STM32F412应用开发——结合W5500实现以太网通讯

shanghairen

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：

1. //函数注册，首先,应由用户实现SPI注册回调函数来访问WIZCHIP
   
2. 
   
3. void RegisterFunction(void)
   
4. 
   
5. {
   
6. 
   
7.   //临界区回调函数
   
8. 
   
9.   reg_wizchip_cris_cbfunc(SPI_CrisEnter, SPI_CrisExit);  //注册临界区函数
   
10. 
    
11.   //片选回调函数
    
12. 
    
13. #if   _WIZCHIP_IO_MODE_ == _WIZCHIP_IO_MODE_SPI_VDM_
    
14. 
    
15.   reg_wizchip_cs_cbfunc(SPI_CS_Select, SPI_CS_Deselect);//注册SPI片选信号函数
    
16. 
    
17. #elif _WIZCHIP_IO_MODE_ == _WIZCHIP_IO_MODE_SPI_FDM_
    
18. 
    
19.   reg_wizchip_cs_cbfunc(SPI_CS_Select, SPI_CS_Deselect);  // CS必须为低电平.
    
20. 
    
21. #else
    
22. 
    
23.    #if (_WIZCHIP_IO_MODE_ & _WIZCHIP_IO_MODE_SIP_) != _WIZCHIP_IO_MODE_SIP_
    
24. 
    
25.       #error "Unknown _WIZCHIP_IO_MODE_"
    
26. 
    
27.    #else
    
28. 
    
29.       reg_wizchip_cs_cbfunc(wizchip_select, wizchip_deselect);
    
30. 
    
31.    #endif
    
32. 
    
33. #endif
    
34. 
    
35.   //SPI的读写回调函数
    
36. 
    
37.   reg_wizchip_spi_cbfunc(SPI_ReadByte, SPI_WriteByte);     //注册读写函数
    
38. 
    
39. }
    

复制代码

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。

1. //写1字节数据到SPI总线
   
2. 
   
3. void SPI_WriteByte(uint8_t TxData)
   
4. 
   
5. {                       
   
6. 
   
7. //  while((SPI2->SR&SPI_I2S_FLAG_TXE)==0);        //等待发送区空              
   
8. 
   
9. //  SPI2->DR=TxData;                              //发送一个byte
   
10. 
    
11. //  while((SPI2->SR&SPI_I2S_FLAG_RXNE)==0);       //等待接收完一个byte
    
12. 
    
13. //  SPI2->DR;
    
14. 
    
15.   while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);        //等待发送区空
    
16. 
    
17.   SPI_I2S_SendData(SPI2,TxData);                                        //发送一个byte
    
18. 
    
19.   while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);        //等待接收完一个byte
    
20. 
    
21.   SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);                                            //返回接收的数据
    
22. 
    
23. }
    
24. 
    
25. 
    
26. 
    
27. 
    
28. 
    
29. //初始化芯片参数
    
30. 
    
31. void ChipParametersConfiguration(void)
    
32. 
    
33. {
    
34. 
    
35.   uint8_t tmp;
    
36. 
    
37.   uint8_t memsize[2][8] = {{2,2,2,2,2,2,2,2},{2,2,2,2,2,2,2,2}};
    
38. 
    
39.   //WIZCHIP SOCKET缓存区初始化
    
40. 
    
41.   if(ctlwizchip(CW_INIT_WIZCHIP,(void*)memsize) == -1){
    
42. 
    
43.     //printf("WIZCHIP Initialized fail.\r\n");
    
44. 
    
45.   while(1);
    
46. 
    
47.   }
    
48. 
    
49. 
    
50. 
    
51.   //PHY物理层连接状态检查
    
52. 
    
53.   do{
    
54. 
    
55.     if(ctlwizchip(CW_GET_PHYLINK, (void*)&tmp) == -1){
    
56. 
    
57.       //printf("Unknown PHY Link stauts.\r\n");
    
58. 
    
59.     }
    
60. 
    
61.   }while(tmp == PHY_LINK_OFF);
    
62. 
    
63. }

复制代码

以上实现网络物理层的配置。

1. //初始化WIZCHIP中的网络参数信息
   
2. 
   
3. void NetworkParameterConfiguration(void)
   
4. 
   
5. {
   
6. 
   
7.   uint8_t tmpstr[6];
   
8. 
   
9.   ctlnetwork(CN_SET_NETINFO, (void*)&gWIZNETINFO);
   
10. 
    
11.   ctlnetwork(CN_GET_NETINFO, (void*)&gWIZNETINFO);
    
12. 
    
13. 
    
14. 
    
15.   ctlwizchip(CW_GET_ID,(void*)tmpstr);
    
16. 
    
17. }

复制代码

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：

1. typedef struct wiz_NetInfo_t
   
2. 
   
3. {
   
4. 
   
5.    uint8_t mac[6];  ///< Source Mac Address
   
6. 
   
7.    uint8_t ip[4];   ///< Source IP Address
   
8. 
   
9.    uint8_t sn[4];   ///< Subnet Mask
   
10. 
    
11.    uint8_t gw[4];   ///< Gateway IP Address
    
12. 
    
13.    uint8_t dns[4];  ///< DNS server IP Address
    
14. 
    
15.    dhcp_mode dhcp;  ///< 1 - Static, 2 - DHCP
    
16. 
    
17. }wiz_NetInfo;

复制代码

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：

1. //TCP服务器数据通讯
   
2. 
   
3. int32_t TCPServer(uint8_t sn, uint16_t port)
   
4. 
   
5. {
   
6. 
   
7.   int32_t ret;
   
8. 
   
9.   uint8_t socketStatus=getSn_SR(sn);
   
10. 
    
11. 
    
12. 
    
13.   switch(socketStatus)
    
14. 
    
15.   {
    
16. 
    
17.     case SOCK_ESTABLISHED :
    
18. 
    
19.       {
    
20. 
    
21.         if(getSn_IR(sn) & Sn_IR_CON)
    
22. 
    
23.         {
    
24. 
    
25.           setSn_IR(sn,Sn_IR_CON);
    
26. 
    
27.         }
    
28. 
    
29.         uint16_t size=0;
    
30. 
    
31.         if((size = getSn_RX_RSR(sn)) > 0)
    
32. 
    
33.         {
    
34. 
    
35.           if(size > DATA_BUFFER_SIZE)
    
36. 
    
37.           {
    
38. 
    
39.             size = DATA_BUFFER_SIZE;
    
40. 
    
41.           }
    
42. 
    
43.           uint8_t rxBuffer[DATA_BUFFER_SIZE];
    
44. 
    
45.           ret = recv(sn,rxBuffer,size);
    
46. 
    
47.           if(ret <= 0)
    
48. 
    
49.           {
    
50. 
    
51.             return ret;
    
52. 
    
53.           }
    
54. 
    
55.           //添加数据解析及响应的函数
    
56. 
    
57.           uint8_t txBuffer[DATA_BUFFER_SIZE];
    
58. 
    
59.           uint16_t length=ReceivedDataParsing(rxBuffer,txBuffer);
    
60. 
    
61.          
    
62. 
    
63.           uint16_t sentsize=0;
    
64. 
    
65.           while(length != sentsize)
    
66. 
    
67.           {
    
68. 
    
69.             ret = send(sn,txBuffer+sentsize,length-sentsize);
    
70. 
    
71.             if(ret < 0)
    
72. 
    
73.             {
    
74. 
    
75.               close(sn);
    
76. 
    
77.               return ret;
    
78. 
    
79.             }
    
80. 
    
81.             sentsize += ret; // 不用管SOCKERR_BUSY, 因为它是零.
    
82. 
    
83.           }
    
84. 
    
85.         }
    
86. 
    
87.         break;
    
88. 
    
89.       }
    
90. 
    
91.     case SOCK_CLOSE_WAIT :
    
92. 
    
93.       if((ret=disconnect(sn)) != SOCK_OK)
    
94. 
    
95.       {
    
96. 
    
97.         return ret;
    
98. 
    
99.       }
    
100. 
     
101.       break;
     
102. 
     
103.     case SOCK_INIT :
     
104. 
     
105.       if( (ret = listen(sn)) != SOCK_OK)
     
106. 
     
107.       {
     
108. 
     
109.         return ret;
     
110. 
     
111.       }
     
112. 
     
113.       break;
     
114. 
     
115.     case SOCK_CLOSED:
     
116. 
     
117.       if((ret=socket(sn,Sn_MR_TCP,port,0x00)) != sn)
     
118. 
     
119.       {
     
120. 
     
121.         return ret;
     
122. 
     
123.       }
     
124. 
     
125.       break;
     
126. 
     
127.     default:
     
128. 
     
129.       break;
     
130. 
     
131.   }
     
132. 
     
133.   return 1;
     
134. 
     
135. }

复制代码

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。
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