本文在PS的Standalone程序中使用lwip库通过UDP协议实现网络数据传输。
包含UDP Server和UDP Client两种形式
本文主要参考lwip的SDK内部说明和工程模板，xapp1026, xapp1306, SDK以及两篇博客：
https://www.cnblogs.com/54zorb/p/9609021.html
https://www.cnblogs.com/54zorb/p/9609111.html
本文配套源码已上传至
https://download.csdn.net/download/botao_li/10997950
建立zcu102的Vivado工程，新建Block Design，并且添加zynq模块
运行Run Block Automation，双击打开zynq模块配置查看GEM接口配置
GEM3的配置与ug1182一致
保留UART和GEM3，关闭其它外设接口以及PS-PL接口
确保TTC 0已使能
保存后依次运行Generate Output Products和Create HDL Wrapper
在Flow Navigator中选择Generate Bitstream，完成后先Export Hardware，再Launch SDK
在SDK中可以使用lwip模板新建包含lwip库示例代码的模板工程
注意zuc102开发板生成的模板工程会在IicPhyReset()函数编译出错，将此函数注释掉，用开发板上下电代替复位（试验中发现即使不上下电能正常工作）
建完首个工程后，其它工程建立时可以选择使用已有BSP工程
本文新建空工程用于试验
建立工程后SDK进行自动编译，完成之后在BSP工程配置lwip库（否则可能出现不可理解的异常错误）
在BSP工程上，右键菜单选择Board Support Package Settings
进入Settings窗口，在Overview界面选中lwip库（如果建立的是lwip模板工程，则BSP工程已自动添加lwip库）
配置完成后点击OK
打开BSP工程中的system.mss文件，可以在最下方发现lwip库，选择Documentation可以打开说明文档
在工作工程的src文件夹上右键菜单新建C Source File
进入文件main.c，双击打开main.c文件，写入以下代码
#include <stdio.h>
#include "xparameters.h"
#include "netif/xadapter.h"
#include "lwipopts.h"
#include "xil_printf.h"
#include "sleep.h"
#include "lwip/priv/tcp_priv.h"
#include "lwip/init.h"
#include "lwip/inet.h"
#include "lwip/ip_addr.h"
#include "lwip/udp.h"
#include "xil_cache.h"
#include "xscugic.h"
#include "xttcps.h"
//定时器相关定义***************************************************
static XTtcPs TimerInstance;
static u16 Interval;
static u8 Prescaler;
#define INTC_DEVICE_ID XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define TIMER_DEVICE_ID XPAR_XTTCPS_0_DEVICE_ID
#define TIMER_IRPT_INTR XPAR_XTTCPS_0_INTR
#define INTC_BASE_ADDR XPAR_SCUGIC_0_CPU_BASEADDR
#define INTC_DIST_BASE_ADDR XPAR_SCUGIC_0_DIST_BASEADDR
#define PLATFORM_TIMER_INTR_RATE_HZ (4)
//中断响应函数与main函数都访问的变量，加volatile前缀，不进入cache
volatile int TcpFastTmrFlag = 0;
volatile int TcpSlowTmrFlag = 0;
void platform_clear_interrupt( XTtcPs * TimerInstance )
{
u32 StatusEvent;
StatusEvent = XTtcPs_GetInterruptStatus(TimerInstance);
XTtcPs_ClearInterruptStatus(TimerInstance, StatusEvent);
}
void timer_callback(XTtcPs * TimerInstance)
{
/* we need to call tcp_fasttmr & tcp_slowtmr at intervals specified
* by lwIP. It is not important that the timing is absoluetly accurate.
*/
static int odd = 1;
TcpFastTmrFlag = 1;
odd = !odd;
if (odd)
{
TcpSlowTmrFlag = 1;
}
platform_clear_interrupt(TimerInstance);
}
void platform_setup_timer(void)
{
int Status;
XTtcPs * Timer = &TimerInstance;
XTtcPs_Config *Config;
//设置Timer之前保证Timer已停止
XTtcPs_Stop(Timer);
Config = XTtcPs_LookupConfig(TIMER_DEVICE_ID);
Status = XTtcPs_CfgInitialize(Timer, Config, Config->BaseAddress);
if (Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("In %s: Timer Cfg initialization failed...\r\n",
__func__);
return;
}
XTtcPs_SetOptions(Timer, XTTCPS_OPTION_INTERVAL_MODE | XTTCPS_OPTION_WAVE_DISABLE);
XTtcPs_CalcIntervalFromFreq(Timer, PLATFORM_TIMER_INTR_RATE_HZ, &Interval, &Prescaler);
XTtcPs_SetInterval(Timer, Interval);
XTtcPs_SetPrescaler(Timer, Prescaler);
}
void platform_setup_interrupts(void)
{
Xil_ExceptionInit();
XScuGic_DeviceInitialize(INTC_DEVICE_ID);
/*
* Connect the interrupt controller interrupt handler to the hardware
* interrupt handling logic in the processor.
*/
Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_IRQ_INT,
(Xil_ExceptionHandler)XScuGic_DeviceInterruptHandler,
(void *)INTC_DEVICE_ID);
/*
* Connect the device driver handler that will be called when an
* interrupt for the device occurs, the handler defined above performs
* the specific interrupt processing for the device.
*/
XScuGic_RegisterHandler(INTC_BASE_ADDR, TIMER_IRPT_INTR,
(Xil_ExceptionHandler)timer_callback,
(void *)&TimerInstance);
/*
* Enable the interrupt for scu timer.
*/
XScuGic_EnableIntr(INTC_DIST_BASE_ADDR, TIMER_IRPT_INTR);
return;
}
//udp操作函数*************************************************
static struct pbuf *packet;
static unsigned char send_byte = 0x31;
static err_t err;
static ip_addr_t ip_remote;
//发送数据缓冲
#define SEND_BUFSIZE 16
static char send_buf[SEND_BUFSIZE];
static struct udp_pcb *server_pcb;//UDP Server对象
static struct udp_pcb *client_pcb;//UDP Client对象
#define UDP_SERVER_PORT 5001
void udp_server_recv(void *arg, struct udp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, const ip_addr_t *addr, u16_t port)
{
xil_printf("server recv\r\n");
//回传数据
udp_sendto(tpcb, p, addr, port);
//发送数据
err = udp_sendto(tpcb, packet, &ip_remote, 8000);
if (err != ERR_OK)
{
xil_printf("fail udp_sendto\r\n");
}
send_byte++;
if (send_byte == 0x39) send_byte = 0x31;
memset(packet->payload, send_byte, SEND_BUFSIZE);
//释放pbuf
pbuf_free(p);
return;
}
void udp_client_recv(void *arg, struct udp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, const ip_addr_t *addr, u16_t port)
{
xil_printf("client recv from sender port %d\r\n", port);
//发送接收数据的消息
sprintf(send_buf, "recv port:%04d", port);
memcpy(packet->payload, send_buf, SEND_BUFSIZE);
err = udp_sendto(tpcb, packet, &ip_remote, 8000);//发送给指定IP的指定端口
err = udp_send(tpcb, packet);//发送给tpcb的remote_ip的remote_port
if (err != ERR_OK)
{
xil_printf("fail udp_send\r\n");
}
//释放pbuf
pbuf_free(p);
return;
}
void udp_server_init(void)
{
err_t err;
//建立PCB对象
server_pcb = udp_new();
if (!server_pcb)
{
xil_printf("fail udp server udp_new\r\n");
return;
}
//绑定本地IP和端口，UDP Server接收本地收到的发往该端口的数据包
err = udp_bind(server_pcb, IP_ADDR_ANY, UDP_SERVER_PORT);
if (err != ERR_OK)
{
xil_printf("fail udp server udp_bind\r\n");
//清除udp对象
udp_remove(server_pcb);
return;
}
//绑定接收数据回调函数
udp_recv(server_pcb, udp_server_recv, NULL);
xil_printf("udp server ready\r\n");
}
void udp_client_init(void)
{
err_t err;
//建立PCB对象
client_pcb = udp_new();
if (!client_pcb)
{
xil_printf("fail udp client udp_new\r\n");
return;
}
//连接之前local_port和remote_port都为0
xil_printf("udp client local_port b4 connect: %d\r\n", client_pcb->local_port);
xil_printf("udp client remote_port b4 connect: %d\r\n", client_pcb->remote_port);
//连接远端的UDP Server，目标端口33
//连接后可以使用udp_send函数，不用指定远端IP和端口
err = udp_connect(client_pcb, &ip_remote, 33);
if (err != ERR_OK)
{
xil_printf("fail udp client udp_connect\r\n");
//清除udp对象
udp_remove(client_pcb);
return;
}
xil_printf("udp client local_port: %d\r\n", client_pcb->local_port);
xil_printf("udp client remote_port: %d\r\n", client_pcb->remote_port);
//绑定接收数据回调函数
udp_recv(client_pcb, udp_client_recv, NULL);
xil_printf("udp client ready\r\n");
}
int main(void)
{
//定时器初始化*********************************************
platform_setup_timer();
platform_setup_interrupts();
//建立网络接口*********************************************
//定义网络接口对象指针
struct netif server_netif;//网络接口对象
struct netif* netif;
netif = &server_netif;
//定义mac地址
unsigned char mac_ethernet_address[] = {0x00, 0x0a, 0x35, 0x00, 0x01, 0x02};
//lwip库初始化
lwip_init();
//定义本地IP
ip_addr_t ipaddr, netmask, gw;
IP4_ADDR(&ipaddr, 10, 20, 30, 10);
IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255, 0);
IP4_ADDR(&gw, 10, 20, 30, 1);
//添加网络接口至接口列表，并且设置为默认
if (!xemac_add(netif, &ipaddr, &netmask, &gw, mac_ethernet_address, XPAR_XEMACPS_0_BASEADDR))
{
xil_printf("Error adding N/W interface\r\n");
return -1;
}
netif_set_default(netif);
//将当前网络接口提至最前（不理解意义）
netif_set_up(netif);
//使能并且启动定时器中断
Xil_ExceptionEnableMask(XIL_EXCEPTION_IRQ);
XScuGic_EnableIntr(INTC_DIST_BASE_ADDR, TIMER_IRPT_INTR);
XTtcPs_EnableInterrupts(&TimerInstance, XTTCPS_IXR_INTERVAL_MASK);
XTtcPs_Start(&TimerInstance);
//定义发送数据接收方的IP
IP4_ADDR(&ip_remote, 10, 20, 30, 22);
//建立发送数据pbuf
//layer参数选择为PBUF_RAW表示没有除payload以外的其它路由数据参与发送
//用pbuf_free(packet)释放
packet = pbuf_alloc(PBUF_RAW, SEND_BUFSIZE, PBUF_POOL);
if (packet == NULL)
{
xil_printf("fail pbuf_alloc");
return -1;
}
//将待发送数据写入pbuf的payload中
memset(packet->payload, send_byte, SEND_BUFSIZE);
//启动udp
udp_server_init();
udp_client_init();
//程序主循环
while (1)
{
//无论是UDP还是TCP都必须包含tcp_fasttmr()和tcp_slowtmr()
if (TcpFastTmrFlag)
{
tcp_fasttmr();
TcpFastTmrFlag = 0;
}
if (TcpSlowTmrFlag)
{
tcp_slowtmr();
TcpSlowTmrFlag = 0;
}
//网络接口处理接收数据
xemacif_input(netif);
}
return 0;
}
前述代码的网络功能说明：
将zcu102板卡的网口通过网线与测试主机连接
打开windows设置界面，选择网络和Internet
在状态页选择更改适配器选项
在以太网连接图标上右键菜单选择属性
选中Internet协议版本4(TCP/IPv4)选项后，点击属性打开IPv4配置，按下图设置后，点击确定保存设置内容
将zcu102的启动模式设置为JTAG，上电启动
在windows的适配器选项窗口可见网络连接已建立
打开网络调试助手，设置为UDP协议，选择前述设置的IP地址，根据SDK代码选择主机端口33后点击打开
打开另一个网络调试助手进程，按如下设置
打开串口调试助手，按下图配置并且连接COM4
在SDK中的工作工程右键菜单选择Run As > Launch on Hardware(System Debugger)
在串口助手中发现UDP Client连接后分配的端口为49153
在试验中可以发现PS端UDP Client不响应从PC端的8000端口发送数据，因为PS端UDP Client已与PC端的33端口完成连接，只响应来自PC端33接口发来的UDP数据
完整试验内容如下
UDP Client的Connect没有实际的数据交换，仅仅是绑定远端IP和端口。因此，即使远端的UDP Server没有启动，Connect一样正确返回。