f4 stm32 神经网络_在STM32F429上应用网络功能
在 STM32F407 上应用网络功能
摘要
本文描述了如何在 RT-Thread 中利用标准 BSD Socket API 来开发网络应用。并给出了在正点原子 STM32F4 探索者开发板上运行 NTP(通过网络获取时间)和 MQTT(通过 MQTT 收发数据) 的代码示例。
简介
越来越多的单片机需要接入以太网来收发数据，市面上也有非常多的接入方案，可以用单片机加自带硬件协议栈的 PHY 芯片来接入网络，也可以单片机跑软件协议栈加 PHY 芯片来接入网络，不同的接入方案需要调用不同的 API，降低了上层应用的可移植性。
为了方便用户开发网络应用，RT-Thread 中引入了网络框架。并提供标准 BSD Socket API 用于开发网络应用，同时，RT-Thread 还提供了数量丰富的网络组件包，方便用户快速开发自己的应用。
本文准备资料如下：
一块能上网的开发板, 这里以正点原子 STM32F4 探索者开发板为例
移植好网络底层驱动，驱动移植可以参考 网络协议栈驱动移植笔记
网络调试工具
主要调试命令
这里介绍下 RT-Thread 提供的三个网络信息查看命令，在 shell 中输入命令即可很方便的查看网络连接状况，方便用户进行调试。
ifconfig
ifconfig 可以打印出板子现在的网络连接状态，IP 地址，网关地址，dns 等信息。
netstate
netstate 可以打印出板子所有的 TCP / IP 连接信息
dns
dns 命令可以打印出现在使用的 dns 服务器地址。
dns [dns_num] 命令可以手动设置 dns 服务器地址。
硬件连接准备
工程默认启用了 DHCP 功能，需要有 DHCP 服务器来分配 IP 地址，常见的连接拓展如图：
注：如果没有方便的实际环境，也可以先通过 ENV 配置固定 IP，然后用网线直接连接到调试用的电脑。电脑和开发板需要设置同网段的 IP 地址。配置静态 IP 如下：
-> RT-Thread Components
-> Network
-> light weight TCP/IP stack
-> Enable lwIP stack
-> Static IPv4 Address
ENV 配置
RT-Thread 可以很方便的通过 ENV 来配置和生成工程
打开板载外设 ethernet，选中之后， LWIP 也将自动被开启：
打开 SAL 层，并打开 BSD socket:
此时 net device 也将自动被打开：
文件系统也将自动被打开(fd 的管理在文件系统中，所以需要文件系统)：
基础应用：tcp client，udp client。在软件包中开启基础示例代码 tcp client 与 udp client。
-> RT-Thread online packages
-> miscellaneous packages
-> samples: kernel and components samples
-> a network_samples package for rt-thread
高级应用 1：MQTT。在软件包中开启高级应用软件包：
-> RT-Thread online packages
-> IoT - internet of things
-> Paho MQTT: Eclipse Paho MQTT C/C++ client for Embedded platforms
选中 MQTT 示例代码：
高级应用 2：NTP。在软件包中开启高级应用软件包：
-> RT-Thread online packages
-> IoT - internet of things
-> netutils: Networking utilities for RT-Thread
按 ESC 退出配置界面。
在 Env 命令行中输入 pkgs --update 下载软件包。
在 Env 命令行中输入 scons --target=mdk5 -s 生成 mdk5 工程。
打开工程，编译，下载代码。
网络测试
将 Env 生成的工程编译后下载到板子上，可以看到网口的两盏灯会亮起，一盏会闪烁，说明 PHY 已经正常初始化了。
在 shell 中输入 ifconfig 可以打印板子的网络状态，正常获取到 ip 即表示网络驱动正常，准备工作完成。
基础应用示例
在实际应用中，单片机一般作为客户端去和服务器进行数据交换，在这里，以 tcp client 和 udp client 为例进行讲解。
tcpclient 示例
这个例程展示了如何创建一个 TCP 客户端，跟远端服务器进行通信。 在 shell 中输入 tcpclient URL PORT 来连接服务器，程序接收并显示从服务端发送过来的信息，接收到开头是'q' 或'Q' 的信息则退出程序。
源码解析如下所示：
void tcpclient(int argc, char **argv)
{
int ret;
char *recv_data;
struct hostent *host;
int sock, bytes_received;
struct sockaddr_in server_addr;
const char *url;
int port;
/* 接收到的参数小于 3 个 */
if (argc < 3)
{
rt_kprintf("Usage: tcpclient URL PORT\n");
rt_kprintf("Like: tcpclient 192.168.12.44 5000\n");
return ;
}
url = argv[1];
port = strtoul(argv[2], 0, 10);
/* 通过函数入口参数 url 获得 host 地址(如果是域名，会做域名解析) */
host = gethostbyname(url);
/* 分配用于存放接收数据的缓冲 */
recv_data = rt_malloc(BUFSZ);
if (recv_data == RT_NULL)
{
rt_kprintf("No memory\n");
return;
}
/* 创建一个 socket，类型是 SOCKET_STREAM，TCP 类型 */
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
/* 创建 socket 失败 */
rt_kprintf("Socket error\n");
/* 释放接收缓冲 */
rt_free(recv_data);
return;
}
/* 初始化预连接的服务端地址 */
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
/* 连接到服务端 */
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
/* 连接失败 */
rt_kprintf("Connect fail!\n");
closesocket(sock);
/* 释放接收缓冲 */
rt_free(recv_data);
return;
}
while (1)
{
/* 从 sock 连接中接收最大 BUFSZ - 1 字节数据 */
bytes_received = recv(sock, recv_data, BUFSZ - 1, 0);
if (bytes_received < 0)
{
/* 接收失败，关闭这个连接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\nreceived error,close the socket.\r\n");
/* 释放接收缓冲 */
rt_free(recv_data);
break;
}
else if (bytes_received == 0)
{
/* 打印 recv 函数返回值为 0 的警告信息 */
rt_kprintf("\nReceived warning,recv function return 0.\r\n");
continue;
}
/* 有接收到数据，把末端清零 */
recv_data[bytes_received] = '\0';
if (strncmp(recv_data, "q", 1) == 0 || strncmp(recv_data, "Q", 1) == 0)
{
/* 如果是首字母是 q 或 Q，关闭这个连接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\n got a'q'or'Q',close the socket.\r\n");
/* 释放接收缓冲 */
rt_free(recv_data);
break;
}
else
{
/* 在控制终端显示收到的数据 */
rt_kprintf("\nReceived data = %s", recv_data);
}
/* 发送数据到 sock 连接 */
ret = send(sock, send_data, strlen(send_data), 0);
if (ret < 0)
{
/* 接收失败，关闭这个连接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\nsend error,close the socket.\r\n");
rt_free(recv_data);
break;
}
else if (ret == 0)
{
/* 打印 send 函数返回值为 0 的警告信息 */
rt_kprintf("\n Send warning,send function return 0.\r\n");
}
}
return;
}
用网络调试工具在电脑上搭建一个 TCP 服务器，记录下打开的端口
在 shell 中输入 tcpclient PC 的 IP 地址 刚才记录下的端口号
msh />tcpclient 192.168.12.45 5000
利用服务器发送 Hello RT-Thread! ，shell 中会显示收到的信息
服务器会收到 This is TCP Client from RT-Thread. 的消息
udpclient 示例
这个例程展示了如何创建一个 UDP 客户端，给远端服务器发送数据。在 shell 中输入 udpclient URL PORT 来连接服务器。程序会给服务端发送信息(默认 10 条)。
源码解析如下所示：
void udpclient(int argc, char **argv)
{
int sock, port, count;
struct hostent *host;
struct sockaddr_in server_addr;
const char *url;
/* 接收到的参数小于 3 个 */
if (argc < 3)
{
rt_kprintf("Usage: udpclient URL PORT [COUNT = 10]\n");
rt_kprintf("Like: tcpclient 192.168.12.44 5000\n");
return ;
}
url = argv[1];
port = strtoul(argv[2], 0, 10);
if (argc> 3)
count = strtoul(argv[3], 0, 10);
else
count = 10;
/* 通过函数入口参数 url 获得 host 地址(如果是域名，会做域名解析) */
host = (struct hostent *) gethostbyname(url);
/* 创建一个 socket，类型是 SOCK_DGRAM，UDP 类型 */
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
rt_kprintf("Socket error\n");
return;
}
/* 初始化预连接的服务端地址 */
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
/* 总计发送 count 次数据 */
while (count)
{
/* 发送数据到服务远端 */
sendto(sock, send_data, strlen(send_data), 0,
(struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr));
/* 线程休眠一段时间 */
rt_thread_delay(50);
/* 计数值减一 */
count --;
}
/* 关闭这个 socket */
closesocket(sock);
}
用网络调试工具在电脑上搭建一个 UDP 服务器，记录下打开的端口
在 shell 中输入 udpclient PC 的 IP 地址 刚才记录下的端口号
udpclient 192.168.12.45 1001
服务器会收到 10 条 This is UDP Client from RT-Thread. 的消息
高级应用示例
为了方便网络应用开发，RT-Thread 提供了丰富的网络组件包，例如：netutils 网络小工具集，webclient，cJSON，paho-mqtt 等等，用户可以根据需求直接在 Env 中使能即可使用各个组件包，省去了自己移植的过程，加速网络应用开发。
我们这里以 netutils 网络小工具集中的 NTP(时间同步)小工具和 paho-mqtt 为例进行讲解
NTP
NTP(Network Time Protocol) 是网络时间协议，它是用来同步网络中各个计算机时间的协议。
RT-Thread 实现了 NTP 客户端，可以通过网络获取本地时间，并同步板子的 RTC 时间。
ENV 的配置参考前面准备工作章节的 ENV 配置。
在 msh 中输入 ntp_sync 即可从默认的 NTP 服务器 (cn.ntp.org.cn) 获取本地时间，默认时区为东八时区
msh />ntp_sync
如果输入 ntp_sync 后提示超时或者连接失败，可以在 ntp_sync 后面输入 NTP 服务器地址，程序将从新的服务器获取时间。
msh />ntp_sync edu.ntp.org.cn
MQTT
Paho MQTT 是 Eclipse 实现的 MQTT 协议的客户端，本软件包是在 Eclipse paho-mqtt 源码包的基础上设计的一套 MQTT 客户端程序。
MQTT 使用发布 / 订阅消息模式，发送消息时要指定发给哪个主题名(Topic Name)，接收消息前要订阅一个主题名，然后才能接收到发送给这个主题名的消息内容。
RT-Thread MQTT 客户端功能特点：
断线自动重连
pipe 模型，非阻塞 API
事件回调机制
TLS 加密传输
ENV 的配置参考前面准备工作章节的 ENV 配置
在 msh 中输入 mqtt_start 命令, 客户端会自动连接服务器，并订阅 /mqtt/test 主题
msh />mqtt_start
通过 mqtt_publish 命令 可以发送消息给所有订阅了 /mqtt/test 的客户端，我们利用 mqtt_publish 发送 RT-Thread!
msh />mqtt_publish RT-Thread!
由于我们之前订阅了 /mqtt/test 主题，shell 很快会显示服务器发来的 RT-Thread! 消息。
参考资料