核
- 设置默认IP等信息
- 如果使用DHCP，则开启DHCP服务并分配IP等信息
- 添加网口
- 设置网口为默认网口
- 打开网口
//LWIP初始化(LWIP启动的时候使用)
//返回值:0,成功
// 1,内存错误
// 2,DM9000初始化失败
// 3,网卡添加失败.
u8 lwip_comm_init(void)
{
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
if(lwip_comm_mem_malloc())return 1; //内存申请失败
if(ENC28J60_Init())return 2; //初始化ENC28J60
lwip_init(); //初始化LWIP内核
lwip_comm_default_ip_set(&lwipdev); //设置默认IP等信息
#if LWIP_DHCP //使用动态IP
ipaddr.addr = 0;
netmask.addr = 0;
gw.addr = 0;
#else //使用静态IP
IP4_ADDR(&ipaddr,lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
IP4_ADDR(&netmask,lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1] ,lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
IP4_ADDR(&gw,lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
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]);
printf("静态IP地址........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
printf("子网掩码..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
printf("默认网关..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
#endif
Netif_Init_Flag=netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,ðernetif_init,ðernet_input);//向网卡列表中添加一个网口
#if LWIP_DHCP //如果使用DHCP的话
lwipdev.dhcpstatus=0; //DHCP标记为0
dhcp_start(&lwip_netif); //开启DHCP服务
#endif
if(Netif_Init_Flag==NULL)return 3;//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.
} ```
### void udp_demo_test(void)
**此函数的执行流程**
*下面执行过程都是递进的只有全部都成功才会显示准备完毕（res=1）否则res=0*
1. 设置远端IP地址（按键调节）
2. 创建udp控制块udppcb
3. 初始化发送包
4. 将远端IP地址打包成32位 ip_addr rmtipaddr
5. 将打包好的远端IP与端口号连接到udppcb
6. 绑定本地IP地址与端口号
7. 注册接受回调函数udp_demo_recv（此函数为我们接收到处理都在里面处理，后面详细讲解）
8. 标记本地UDP准备完毕udp_demo_flag置一。
9. while（）{用户自定义发送，接收}
10. 发送完毕，关闭连接。
11. 释放申请的动态内存
~~~c
//UDP测试
void udp_demo_test(void)
{
err_t err;
struct udp_pcb *udppcb; //定义一个UDP服务器控制块
struct ip_addr rmtipaddr; //用来保存远端ip地址
u8 *tbuf;
u8 key;
u8 res=0;
udp_demo_set_remoteip();//设置远端IP
tbuf=mymalloc(SRAMIN,200); //申请内存
if(tbuf==NULL)
return ; //内存申请失败了,直接退出
sprintf((char*)tbuf,"Local IP:%d.%d.%d.%d",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);//服务器IP
sprintf((char*)tbuf,"Remote IP:%d.%d.%d.%d",lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2],lwipdev.remoteip[3]);//远端IP
sprintf((char*)tbuf,"Remote Port:%d",UDP_DEMO_PORT);//客户端端口号
POINT_COLOR=BLUE;//字体为蓝色
//创建一个UDP控制块
udppcb=udp_new();//他自己的内存池创建
initsardata();//初始化发送包
if(udppcb)//创建成功
{
IP4_ADDR(&rmtipaddr,lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2],lwipdev.remoteip[3]);//打包成u32 位
err=udp_connect(udppcb,&rmtipaddr,UDP_DEMO_PORT);//UDP客户端连接到指定IP地址和端口号的服务器
if(err==ERR_OK)
{
err=udp_bind(udppcb,IP_ADDR_ANY,UDP_DEMO_PORT);//绑定本地IP地址与端口号
if(err==ERR_OK) //绑定完成
{
udp_recv(udppcb,udp_demo_recv,NULL);//注册接收回调函数 给相关的udppcb结构体元素赋值
printf("STATUS:Connected \r\n");//标记连接上了(UDP是非可靠连接,这里仅仅表示本地UDP已经准备好)
udp_demo_flag |= 1<<5; //标记已经连接上
POINT_COLOR=RED;
POINT_COLOR=BLUE;//蓝色字体
}else res=1;
}else res=1;
}else res=1;
///////////////////////////////////////////
//根据用户需求自定义以下函数
while(res==0)//连接成功
{
key=KEY_Scan(0);
if(key==WKUP_PRES)break;
if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下了,发送数据
{
udp_demo_senddata(udppcb);
}
if(udp_demo_flag&1<<6)//是否收到数据?
{
udp_demo_senddata(udppcb);//根据需求收到后给予服务器端回应
elengine_wyx = 1;//电机转动标志（保证每次接受到转动一次）
udp_demo_flag&=~(1<<6);//标记数据已经被处理了.
}
lwip_periodic_handle();//轮询任务 维持LWIP内核
delay_ms(2);
}
///////////////////////////////////////////
udp_demo_connection_close(udppcb);
myfree(SRAMIN,tbuf);
}
再来看看
void udp_demo_recv(void *arg,struct udp_pcb *upcb,struct pbuf *p,struct ip_addr *addr,u16_t port)
此函数的执行流程为
- 清空接收缓冲区
- 判断数据缓冲区剩余的空间是否够用，如果不够用则只拷贝一部分直至缓冲区满。（因为是循环存储拷贝的，所以可能存在这种情况）。
- 解析接收的数据包。
- 根据解析后的数据包，使系统做出相应处理。
- 记录远程IP地址并释放内存。
//UDP回调函数
//p为原始数据
//
void udp_demo_recv(void *arg,struct udp_pcb *upcb,struct pbuf *p,struct ip_addr *addr,u16_t port)
{
u32 data_len = 0;
struct pbuf *q;
if(p!=NULL) //接收到不为空的数据时
{
memset(udp_demo_recvbuf,0,UDP_DEMO_RX_BUFSIZE); //数据接收缓冲区清零
for(q=p;q!=NULL;q=q->next) //遍历完整个pbuf链表 将p里面的数据拷贝到udp_demo_recvbuf缓冲区
{
//判断要拷贝到UDP_DEMO_RX_BUFSIZE中的数据是否大于UDP_DEMO_RX_BUFSIZE的剩余空间，如果大于
//的话就只拷贝UDP_DEMO_RX_BUFSIZE中剩余长度的数据，否则的话就拷贝所有的数据
if(q->len > (UDP_DEMO_RX_BUFSIZE-data_len)) memcpy(udp_demo_recvbuf+data_len,q->payload,(UDP_DEMO_RX_BUFSIZE-data_len));//拷贝数据
else memcpy(udp_demo_recvbuf+data_len,q->payload,q->len);
data_len += q->len;
if(data_len > UDP_DEMO_RX_BUFSIZE) break; //超出TCP客户端接收数组,跳出
}
readrecv();//读取接受缓冲区的东西，以便处理
//需修改的话，修改此处
Message_processing();
/////////
upcb->remote_ip=*addr; //记录远程主机的IP地址
upcb->remote_port=port; //记录远程主机的端口号
lwipdev.remoteip[0]=upcb->remote_ip.addr&0xff; //IADDR4
lwipdev.remoteip[1]=(upcb->remote_ip.addr>>8)&0xff; //IADDR3
lwipdev.remoteip[2]=(upcb->remote_ip.addr>>16)&0xff;//IADDR2
lwipdev.remoteip[3]=(upcb->remote_ip.addr>>24)&0xff;//IADDR1
udp_demo_flag|=1<<6; //标记接收到数据了
pbuf_free(p);//释放内存
}else
{
udp_disconnect(upcb);
udp_demo_flag &= ~(1<<5); //标记连接断开
}
}
和回调函数有关的三个函数：解析函数 前缀判断函数 处理函数。这三个函数较简单。
前缀判断函数：根据前面说的ZNJJ协议来判断有效数据部分
u8 judge(void)//前缀判断函数
{
u8 position;
for(position=0;position<sendrecv.length;position++)
{
if(udp_demo_recvbuf[position]==0x5A)//Z
if(udp_demo_recvbuf[position+1]==0x4E)//N
if(udp_demo_recvbuf[position+2]==0x4A)//J
if(udp_demo_recvbuf[position+3]==0x4A)//J
break;
}
if(position>=sendrecv.length) return 0;//说明没找到有效数据位
else return position+4;//让position指向第一个有效数据位
}
void readrecv(void)
{
u8 position;
if(judge()==0);//判断数据是否符合ZNJJ 0 不符合 1 符合
else//符合做相关处理
{
position=judge();//从该位提取控制数据 将接收数据存放在相应的标志位上
sendrecv.led[0]=udp_demo_recvbuf[position];
position++;
sendrecv.led[1]=udp_demo_recvbuf[position];
position++;
sendrecv.led[2]=udp_demo_recvbuf[position];
position++;
sendrecv.elengine[0]=udp_demo_recvbuf[position];
position++;
sendrecv.elengine[1]=udp_demo_recvbuf[position];
position++;
sendrecv.humi[0]=((udp_demo_recvbuf[position]-0x30));
position++;
sendrecv.humi[1]=((udp_demo_recvbuf[position]-0x30));
}
}
void Message_processing()
{
//printf("l:%s e:%s %s \r\n",sendrecv.led,sendrecv.elengine,udp_demo_recvbuf);
if(sendrecv.led[0]=='1') LED0=1;
else LED0=0;
if(sendrecv.led[1]=='1') LED1=1;
else LED1=0;
if(sendrecv.led[2]=='1') LED2=1;
else LED2=0;
//printf("wwwwwwwww%d \r\n",sendrecv.elengine[0]);
if(sendrecv.humi[0]==1){
//printf("wwwwwwwww%d \r\n",sendrecv.humi[0]);
if(sendrecv.elengine[0]=='1'&&sendrecv.elengine[1]=='1'&&elengine_wyx)//控制发动机 elengine_wyx此变量用来控制在接收到一次数据时电机只转动一次，在接收时将他置为一
{
Open_Elengine_1(1);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);
//printf("qqqqqqqqq%d %d\r\n",sendrecv.elengine[0],sendrecv.elengine[1]);
elengine_wyx = 0;
}
if(sendrecv.elengine[0]=='1'&&sendrecv.elengine[1]=='0'&&elengine_wyx)//控制发动机
{
Open_Elengine_1(0);
//printf("wwwwwwwww%d \r\n",sendrecv.elengine[0]);
elengine_wyx = 0;
}
}
else
{
//printf("22222222%d \r\n",sendrecv.humi[0]);
Close_Elengine_1();
}
if(sendrecv.elengine[0]=='0'&&sendrecv.elengine[1]=='1')//控制发动机
{
//printf("eeeeeeeee%d %d\r\n",sendrecv.elengine[0],sendrecv.elengine[1]);
Open_Elengine_2();
}
if(sendrecv.elengine[0]=='0'&&sendrecv.elengine[1]=='0')//控制发动机
{
Close_Elengine_2();
//printf("rrrrrrrrr%d %d\r\n",sendrecv.elengine[0],sendrecv.elengine[1]);
}
}
void udp_demo_senddata(struct udp_pcb *upcb)//发送数据函数 所发送的数据包在全局变量sendrecv结构体中。
- 温湿度传感器读取数据存放到temp，humi中
- 设置temp与humi的值到sendrecv结构体的data中
- 将设置好的数据放到要发送的udp_demo_sendbuf字符串里面
- 把udp_demo_sendbuf放到ptr中。
- 发送ptr数据。
//UDP服务器发送数据
void udp_demo_senddata(struct udp_pcb *upcb)
{
struct pbuf *ptr;
ptr=pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT,strlen((char*)udp_demo_sendbuf),PBUF_POOL); //申请内存
if(ptr)//申请成功
{
DHT11_Read_Data1(&temp1,&humi1);
udp_demo_sendbuf=mymalloc(SRAMIN,sendrecv.length+1);
setdata();
setsendbuf(); //将被设置好的 sendrecv赋给udp_demo_sendbuf
printf(":%s %d\r\n",udp_demo_sendbuf,strlen((char*)udp_demo_sendbuf));
pbuf_take(ptr,(char*)udp_demo_sendbuf,strlen((char*)udp_demo_sendbuf));//构造ptr的数据部分
udp_send(upcb,ptr); //udp发送数据
pbuf_free(ptr);//释放内存
myfree(SRAMIN,udp_demo_sendbuf);
}
}
//设置温湿度到sendrecv的data结构体
void setdata(void)
{
//temp整数部分
if(((temp1&0xf0)>>4)>=0x00&&((temp1&0xf0)>>4)<0x0A)
sendrecv.data[0]=((temp1&0xf0)>>4)+0x30;
else
sendrecv.data[0]=(temp1&0xf0)+0x37;
//temp小数部分
if((temp1&0x0f)>=0x00&&(temp1&0x0f)<0x0A)
sendrecv.data[1]=(temp1&0x0f)+0x30;
else
sendrecv.data[1]=(temp1&0x0f)+0x37;
//humi整数
if(((humi1&0xf0)>>4)>=0x00&&((humi1&0xf0)>>4)<0x0A)
sendrecv.data[2]=((humi1&0xf0)>>4)+0x30;
else
sendrecv.data[2]=(humi1&0xf0)+0x37;
//humi小数
if((humi1&0x0f)>=0x00&&(humi1&0x0f)<0x0A)
sendrecv.data[3]=(humi1&0x0f)+0x30;
else
sendrecv.data[3]=(humi1&0x0f)+0x37;
printf("humi:%d temp: %d sendrecv.data:%s\r\n",humi1,temp1,sendrecv.data);
}
//将sendrecv结构体数据放到udp_demo_sendbuf中
void setsendbuf(void)
{
u8 i;
udp_demo_sendbuf[0]=sendrecv.head[0];
udp_demo_sendbuf[1]=sendrecv.head[1];
udp_demo_sendbuf[2]=sendrecv.head[2];
udp_demo_sendbuf[3]=sendrecv.head[3];
udp_demo_sendbuf[9]=sendrecv.humi[0]+0x30;
udp_demo_sendbuf[10]=sendrecv.humi[1]+0x30;
for(i=11;i<15;i++)
{
udp_demo_sendbuf[i]=sendrecv.data[i-11];
}
udp_demo_sendbuf[7]=sendrecv.elengine[0];
udp_demo_sendbuf[8]=sendrecv.elengine[1];
udp_demo_sendbuf[4]=sendrecv.led[0];
udp_demo_sendbuf[5]=sendrecv.led[1];
udp_demo_sendbuf[6]=sendrecv.led[2];
}