STM32F412应用开发笔记之五：结合W5500实现以太网通讯

Posted 2020-08-26 木南创智

因实际使用需求我们测试一下网络通讯，在NUCLEO-F412ZG测试板上没有以太网部分，我们选择外接一个W5500的实验板。W5500支持SPI接口通讯，DC3.3V供源。而NUCLEO-F412ZG测试板已经将SPI1的各引脚SPI1_NSS（CN7_17）、SPI1_SCK（CN7_10）、SPI1_MISO（CN7_12）、SPI1_MOSI（CN7_14）引出到CN7，3.3VDC和GND也引导了CN8，可以方便的实现测试。如下图红框所示：

1、测试的准备工作

为了实现以太网通讯首先需要下载W5500的驱动源码，可以到WIZnet的官网下载：http://www.iwiznet.cn/

目前最新版本为V1.1，我选用的是V1.03下载下来的压缩包解压后如下图：

 

需要将ethernet文件夹拷贝到我们的项目目录中：

 

并在IAR的项目下添加相关的文件和路径，主要是socket.c、w5500.c、wizchip_.conf.c三个文件。这三个文件分别实现socket、硬件驱动及相关通讯配置功能，具体可以查看相应的源码级手册。

  

2、编写测试代码

在完成以上工作后就可以开始真正地移植工作了。具体步骤如下：

• 硬件配置及初始化。
• 以太网通讯配置的初始化。
• 实现具体的通讯过程。

2.1、硬件的配置及初始化

由于W5500通过SPI接口与STM32通讯，所以硬件配置和初始化是非常简单的，与W5500实际上没有关系，使一些通用的操作。事实上就是STM32F412ZG的SPI接口初始化的过程，需要实现RCC、GPIO以及SPI的初始化就可以了。关于这部分可以查看ST的例程。

2.2、以太网通讯配置的初始化

以太网通讯配置的初始化主要有三个方面的内容：

• 注册TCP通讯相关的回调函数  RegisterFunction();
• 初始化芯片参数  ChipParametersConfiguration();
• 初始化网络通讯参数  NetworkParameterConfiguration()

三个函数的具体实现内容如下：

//函数注册，首先,应由用户实现SPI注册回调函数来访问WIZCHIP

void RegisterFunction(void)

{ 

  //临界区回调函数

  reg_wizchip_cris_cbfunc(SPI_CrisEnter, SPI_CrisExit);  //注册临界区函数

  //片选回调函数

#if   _WIZCHIP_IO_MODE_ == _WIZCHIP_IO_MODE_SPI_VDM_

  reg_wizchip_cs_cbfunc(SPI_CS_Select, SPI_CS_Deselect);//注册SPI片选信号函数

#elif _WIZCHIP_IO_MODE_ == _WIZCHIP_IO_MODE_SPI_FDM_

  reg_wizchip_cs_cbfunc(SPI_CS_Select, SPI_CS_Deselect);  // CS必须为低电平.

#else

   #if (_WIZCHIP_IO_MODE_ & _WIZCHIP_IO_MODE_SIP_) != _WIZCHIP_IO_MODE_SIP_

      #error "Unknown _WIZCHIP_IO_MODE_"

   #else

      reg_wizchip_cs_cbfunc(wizchip_select, wizchip_deselect);

   #endif

#endif

  //SPI的读写回调函数

  reg_wizchip_spi_cbfunc(SPI_ReadByte, SPI_WriteByte);     //注册读写函数

}

注册函数实际上就是函数指针的调用，可参考C语言函数指针部分内容。对于以上注册的函数，SPI_WriteByte需要说明一下，无论是用可函数还是直接操作寄存器，在写完之后都需要再读一下（红色部分），否则就会在客户端出现连接TCPServer超时的报警，没明白什么原因。

//写1字节数据到SPI总线

void SPI_WriteByte(uint8_t TxData)

{                       

//  while((SPI2->SR&SPI_I2S_FLAG_TXE)==0);        //等待发送区空              

//  SPI2->DR=TxData;                              //发送一个byte

//  while((SPI2->SR&SPI_I2S_FLAG_RXNE)==0);       //等待接收完一个byte 

//  SPI2->DR;

  while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);        //等待发送区空

  SPI_I2S_SendData(SPI2,TxData);                                        //发送一个byte

  while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);        //等待接收完一个byte

  SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);                                            //返回接收的数据

}

 

 

//初始化芯片参数

void ChipParametersConfiguration(void)

{

  uint8_t tmp;

  uint8_t memsize[2][8] = {{2,2,2,2,2,2,2,2},{2,2,2,2,2,2,2,2}};

  //WIZCHIP SOCKET缓存区初始化

  if(ctlwizchip(CW_INIT_WIZCHIP,(void*)memsize) == -1){

    //printf("WIZCHIP Initialized fail.\\r\\n");

  while(1);

  }

 

  //PHY物理层连接状态检查

  do{

    if(ctlwizchip(CW_GET_PHYLINK, (void*)&tmp) == -1){

      //printf("Unknown PHY Link stauts.\\r\\n");

    }

  }while(tmp == PHY_LINK_OFF);

}

以上实现网络物理层的配置。

//初始化WIZCHIP中的网络参数信息

void NetworkParameterConfiguration(void)

{

  uint8_t tmpstr[6];

  ctlnetwork(CN_SET_NETINFO, (void*)&gWIZNETINFO);

  ctlnetwork(CN_GET_NETINFO, (void*)&gWIZNETINFO);

 

  ctlwizchip(CW_GET_ID,(void*)tmpstr);

}

 

其中gWIZNETINFO是一个wiz_NetInfo类型的结构体变量，该结构体在wizchip_conf.h中定义，用于设置mac地址、IP地址等网络参数，具体如下：

typedef struct wiz_NetInfo_t

{

   uint8_t mac[6];  ///< Source Mac Address

   uint8_t ip[4];   ///< Source IP Address

   uint8_t sn[4];   ///< Subnet Mask

   uint8_t gw[4];   ///< Gateway IP Address

   uint8_t dns[4];  ///< DNS server IP Address

   dhcp_mode dhcp;  ///< 1 - Static, 2 - DHCP

}wiz_NetInfo;

至此网络部分的初始化就已完成。

2.3、具体通讯过程的实现

经过前面的配置网络已经可以ping通了，下面可以实现具体的应用。对于我这个项目就是可是实现Modbus TCP的编写了。

编写TCP Server，这部分有很多资料，直接附代码：

//TCP服务器数据通讯

int32_t TCPServer(uint8_t sn, uint16_t port)

{

  int32_t ret;

  uint8_t socketStatus=getSn_SR(sn);

 

  switch(socketStatus)

  {

    case SOCK_ESTABLISHED :

      {

        if(getSn_IR(sn) & Sn_IR_CON)

        {

          setSn_IR(sn,Sn_IR_CON);

        }

        uint16_t size=0;

        if((size = getSn_RX_RSR(sn)) > 0)

        {

          if(size > DATA_BUFFER_SIZE)

          {

            size = DATA_BUFFER_SIZE;

          }

          uint8_t rxBuffer[DATA_BUFFER_SIZE];

          ret = recv(sn,rxBuffer,size);

          if(ret <= 0)

          {

            return ret;

          }

          //添加数据解析及响应的函数

          uint8_t txBuffer[DATA_BUFFER_SIZE];

          uint16_t length=ReceivedDataParsing(rxBuffer,txBuffer);

         

          uint16_t sentsize=0;

          while(length != sentsize)

          {

            ret = send(sn,txBuffer+sentsize,length-sentsize);

            if(ret < 0)

            {

              close(sn);

              return ret;

            }

            sentsize += ret; // 不用管SOCKERR_BUSY, 因为它是零.

          }

        }

        break;

      }

    case SOCK_CLOSE_WAIT :

      if((ret=disconnect(sn)) != SOCK_OK)

      {

        return ret;

      }

      break;

    case SOCK_INIT :

      if( (ret = listen(sn)) != SOCK_OK)

      {

        return ret;

      }

      break;

    case SOCK_CLOSED:

      if((ret=socket(sn,Sn_MR_TCP,port,0x00)) != sn)

      {

        return ret;

      }

      break;

    default:

      break;

  }

  return 1;

}

 

其中ReceivedDataParsing(rxBuffer,txBuffer)实现具体的应用协议，根据具体的需求而定，在此我们实现了简单的Modbus TCP协议。

3、测试结果

完成编写，调试无误后，将程序下载到目标板，首先既然是以太网通讯，我们就在上位机上机简单的网络测试。在目标板上我们设定的IP地址为：192.168.1.100，在CMD中使用简单的Ping命令测试如下：

 

由上图可以看到，网路没有问题。接下来我们用TCP&UDP测试工具进行进一步的测试，并使用Microsoft Network Monitor监视数据包。打开TCP&UDP测试工具，创建一个TCP客户端，目标IP还是目标板IP，端口用502（我们在软件中设定了）。

 

创建完成后，连接无误，在发送栏中以16进制发送一条指令，可以看到下方的接收栏中收到数据。

 

我们再看看Microsoft Network Monitor中捕获到的数据包核对一下数据是否正确。

 

由于我们实现了简单的Modbus TCP协议，所以我们在使用ModScan32来测试一下通讯是否正确。首先启动ModScan32，并做如下配置：

 

连接后数据显示出来，持续更新一段时间后没有问题。

 

同样，我们再看看Microsoft Network Monitor中捕获到的数据更新与ModScan32做一对比，数据包完整而且正确。

 

完成测试，通讯没有问题STM32F412与W5500实现以太网通讯简单方便。