STM32物联网之TFTP文件传输

• 感言：专注物联网应用开发，分享物联网技术经验。
• 软件平台：IAR6.5
• TCP/IP协议栈：LWIP1.4.1
• 硬件平台：STM32F103C8T6有线通信板（点击这里可以购买）
  
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1、TCP/IP协议栈LWIP

1.1、LWIP认识

       LWIP是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈，是Light Weight (轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LWIP提供三种API，分别是RAW API、LWIP API 、BSD API。其中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来实现的，适合于无操作系统的场合运行，如单片机。本文使用的就是LWIP的RAW API来实现网络层的通信的。

1.2、TFTP在LWIP中的实现

        关于LWIP的移植，就不在本文中多讲，读者可以在网上找到众多资料或在另外的专题中再详细讲解，在这里我们专注其应用。在LWIP中实现一个TFTP服务器非常简单，根据RAW API的编程方法，在初始化的时候创建一个UDP PCB（TFTP使用UDP协议通信），且绑定69端口（TFTP默认通信端口），最后指定该UDP PCB的数据接收回调函数即可。

以上的创建TFTP服务器的方法需要在LWIP初始化，并启动网卡后进行：

 LwIP_Config();
    printf("ipaddr:%d.%d.%d.%d\r\n", net_ip[0], net_ip[1], net_ip[2], net_ip[3]);

    tftpd_init();

在tftpd_init函数中创建TFTP服务器：

void tftpd_init(void)
{
  err_t err;
  unsigned port = 69;

  /* create a new UDP PCB structure  */
  UDPpcb = udp_new();
  if (!UDPpcb)
  {  /* Error creating PCB. Out of Memory  */
    return;
  }

  /* Bind this PCB to port 69  */
  err = udp_bind(UDPpcb, IP_ADDR_ANY, port);
  if (err != ERR_OK)
  {    /* Unable to bind to port  */
    return;
  }

  /* TFTP server start  */
  udp_recv(UDPpcb, recv_callback_tftp, NULL);
}

OK，到这里就完成了TFTP服务器在LWIP中建立起来了，接下来的主要事情就是根据TFTP协议进行协议解释、数据处理。

2、TFTP协议分析

2.1、TFTP通信基本流程（摘自网络）

2.2、TFTP报文格式（摘自网络）

2.3、TFTP协议理解

     从以上两张图片，我们了解到什么有用信息呢？

• 每一次文件传输，首先需要发起一个请求，根据请求帧的操作码判断是读文件还是写文件。
• 每一帧都有一个操作码用来标识读写。
• 数据包的长度有一个块编号用来表示数据包的顺序。
• 数据包中的数据长度为512个字节（在后面的软件我们可以了解到这个长度是可以设定的）。

3、实现TFTP文件传输

3.1、文件传输协议实现

有了第2节的协议分析，我们基本了解了TFTP通信的协议，在这里，我们来实现TFTP的服务器端代码。

在监听的回调函数被触发调用时，首先从请求帧中获取操作码：

typedef enum {
  TFTP_RRQ = 1,
  TFTP_WRQ = 2,
  TFTP_DATA = 3,
  TFTP_ACK = 4,
  TFTP_ERROR = 5
} tftp_opcode;

tftp_opcode tftp_decode_op(char *buf)
{
  return (tftp_opcode)(buf[1]);
}

根据操作码进行相应的处理：

tftp_opcode op = tftp_decode_op(pkt_buf->payload);

switch (op)
  {

    case TFTP_RRQ:    /* TFTP RRQ (read request) */
      tftp_extract_filename(FileName, pkt_buf->payload);
      tftp_process_read(upcb, addr, port, FileName);
      break;

    case TFTP_WRQ:    /* TFTP WRQ (write request) */ 
      tftp_extract_filename(FileName, pkt_buf->payload);
      //在这个加入擦FALSH
       tftp_process_write(upcb, addr, port, FileName);
      break;

    default:
      /* sEndTransfera generic access violation message */
      tftp_send_error_message(upcb, addr, port, TFTP_ERR_ACCESS_VIOLATION);
      /* TFTP unknown request op */
      /* no need to use tftp_cleanup_wr because no "tftp_connection_args" struct has been malloc'd   */
      udp_remove(upcb);

      break;
  }

这里当STM32接收到写操作请求时，通过tftp_extract_filename函数把文件名读出来。接下来通过tftp_process_write函数来完成文件数据的传输：

int tftp_process_write(struct udp_pcb *upcb, struct ip_addr *to, int to_port, char *FileName)
{
  ... ...
  udp_recv(upcb, wrq_recv_callback, args);
  tftp_send_ack_packet(upcb, to, to_port, args->block);

  return 0;
}

设定数据传输回调函数后，根据TFTP协议，回复一个ACK，之后TFTP客户端开始传输文件数据，从而触发调用wrq_recv_callback

void wrq_recv_callback(void *_args, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *pkt_buf, struct ip_addr *addr, u16_t port)
{
  tftp_connection_args *args = (tftp_connection_args *)_args;
  int n = 0;

  if (pkt_buf->len != pkt_buf->tot_len)
  {
    return;
  }

  /* Does this packet have any valid data to write? */
  if ((pkt_buf->len > TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN) &&
      (tftp_extract_block(pkt_buf->payload) == (args->block + 1)))
  {
    /* 在这里处理接收到的数据pkt_buf->payload */

    /* update our block number to match the block number just received */
    args->block++;
    /* update total bytes  */
    (args->tot_bytes) += (pkt_buf->len - TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN);

    /* This is a valid pkt but it has no data.  This would occur if the file being
       written is an exact multiple of 512 bytes.  In this case, the args->block
       value must still be updated, but we can skip everything else.    */
  }
  else if (tftp_extract_block(pkt_buf->payload) == (args->block + 1))
  {
    /* update our block number to match the block number just received  */
    args->block++;
  }

  /* SEndTransferthe appropriate ACK pkt (the block number sent in the ACK pkt echoes
   * the block number of the DATA pkt we just received - see RFC1350)
   * NOTE!: If the DATA pkt we received did not have the appropriate block
   * number, then the args->block (our block number) is never updated and
   * we simply sEndTransfera "duplicate ACK" which has the same block number as the
   * last ACK pkt we sent.  This lets the host know that we are still waiting
   * on block number args->block+1. */
  tftp_send_ack_packet(upcb, addr, port, args->block);

  /* If the last write returned less than the maximum TFTP data pkt length,
   * then we've received the whole file and so we can quit (this is how TFTP
   * signals the EndTransferof a transfer!)
   */
  if (pkt_buf->len < TFTP_DATA_PKT_LEN_MAX)
  {
    tftp_cleanup_wr(upcb, args);
    pbuf_free(pkt_buf);
  }
  else
  {
    pbuf_free(pkt_buf);
    return;
  }

}

OK!至此STM32就完成了整个TFTP协议文件的接收。

3.2、保存文件数据

接收到完整的文件数据之后，我们需要把数据写到STM32的FLASH中，保存起来。

由于STM32内存较小，不可能开辟一个大的内存空间把文件数据保存起来再写到FLASH，

所以需要边接收边写FLASH。

首先在接收到写操作请求后，把存储区域的FLASH擦除：

    case TFTP_WRQ:    /* TFTP WRQ (write request) */ 
。    ... ...
      FlashDestination = HtmlDataAddress;
	  /* Erase the needed pages where the user application will be loaded */
      /* Define the number of page to be erased */
      NbrOfPage = FLASH_PagesMask(HtmlTotalSize);//擦除HTML区域

      /* Erase the FLASH pages */
      FLASH_Unlock();
      for (EraseCounter = 0; (EraseCounter < NbrOfPage) && (FLASHStatus == FLASH_COMPLETE); EraseCounter++)
       {
         FLASHStatus = FLASH_ErasePage(HtmlSizeAddress + (PageSize * EraseCounter));
       }
      FLASH_Lock();

在文件数据传输过程中，把<=512BYTE的数据写到FLASH：

     filedata = (uint32_t)pkt_buf->payload + TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN;
     FLASH_Unlock();
     for (n = 0;n < (pkt_buf->len - TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN);n += 4)
     {
      /* Program the data received into STM32F10x Flash */
      FLASH_ProgramWord(FlashDestination, *(uint32_t*)filedata);

       if (*(uint32_t*)FlashDestination != *(uint32_t*)filedata)
        {
          /* End session */
	 tftp_send_error_message(upcb, addr, port, FLASH_VERIFICATION_FAILED);
         /* close the connection */
         tftp_cleanup_wr(upcb, args); /* close the connection */
        }
        FlashDestination += 4;
        filedata += 4;
     }
     FLASH_Lock();

到这里，就实现了STM32接收TFTP客户端传输的文件数据，并保存到FLASH地址为FlashDestination的区域中。

3.3、演示操作

将通信板连接到与电脑在同一局域的路由器，并正确配置好IP信息。在电脑端打开软件Tftpd32.exe：

点击“上传”按键，就会把文件html.bin文件发送到STM32通信板：

可以在STM32通信板中把文件内容读出来使用，在下一篇博客物联网WEB开发中会使用TFTP传输HTML文件。

4、TFTP的应用

    TFTP主要是实现文件传输，在固件升级、程序调试中极大提高效率，有重要的意义。

在WEB的应用开发中会体会到其强大的作用。欢迎关注下一篇关于STM32的WEB开发的博客。