UIP移植到CC2530上

最近老板有个项目，其中要做一个Zigbee的无线接入点，即将ZigBee无线传感网络中的数据通过TCP/IP协议传输到以太网上。传统的这种无线接入点即网关都是上位机加下位机模式做成的，即主控芯片（如ARM）加无线模块（如cc2530），ARM与cc2530通过UARST通信，cc2530建立WSN网络，ARM与PC机通过TCP/IP通信，考虑到此系统的成本以及其中的数据传输量不大，就不用ARM，直接将cc2530做成网关，这就需要将TCP/IP协议栈移植到cc2530上，同时与ZigBee协议栈能很好的协同运行。

       因为cc2530的FLASH有256K,Z-stack占用了大部分，所以要用TCP/IP,只能移植一个轻量型网络协议栈，现在比较流行的就是Adam Dunkels写的lwIP和uIP,还有Micrium的uc/IP，lwip和uc/ip所占空间较大，移植较为麻烦，所以就用uip。uip是一种免费可的极小的TCP/IP协议栈，主要实现了ARP，ICMP，TCP，UDP协议，在8位或16位单片机上用的较多，对rom和ram要求很少。

       在网上看了一些uip移植到51或STM32的文章，同时也花了两天时间看了uip的实现源码，如果不熟悉TCP/IP协议的话读起来还是很吃力，所以先看看TCP/IP,建议看TCP/IP协议详解——卷一。看完之后大概知道移植过程了。

       移植之前先要写网络芯片驱动程序，我用的是enc28j60，独立控制的SPI接口，因为cc2530的spi接口用来下载调试了，另一个spi被串口复用了，所以只用用GPIO模拟SPI。

      写驱动程序之前认真读了enc28j60的datasheet，在网上也找到了相关的驱动程序，可以稍加修改拿来用。下面贴出spi程序和enc28j60的程序。

 

 "font-size:18px;">#include "spi.h"

 void WriteByte(u8_t dat)
 {
   u8_t i;
   for(i=0;i<8;i++)
   {
     SCKN = 0;
     asm("nop");
     if(dat&0x80)
     {
        SIN = 1;
     }
     else
        SIN = 0;
     dat <<= 1;
     asm("nop");
     SCKN = 1;
     asm("nop");
   }
   SCKN=0; //空闲状态为低电平
 }

 u8_t ReadByte(void)
 {
   u8_t i,dat;
   SCKN=0;
   dat1=0;
   for(i=0;i<8;i++)
   {
     SCKN=1;
     dat1 <<=1;
     dat1 |= SON;
     SCKN=0;
   }
   return dat;
 }

 

     spi.h文件定义了与enc28j60spi接口的GPIO，

       

 "font-size:18px;">#ifndef SPI_H
 #define SPI_H
 #include

 #define SON   P0_5    // MISO
 #define SIN   P0_6    // MOSI
 #define SCKN  P0_7    // SCK
 #define CSN   P1_3    // 28J60-- CS
 #define RESET P1_2    // Reset

 void WriteByte(u8_t dat);
 u8_t ReadByte(void);

 #endif

 

        enc28j60.c文件：

 "font-size:18px;">#include "enc28j60.h"
 #include "spi.h"

 #define MIN(a,b) (a) < (b) ? (a) : (b)
 XDATA u8_t Enc28j60Bank;
 XDATA u16_t NextPacketPtr;

 void delay_100ns()
 {
      asm("nop");
      asm("nop");
      asm("nop");
 }

 void delay_ms(int t1)
 {
      int i;
      while(t1--)
      {
     for(i=10;i;--i)
         {
            delay_100ns();
         }
      }
 }

 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : enc28j60ReadOp
 // Description :
 //
 //*******************************************************************************************
 u8_t enc28j60ReadOp(u8_t op, u8_t address)
 {
     u8_t dat1;
     // activate CS
     CSN =0;
     // issue read command
     delay_100ns();
     WriteByte(op | (address & ADDR_MASK));
     dat1 = ReadByte();
     // do dummy read if needed (for mac and mii, see datasheet page 29)
     if(address & 0x80)  dat1 = ReadByte();
     // release CS
     CSN=1;
     return(dat1);
 }
 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : enc28j60WriteOp
 // Description :
 //
 //*******************************************************************************************
 void enc28j60WriteOp(u8_t op, u8_t address, u8_t mydat)
 {
     CSN=0;
     // issue write command
     delay_100ns();
     WriteByte( op | (address & ADDR_MASK));
     // write data
     WriteByte(mydat);
     CSN=1;
     delay_100ns();
 }
 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : icmp_send_request
 // Description : Send ARP request packet to destination.
 //
 //*******************************************************************************************
 void enc28j60SetBank(u8_t address)
 {
     // set the bank (if needed)
     if((address & BANK_MASK) != Enc28j60Bank)
     {
         // set the bank
         enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_CLR, ECON1, (ECON1_BSEL1|ECON1_BSEL0));
         enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON1, (address & BANK_MASK)>>5);
         Enc28j60Bank = (address & BANK_MASK);
     }
 }
 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : icmp_send_request
 // Description : Send ARP request packet to destination.
 //
 //*******************************************************************************************
 u8_t enc28j60Read(u8_t address)
 {
     // select bank to read
     enc28j60SetBank(address);
     // do the read
     return enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_CTRL_REG, address);
 }
 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : icmp_send_request
 // Description : Send ARP request packet to destination.
 //
 //*******************************************************************************************
 void enc28j60Write(u8_t address, u8_t mydat)
 {
     // select bank to write
     enc28j60SetBank(address);
     // do the write
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_WRITE_CTRL_REG, address, mydat);
 }
 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : icmp_send_request
 // Description : Send ARP request packet to destination.
 //
 //*******************************************************************************************
 u16_t enc28j60_read_phyreg(u8_t address)
 {
     u16_t mydat;
     // set the PHY register address
     enc28j60Write(MIREGADR, address);
     enc28j60Write(MICMD, MICMD_MIIRD);
     // Loop to wait until the PHY register has been read through the MII
     // This requires 10.24us
     while( (enc28j60Read(MISTAT) & MISTAT_BUSY) );

     // Stop reading 这里应该清零
     //enc28j60Write(MICMD, MICMD_MIIRD);
     enc28j60Write(MICMD, 0x0);
     // Obtain results and return
     mydat = enc28j60Read ( MIRDL );
     //PrintHex(mydat);
     //mydat |= enc28j60Read ( MIRDH ); //此地方源代码有误 改成
     mydat |= (enc28j60Read ( MIRDH )<<8);
    // PrintHex(mydat);
     return mydat;
 }
 //*******************************************************************************************
 //
 // Function : icmp_send_request
 // Description : Send ARP request packet to destination.
 //
 //*******************************************************************************************
 void enc28j60PhyWrite(u8_t address, u16_t mydat)
 {
     // set the PHY register address
     enc28j60Write(MIREGADR, address);
     // write the PHY data
     enc28j60Write(MIWRL, mydat & 0x00ff);
     enc28j60Write(MIWRH, mydat >> 8);
     // wait until the PHY write completes
     while(enc28j60Read(MISTAT) & MISTAT_BUSY)
     {
             delay_100ns();
     }
 }

 void enc28j60ReadBuffer(u16_t len, u8_t* dat)
 {
     // assert CS
     CSN = 0;
     // issue read command
     delay_100ns();
     WriteByte(ENC28J60_READ_BUF_MEM);
     while(len--)
     {
        *dat++ = ReadByte();
     }
     // release CS
     CSN = 1;
 }

 void enc28j60WriteBuffer(u16_t len, u8_t* dat)
 {
     // assert CS
     CSN = 0;
     // issue write command
     WriteByte(ENC28J60_WRITE_BUF_MEM);
     // while(!(SPSR & (1<
     while(len--)
     {
        WriteByte(*dat++);
     }
     // release CS
     CSN = 1;
 }

 #define ETHERNET_MIN_PACKET_LENGTH  0x3C
 #define ETHERNET_HEADER_LENGTH      0x0E
 #define IP_TCP_HEADER_LENGTH 40
 #define TOTAL_HEADER_LENGTH (IP_TCP_HEADER_LENGTH+ETHERNET_HEADER_LENGTH)

 void enc28j60PacketSend(u16_t len, u8_t* packet)
 {
     // Set the write pointer to start of transmit buffer area
     enc28j60Write(EWRPTL, TXSTART_INIT);
     enc28j60Write(EWRPTH, TXSTART_INIT>>8);
     // Set the TXND pointer to correspond to the packet size given
     enc28j60Write(ETXNDL, (TXSTART_INIT+len));
     enc28j60Write(ETXNDH, (TXSTART_INIT+len)>>8);
     // write per-packet control byte
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_WRITE_BUF_MEM, 0, 0x00);
     // TODO, fix this up
     if( uip_len <= TOTAL_HEADER_LENGTH )
     {
         // copy the packet into the transmit buffer
         enc28j60WriteBuffer(len, packet);
     }
     else
     {
         len -= TOTAL_HEADER_LENGTH;
         enc28j60WriteBuffer(TOTAL_HEADER_LENGTH, packet);
         enc28j60WriteBuffer(len, (unsigned char *)uip_appdata);
     }
     // send the contents of the transmit buffer onto the network
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON1, ECON1_TXRTS);
 }

 u16_t enc28j60PacketReceive(u16_t maxlen, u8_t* packet)
 {
     u16_t rxstat,len;
     if (enc28j60Read(EPKTCNT) == 0)
     {
       return 0;
     }
 // Set the read pointer to the start of the received packet
     enc28j60Write(ERDPTL, (NextPacketPtr));
     enc28j60Write(ERDPTH, (NextPacketPtr)>>8);
 // read the next packet pointer
     NextPacketPtr  = enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);
     NextPacketPtr |= (enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8);
 // read the packet length
     len  = enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);
     len |= (enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8);
     len -= 4; //以太帧最小46字节 减去4字节的FCS校验和 加上帧头14字节 共64字节
  //PrintHex(len);
 // read the receive status
     rxstat  = enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0);
     rxstat |= enc28j60ReadOp(ENC28J60_READ_BUF_MEM, 0)<<8;
 // limit retrieve length
     // (we reduce the MAC-reported length by 4 to remove the CRC)
     len = MIN(len, maxlen);
 // copy the packet from the receive buffer
     enc28j60ReadBuffer(len, packet);
 // Errata workaround #13. Make sure ERXRDPT is odd
     u16_t rs,re;
     rs = enc28j60Read(ERXSTH);
     rs <<= 8;
     rs |= enc28j60Read(ERXSTL);
     re = enc28j60Read(ERXNDH);
     re <<= 8;
     re |= enc28j60Read(ERXNDL);
     if (NextPacketPtr - 1 < rs || NextPacketPtr - 1 > re)
     {
         enc28j60Write(ERXRDPTL, (re));
         enc28j60Write(ERXRDPTH, (re)>>8);
     }
     else
     {
         enc28j60Write(ERXRDPTL, (NextPacketPtr-1));
         enc28j60Write(ERXRDPTH, (NextPacketPtr-1)>>8);
     }
 // decrement the packet counter indicate we are done with this packet
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON2, ECON2_PKTDEC);
     return len;
 }

 void dev_init(void)
 {
     enc28j60_init();
 }

 void dev_send(void)
 {
     enc28j60PacketSend(uip_len, uip_buf);
 }

 u16_t dev_poll(void)
 {
     return enc28j60PacketReceive(UIP_BUFSIZE, uip_buf);
 }

 void enc28j60_init(void)
 {
 //SPI INIT
     SpiInit();
 // perform system reset
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_SOFT_RESET, 0, ENC28J60_SOFT_RESET);
 // check CLKRDY bit to see if reset is complete
     //while(!(enc28j60Read(ESTAT) & ESTAT_CLKRDY));
     // Errata workaround #2, CLKRDY check is unreliable, delay 1 mS instead
     delay_ms(5);
 // lamp test
 // enc28j60PhyWrite(PHLCON, 0x0AA2);

 // do bank 0 stuff
     // initialize receive buffer
     // 16-bit transfers, must write low byte first
 // set receive buffer start address
     NextPacketPtr = RXSTART_INIT;
     enc28j60Write(ERXSTL, RXSTART_INIT&0xFF);
     enc28j60Write(ERXSTH, RXSTART_INIT>>8);
 // set receive pointer address
     enc28j60Write(ERXRDPTL, RXSTART_INIT&0xFF);
     enc28j60Write(ERXRDPTH, RXSTART_INIT>>8);
 // set receive buffer end
     // ERXND defaults to 0x1FFF (end of ram)
     enc28j60Write(ERXNDL, RXSTOP_INIT&0xFF);
     enc28j60Write(ERXNDH, RXSTOP_INIT>>8);
 // set transmit buffer start
     // ETXST defaults to 0x0000 (beginnging of ram)
     enc28j60Write(ETXSTL, TXSTART_INIT&0xFF);
     enc28j60Write(ETXSTH, TXSTART_INIT>>8);
 // do bank 2 stuff
     // enable MAC receive
     enc28j60Write(MACON1, MACON1_MARXEN|MACON1_TXPAUS|MACON1_RXPAUS);
 // bring MAC out of reset
     enc28j60Write(MACON2, 0x00);
 // enable automatic padding and CRC operations
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, MACON3, MACON3_PADCFG0|MACON3_TXCRCEN|MACON3_FRMLNEN);
 // enc28j60Write(MACON3, MACON3_PADCFG0|MACON3_TXCRCEN|MACON3_FRMLNEN);
     // set inter-frame gap (non-back-to-back)
     enc28j60Write(MAIPGL, 0x12);
     enc28j60Write(MAIPGH, 0x0C);
 // set inter-frame gap (back-to-back)
     enc28j60Write(MABBIPG, 0x12);
 // Set the maximum packet size which the controller will accept
     enc28j60Write(MAMXFLL, MAX_FRAMELEN&0xFF);
     enc28j60Write(MAMXFLH, MAX_FRAMELEN>>8);
 // do bank 3 stuff
     // write MAC address
     // NOTE: MAC address in ENC28J60 is byte-backward
     enc28j60Write(MAADR5, UIP_ETHADDR0);
     enc28j60Write(MAADR4, UIP_ETHADDR1);
     enc28j60Write(MAADR3, UIP_ETHADDR2);
     enc28j60Write(MAADR2, UIP_ETHADDR3);
     enc28j60Write(MAADR1, UIP_ETHADDR4);
     enc28j60Write(MAADR0, UIP_ETHADDR5);
 // no loopback of transmitted frames
     enc28j60PhyWrite(PHCON2, PHCON2_HDLDIS);
 // switch to bank 0
     enc28j60SetBank(ECON1);
 // enable interrutps
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, EIE, EIE_INTIE|EIE_PKTIE);
 // enable packet reception
     enc28j60WriteOp(ENC28J60_BIT_FIELD_SET, ECON1, ECON1_RXEN);
 }

          在上面文件中有一个delay_100ns函数，为什么要写这个函数呢，看了enc28j60的输入输出的时序之后发现在cs置低之后只要要保持100ns，所以每次在写入之前都要延迟100ns左右。cc2530的时钟是32MHz，所以差不多3个机器周期就是100ns了。这个是要注意的地方，我在这之前，调试了半天，一直都没发现有网络数据包出来，然后再仔细读了datasheet才发现的。
       这个驱动根据datasheet写，或者参考网上的，哈哈，只要能实现就行了。          
       有了以上驱动程序就很好移植了！ 废话不多说，直接给移植步骤。
       在网上下载源码，我用的是uip0.9版本。编译环境是IAR，因为cc2530用的是IAR开发环境。

       接下来建立工程，如下图所示：

 

          将spi.c enc28j60.c即相关头文件放在driver目录下，将uip.c uip_arp.c uip_arch.c还有相关头文件放在uip目录下，
linker目录下放的是IAR8051的连接文件（可以不用），将应用程序main.c app.c app.h文件放在user目录下。
      将uip源代码中unix文件夹中的main函数改一下，其中tapdev_read函数替换成我们的dev_poll，将tapdev_send替换成dev_send，然后将http相关的东西删去，我们先实现简单的功能。
      根据源码文件夹中的doc文档，写个简单的历程。

       app.c的代码如下：

 

 "font-size:18px;">#include "app.h"
 #include "uip.h"
 void example1_init(void)
 {
    uip_listen(HTONS(1234));
 }
 void example1_appcall(void)
 {
    struct example1_state *s;
    s = (struct example1_state *)uip_conn->appstate;
    if(uip_connected()) {
       s->state = WELCOME_SENT;
       uip_send("Welcome!\n", 9);
       return;
    }

    if(uip_acked() && s->state == WELCOME_SENT) {
       s->state = WELCOME_ACKED;
    }
    if(uip_newdata()) {
       uip_send("ok\n", 3);
    }
    if(uip_rexmit()) {
       switch(s->state) {
       case WELCOME_SENT:
          uip_send("Welcome!\n", 9);
          break;
       case WELCOME_ACKED:
          uip_send("ok\n", 3);
          break;
       }
    }
 }

      对了，还有个重要的问题，就是大小端的问题，这个也是我调试好久未果的一个经验。cc2530是8051内核的，是小端，所以在uipopt.h文件中做如下改动
#ifndef BYTE_ORDER
#define BYTE_ORDER     LITTLE_ENDIAN
#endif /* BYTE_ORDER */  
      还有个编译设置的问题，具体按照如下来：

 

     好了，然后编译连接，过程中可能有一些警告和错误，一个一个耐心排除，很容易。
     用网线连上电脑，然后打开命令终端，输入ping 219.223.173.242  我主机ip是219.223.173.243
    如下结果：

            

 

        然后打开网络调试助手

 

 

      如程序需要的结果相同，哈哈！过几天实现一个web服务器！
    接下来的工作就是将uip移植到z-stack上，在cc2530上实现网关的功能！
    有需要源码的可以联系我！