十七、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜HTTP Server网页显示＞

1 前言

  HTTP是互联网上应用最为广泛的一种网络协议，所有的www文件都必须遵守这个标准。HTTP是Hypertext Transfer Protocol（超文本传输协议）的缩写，用于从www服务器传输超文本到本地浏览器。它可以使浏览器更加高效，使网络传输更快并且更易于计算机和移动设备之间的访问。

  W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网DHCP应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是HTTP？

  超文本传输协议HTTP是一种通信协议，它使用TCP协议工作，默认端口号为80.它允许将超文本标记语言（HTML）文档从Web服务器传送到Web浏览器。HTMl是一种创建文档的标记语言，这些文档包含相关的链接。可以单击一个链接来访问其他文档、图像或者多媒体对象，并获得关于链接项的附加信息。

2.2 HTTP的优点

  HTTP server的优点包括：

1. 跨平台和跨语言：HTTP server可以运行在各种操作系统和编程语言环境中，使得它可以适应不同的需求和场景。
2. 可扩展性：HTTP server支持可扩展的插件架构，可以根据需要添加新的功能和模块。
3. 灵活的路由和请求处理机制：HTTP server支持灵活的路由和请求处理机制，可以根据不同的请求类型和URL路径来处理请求。
4. 支持静态文件服务和动态请求处理：HTTP server可以同时处理静态文件服务和动态请求处理，使得它可以高效地提供网页和其他资源。
5. 支持认证和安全连接：HTTP server支持认证和安全连接，如SSL/TLS协议，保证了传输数据的安全性。
6. 高性能和可扩展性：HTTP server通常具有高性能和可扩展性，可以处理大量的并发请求和数据传输。

2.3 HTTP工作原理

HTTP通信机制的七个步骤如下：

1. 建立TCP连接：在HTTP工作开始之前，Web浏览器首先要通过网络与Web服务器建立连接，该连接是通过TCP来完成的。
2. Web浏览器向Web服务器发送请求命令：一旦建立了TCP连接，Web浏览器就会向Web服务器发送请求命令。
3. Web浏览器发送请求头信息：浏览器发送其请求命令之后，还要以头信息的形式向Web服务器发送一些别的信息，之后浏览器发送了一空白行来通知服务器，它已经结束了该头信息的发送。
4. Web服务器向Web浏览器发送响应：Web服务器在收到请求命令和头信息后，会分析请求，然后向Web浏览器发送响应。
5. Web浏览器接收响应：Web浏览器会接收响应，包括状态码、响应头和响应体等信息。
6. Web浏览器解析响应：Web浏览器会解析响应，根据状态码和响应体等信息来处理响应。
7. 关闭连接：Web浏览器和Web服务器完成数据传输后，会关闭连接。

2.4 HTTP应用场景

HTTP server的应用场景非常广泛，以下是其中一些常见的应用场景：

1. 静态文件服务：HTTP server可以用于提供静态文件的下载和访问，例如在网站上提供图片、文档、音频、视频等文件的下载和浏览。
2. 动态网页服务：HTTP server可以与网页服务器配合，提供动态网页的服务。动态网页可以根据用户请求的不同，返回不同的内容，实现交互功能。
3. 代理服务：HTTP server可以作为代理服务器，将客户端的请求转发到其他服务器，并将服务器的响应返回给客户端。这样可以隐藏客户端的真实地址和身份，提高安全性。
4. 负载均衡：HTTP server可以作为负载均衡器，将多个服务器的响应均匀分配给客户端，以提高服务器的处理能力和吞吐量。
5. 缓存服务：HTTP server可以将网页内容缓存到本地，减少对原始服务器的访问次数，提高网页的加载速度和响应速度。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4， MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
2. W6100 支持IPV6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 HTTP网络设置示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示：

4.2 准备工作核心

软件

• Visual Studio Code
• WIZnet UartTool

硬件

• W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
• Micro USB 接口的数据线
• TTL 转 USB
• 网线

4.3 连接方式

• 通过数据线连接PC的USB口（主要用于烧录程序，也可以虚拟出串口使用）

• 通过TTL串口转USB，连接UART0 的默认引脚：

  • RP2040 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
  • RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX

• 使用模块连接RP2040 进行接线时

  • RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
  • RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
  • RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
  • RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
  • RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST

• 通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

  我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富，操作简单，芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈，该库又封装好了TCP/IP层之上的协议，我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

第一步：http_server.c文件中加入对应的.h文件。

第二步：定义DHCP配置需要的宏和HTTP sever 最大连接socket的宏。

第三步：网络信息的配置,开启DHCP模式，定义HTTP server socket表。

第四步：编写定时器回调处理函数，用于 DHCP 1秒滴答定时器处理函数。

第五步：主函数先是定义了一个定时器结构体参数用来触发定时器回调函数，对串口和SPI进行初始化，然后写入W5100S的网络配置参数，初始化DHCP后开始DHCP获取IP，获取到就打印获取到的IP，获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP，初始化HTTP server后开始设置服务器显示界面，主循环传入socket号执行回环测试函数等待客户端连接。

#include 
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"

#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "dhcp.h"     // Use dhcp
#include "socket.h"   // Use socket
#include "arp.h"      // Use arp

#define SOCKET_ID 0                      // Socket number
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2) // Send and receive cache size
#define DHCP_RETRY_COUNT 5               // DHCP retry times


/**
 * @brief   Timer callback processing function, used for dhcp timing processing
 * @param   repeating :Timer structure
 * @return  bool
 */
bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t);

/**
 * @brief   Initialization of chip network information
 * @param   conf_info :Static configuration information
 * @return  none
 */
void network_init(wiz_NetInfo *conf_info);

/* Network information to be configured. */
wiz_NetInfo net_info = {
    .mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x1e, 0xed, 0x2e}, // Configured MAC address
    .ip = {192, 168, 1, 10},                     // Configured IP address
    .sn = {255, 255, 255, 0},                    // Configured subnet mask
    .gw = {192, 168, 1, 1},                      // Configured gateway
    .dns = {8, 8, 8, 8},                         // Configured domain address
    .dhcp = NETINFO_DHCP};                       // Configured dhcp model,NETINFO_DHCP:use dhcp; NETINFO_STATIC: use static ip.


static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {
    0,
};                                           // Send and receive cachestatic uint8_t destip[4]={192, 168, 1, 2};  // udp destination ip
static uint8_t dest_ip[4] = {192, 168, 1, 2}; // UDP IP address
static uint8_t breakout_flag = 0;         // Define the DHCP acquisition flag

int main()
{
    struct repeating_timer timer; // Define the timer structure
    wiz_NetInfo get_info;
    /* MCU init */
    stdio_init_all();     // Initialize the main control peripheral
    wizchip_initialize(); // Initialize the chip interface

    /*dhcp init*/
    DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                   // DHCP initialization
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handler

    printf("wiznet chip tcp server example.\r\n");
    network_init(&net_info);              // Configuring Network Information
    print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it

    while (true)
    {
        do_arp(SOCKET_ID, ethernet_buf, dest_ip);   //run arp
    }
}

void network_init(wiz_NetInfo *conf_info)
{
    int count = 0;
    uint8_t dhcp_retry = 0;

    if (conf_info->dhcp == NETINFO_DHCP)
    {
        while (true)
        {
            switch (DHCP_run()) // Do the DHCP client
            {
            case DHCP_IP_LEASED: // DHCP resolves the domain name successfully
            {
                if (breakout_flag == 0)
                {
                    printf("DHCP success\r\n");
                    getIPfromDHCP((*conf_info).ip);
                    getGWfromDHCP((*conf_info).gw);
                    getSNfromDHCP((*conf_info).sn);
                    getDNSfromDHCP((*conf_info).dns);
                    wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
                    close(SOCKET_ID);              // After dhcp close the socket, avoid errors in later use
                    breakout_flag = 1;
                }
                break;
            }
            case DHCP_FAILED:
            {
                printf(" DHCP failed \r\n");
                count++;
                if (count <= DHCP_RETRY_COUNT) // If the number of times is less than or equal to the maximum number of times, try again
                {
                    printf("DHCP timeout occurred and retry %d \r\n", count);
                }
                else if (count > DHCP_RETRY_COUNT) // If the number of times is greater than DHCP fails
                {
                    breakout_flag = 1; // if DHCP fail, use the static
                    DHCP_stop();       // Stop processing DHCP protocol
                    conf_info->dhcp = NETINFO_STATIC;
                    wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
                    break;
                }
                break;
            }
            }
            if (breakout_flag)
            {
                printf("config succ\r\n");
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
    }
}

bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t)
{
    DHCP_time_handler(); // DHCP 1s Tick Timer handler
    return true;
}

4.5 结果演示

1.打开Wiznet UartTool，填入参数，打开浏览器输入开发板获取到的ip，连接上开发板。

2.可以看到设置好的服务界面，同时串口也打印连接信息。

5 注意事项

• 如果想用WIZnet的W5500来实现本章的示例，我们只需修改两个地方即可：

​ (1)在library/ioLibrary_Driver/Ethernet/下找到wizchip_conf.h这个头文件，将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500。

​ (2)在library下找到CMakeLists.txt文件，将COMPILE_SEL设置为ON即可，OFF为W5100S，ON为W5500。

6 相关链接

WIZnet官网

WIZnet官方库链接

本章例程链接

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