下面是一个基于STM32F407 FreeRTOS系统下lwIP实现发送和接收数据包进行链路测试的案例。
- 硬件配置和软件环境搭建
首先，需要准备好STM32F407开发板、以太网网线和一台电脑，然后在电脑上安装好STM32CubeMX工具和Keil MDK软件，创建一个新的工程，并按照以下步骤进行配置：
1）选择MCU型号：选择STM32F407VG。
2）设置系统时钟：将系统时钟设置为168MHz，选择HSI作为输入源。
3）配置以太网：使用MAC和PHY通信，选择RMII接口，将ETH1引脚分别连接到RST、REF_CLK、RXD0、RXD1、TXD0和TXD1引脚。
4）添加FreeRTOS：选择使用CMSIS-RTOS V2，创建一个线程以测试链路。
5）添加lwIP：选择使用STM32CubeMX生成的代码，将lwIP配置为DHCP客户端，生成相应的代码。
- 代码实现
下面是基于FreeRTOS和lwIP实现的链路测试代码：
1）创建线程
在main.c文件中，添加以下代码来创建一个线程来测试链路：
void StartDefaultTask(void const * argument)
{
// create a UDP packet and send it to the target IP address and port
struct udp_pcb *udp;
struct pbuf *p;
ip_addr_t dest_ip;
err_t err;
// set the target IP address
IP4_ADDR(&dest_ip, 192, 168, 1, 100);
while (1)
{
// allocate a UDP packet
udp = udp_new();
p = pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT, 10, PBUF_RAM);
memcpy(p->payload, "0123456789", 10);
// send the packet to the target IP address and port
err = udp_sendto(udp, p, &dest_ip, 7);
if (err != ERR_OK)
{
printf("Failed to send UDP packet: %d\n\r", err);
}
// free the packet and the UDP connection
pbuf_free(p);
udp_remove(udp);
osDelay(1000);
}
}
2）接收数据包
在main.c文件中，添加以下代码来接收数据包：
// create a UDP connection and bind it to a port
struct udp_pcb *udp;
err_t err;
ip_addr_t my_ip;
IP4_ADDR(&my_ip, 192, 168, 1, 200);
udp = udp_new();
err = udp_bind(udp, &my_ip, 7);
if (err != ERR_OK)
{
printf("Failed to bind UDP port: %d\n\r", err);
}
// receive packets on the bound port
struct pbuf *p;
struct ip_addr src_ip;
u16_t src_port;
while (1)
{
p = udp_recv(udp, (udp_recv_fn)udp_recv_callback, NULL);
if (p != NULL)
{
printf("Received UDP packet of length %d\n\r", p->tot_len);
udp_disconnect(udp);
pbuf_free(p);
}
else
{
osDelay(1);
}
}
接收数据包的回调函数如下：
void udp_recv_callback(void *arg, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *p, const ip_addr_t *addr, u16_t port)
{
// do nothing
}
3）配置lwIP
在lwipopts.h文件中，进行如下配置：
1）启用DHCP客户端：
#define LWIP_DHCP 1
2）设置IP地址：
#define LWIP_IPADDR 0xC0A801C8UL /* 192.168.1.200 */
#define LWIP_NETMASK 0xFFFFFF00UL /* 255.255.255.0 */
#define LWIP_GATEWAY 0xC0A80101UL /* 192.168.1.1 */
3）设置堆栈大小：
#define TCPIP_THREAD_STACKSIZE 2048
#define DEFAULT_THREAD_STACKSIZE 2048
- 编译和运行
配置好代码后，使用Keil MDK编译和下载代码到STM32F407开发板中。将开发板连接到网络，程序会自动获取IP地址，创建一个UDP连接并绑定到7号端口。线程将每隔1秒钟创建一个UDP数据包并发送给目标IP地址和端口。
在电脑上打开终端程序，并使用以下命令监听7号端口：
nc -lu 7
如果链路正常，可以看到网卡接收到数据包并将其打印出来。如果链路异常，可以检查网络连接和硬件配置是否正确。
基本概念：STM32F407VET6是一款基于ARM Cortex-M4内核的微控制器，具有高性能的处理能力和丰富的外设资源，包括Ethernet MAC接口。FreeRTOS是一款基于优先级的实时操作系统，可帮助实现可靠和高效的多任务处理。lwIP是一款轻量级的开源TCP/IP协议栈，可用于实现网络通信功能。
按照以下步骤进行操作：
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配置硬件资源：使用STM32CubeMX工具生成代码，并配置Ethernet MAC接口和相关的时钟和引脚资源。
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配置FreeRTOS环境：包括任务创建、任务优先级、时间片管理和内存管理等。
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配置lwIP协议栈：包括IP地址、网关、子网掩码、UDP或TCP协议等。
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实现数据包发送和接收功能：使用lwIP提供的API函数实现基本的网络通信功能，例如发送和接收UDP数据包或TCP连接。
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进行链路测试：可以使用ping命令或其他工具测试网络连接是否正常。可以在服务器端和客户端之间互相发送数据包进行验证和调试。
需要注意一些常见问题和细节，例如网络配置、数据包大小、延迟和丢包等。可以参考STM32CubeMX和lwIP的官方文档，以及相关的示例代码和资源。
在实现过程中，还可以考虑使用一些额外的功能和服务，例如DHCP、DNS、SNMP、HTTP等。这些功能可以进一步扩展和优化节点的网络通信能力和自主性。
