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[LWIP的RAW API UDP通信详解(stm32f103---enc28j60)](https://blog.csdn.net/weixin_42149196/article/details/90246815) [项目整体托管到github上](https://github.com/WyxLOVES/LWIP-RAW-API-UDP-stm32-f103----enc28j60-) # 实现任务 通过接收到上位机端发送来的数据来实现控制开发板做相应的操作。 # 代码实现 ### 首先看看几个主要的结构体 //发送数据包 ~~~c struct sardata { u8 head[4]; //标志头 u16 length; //长度 u8 humi[2]; //温湿度传感器状态 u8 data[4]; //温度湿度数据 u8 elengine[2];//电机及状态 u8 led[3]; //led灯 }; //初始化上述结构体函数，用来发送数据包到上位机 void initsardata(void) { u8 i; sendrecv.head[0]=0x5A;//Z sendrecv.head[1]=0x4E;//N sendrecv.head[2]=0x4A;//J sendrecv.head[3]=0x4A;//J 相当于前缀 sendrecv.length=15; for(i=0;i<8;i++) { sendrecv.data[i]=0x00; } sendrecv.humi[0]=0x00;//传感器0状态 sendrecv.humi[1]=0x00;//传感器1状态 sendrecv.elengine[0]=0x00;//电机0状态 sendrecv.elengine[1]=0x00;//电机1状态 sendrecv.led[0]=0x00;//led0状态 sendrecv.led[1]=0x00;//led1状态 sendrecv.led[2]=0x00;//led2状态 } ~~~ 数据包是根据我们和服务器端所定的协议来构建的。如下图  udp_pcb udp协议控制块（用来装一些双方连接信息） ~~~ c struct udp_pcb { /* Common members of all PCB types */ IP_PCB; /* 指向下一个PCB */ struct udp_pcb *next; u8_t flags; /** 端口 本地和远端定义的端口号*/ u16_t local_port, remote_port; #if LWIP_IGMP /** outgoing network interface for multicast packets */ ip_addr_t multicast_ip; #endif /* LWIP_IGMP */ #if LWIP_UDPLITE /** used for UDP_LITE only */ u16_t chksum_len_rx, chksum_len_tx; #endif /* LWIP_UDPLITE */ /** 接受回调函数*/ udp_recv_fn recv; /** user-supplied argument for the recv callback 用户提供的回调函数 */ void *recv_arg; }; ~~~ - ip_addr 32位的IP地址 - 设置远端IP地址 ~~~c /* This is the aligned version of ip_addr_t, used as local variable, on the stack, etc. */ struct ip_addr { u32_t addr; }; /*此函数用来设置远端IP地址 */ void udp_demo_set_remoteip(void) { u8 *tbuf; u16 xoff; u8 key; POINT_COLOR=RED; tbuf=mymalloc(SRAMIN,100); //申请内存 if(tbuf==NULL)return; //前三个IP保持和DHCP得到的IP一致 同一网段 lwipdev.remoteip[0]=lwipdev.ip[0];//192 lwipdev.remoteip[1]=lwipdev.ip[1];//168 lwipdev.remoteip[2]=lwipdev.ip[2];//1 lwipdev.remoteip[3]=(uint8_t)(0x01);//自己定义服务器端IP sprintf((char*)tbuf,"Remote IP:%d.%d.%d.",lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2]);//远端IP POINT_COLOR=BLUE; xoff=strlen((char*)tbuf)*8+30; printf("KEY1:+ KEY0:-\r\n"); printf("KEY_UP:OK\r\n"); //此处使用可调节式的远端IP设置 while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==WKUP_PRES)break; else if(key) { if(key==KEY1_PRES)lwipdev.remoteip[3]++;//IP增加 if(key==KEY0_PRES)lwipdev.remoteip[3]--;//IP减少 printf("%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2],lwipdev.remoteip[3]);//显示新IP } } myfree(SRAMIN,tbuf); } ~~~ 1. 本地IP可从上述代码看出，本地IP采用DHCP动态分配的IP地址，如果分配不成功则使用默认设置IP，如下代码所示，还初始化了MAC、默认远端IP、默认子网掩码、默认网关。lwip控制结构体主要对上述结构体进行封装。 ```c //lwip控制结构体 typedef struct { u8 mac[6]; //MAC地址 u8 remoteip[4]; //远端主机IP地址 u8 ip[4]; //本机IP地址 u8 netmask[4]; //子网掩码 u8 gateway[4]; //默认网关的IP地址 vu8 dhcpstatus; //dhcp状态 //0,未获取DHCP地址; //1,进入DHCP获取状态 //2,成功获取DHCP地址 //0XFF,获取失败. }__lwip_dev; //lwip 默认IP设置 //lwipx:lwip控制结构体指针 void lwip_comm_default_ip_set(__lwip_dev *lwipx) { //默认远端IP为:192.168.1.100 lwipx->remoteip[0]=192; lwipx->remoteip[1]=168; lwipx->remoteip[2]=1; lwipx->remoteip[3]=100; //MAC地址设置(高三字节固定为:2.0.0,低三字节用STM32唯一ID) lwipx->mac[0]=enc28j60_dev.macaddr[0]; lwipx->mac[1]=enc28j60_dev.macaddr[1]; lwipx->mac[2]=enc28j60_dev.macaddr[2]; lwipx->mac[3]=enc28j60_dev.macaddr[3]; lwipx->mac[4]=enc28j60_dev.macaddr[4]; lwipx->mac[5]=enc28j60_dev.macaddr[5]; //默认本地IP为:192.168.1.30 lwipx->ip[0]=192; lwipx->ip[1]=168; lwipx->ip[2]=1; lwipx->ip[3]=30; //默认子网掩码:255.255.255.0 lwipx->netmask[0]=255; lwipx->netmask[1]=255; lwipx->netmask[2]=255; lwipx->netmask[3]=0; //默认网关:192.168.1.1 lwipx->gateway[0]=192; lwipx->gateway[1]=168; lwipx->gateway[2]=1; lwipx->gateway[3]=1; lwipx->dhcpstatus=0;//没有DHCP } ``` ## int main(void) 主函数我们主要看下lwip_comm_init();与udp_demo_test();这两个函数。 ```c extern u8 udp_demo_flag; //UDP 测试全局状态标记变量 int main(void) { u8 key; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级 uart_init(115200); //串口初始化为115200 KEY_Init(); //初始化按键 LED_Init(); //LED端口初始化 TIM3_Int_Init(1000,719); //定时器3频率为100hz //系统时钟 用来保持LWIP精准计时 MOTOR_PWM_Init(7199,0); //=====初始化PWM 10KHZ，用于驱动电机 如需初始化电调接口 改为MiniBalance_PWM_Init(9999,35) 200HZ FSMC_SRAM_Init(); //初始化外部SRAM my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池 my_mem_init(SRAMEX); //初始化外部内存池 while(lwip_comm_init()) //lwip初始化 TCP/IP协议栈 { delay_ms(1200); } printf("LWIP Init Success!\r\n"); #if LWIP_DHCP //使用DHCP while((lwipdev.dhcpstatus!=2)&&(lwipdev.dhcpstatus!=0XFF))//等待DHCP获取成功/超时溢出 { lwip_periodic_handle(); //LWIP内核需要定时处理的函数 } #endif delay_ms(500); //延时1s delay_ms(500); udp_demo_test(); //UDP 模式 连接 连接成功就在此函数 //连接失败才会执行 下面while(1)用来再次连接上位机 while(1) { key = KEY_Scan(0); if(key == KEY1_PRES) //按KEY1键建立连接 { if((udp_demo_flag & 1<<5)) printf("UDP连接已经建立,不能重复连接\r\n"); //如果连接成功,不做任何处理 else udp_demo_test(); //当断开连接后,调用udp_demo_test()函数 } delay_ms(10); } } ``` ### u8 lwip_comm_init(void) *此函数的执行流程* 1. 初始化enc28j60模块 2. 初始化lwip内核 3. 设置默认IP等信息 4. 如果使用DHCP，则开启DHCP服务并分配IP等信息 5. 添加网口 6. 设置网口为默认网口 7. 打开网口 ```c //LWIP初始化(LWIP启动的时候使用) //返回值:0,成功 // 1,内存错误 // 2,DM9000初始化失败 // 3,网卡添加失败. u8 lwip_comm_init(void) { struct netif *Netif_Init_Flag; //调用netif_add()函数时的返回值,用于判断网络初始化是否成功 struct ip_addr ipaddr; //ip地址 struct ip_addr netmask; //子网掩码 struct ip_addr gw; //默认网关 if(lwip_comm_mem_malloc())return 1; //内存申请失败 if(ENC28J60_Init())return 2; //初始化ENC28J60 lwip_init(); //初始化LWIP内核 lwip_comm_default_ip_set(&lwipdev); //设置默认IP等信息 #if LWIP_DHCP //使用动态IP ipaddr.addr = 0; netmask.addr = 0; gw.addr = 0; #else //使用静态IP IP4_ADDR(&ipaddr,lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]); IP4_ADDR(&netmask,lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1] ,lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]); IP4_ADDR(&gw,lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]); printf("网卡en的MAC地址为:................%d.%d.%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.mac[0],lwipdev.mac[1],lwipdev.mac[2],lwipdev.mac[3],lwipdev.mac[4],lwipdev.mac[5]); printf("静态IP地址........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]); printf("子网掩码..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]); printf("默认网关..........................%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]); #endif Netif_Init_Flag=netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,ðernetif_init,ðernet_input);//向网卡列表中添加一个网口 #if LWIP_DHCP //如果使用DHCP的话 lwipdev.dhcpstatus=0; //DHCP标记为0 dhcp_start(&lwip_netif); //开启DHCP服务 #endif if(Netif_Init_Flag==NULL)return 3;//网卡添加失败 else//网口添加成功后,设置netif为默认值,并且打开netif网口 { netif_set_default(&lwip_netif); //设置netif为默认网口 netif_set_up(&lwip_netif); //打开netif网口 } return 0;//操作OK. } ``` ### void udp_demo_test(void) **此函数的执行流程** *下面执行过程都是递进的只有全部都成功才会显示准备完毕（res=1）否则res=0* 1. 设置远端IP地址（按键调节） 2. 创建udp控制块udppcb 3. 初始化发送包 4. 将远端IP地址打包成32位 ip_addr rmtipaddr 5. 将打包好的远端IP与端口号连接到udppcb 6. 绑定本地IP地址与端口号 7. 注册接受回调函数udp_demo_recv（此函数为我们接收到处理都在里面处理，后面详细讲解） 8. 标记本地UDP准备完毕udp_demo_flag置一。 9. while（）{用户自定义发送，接收} 10. 发送完毕，关闭连接。 11. 释放申请的动态内存 ~~~c //UDP测试 void udp_demo_test(void) { err_t err; struct udp_pcb *udppcb; //定义一个UDP服务器控制块 struct ip_addr rmtipaddr; //用来保存远端ip地址 u8 *tbuf; u8 key; u8 res=0; udp_demo_set_remoteip();//设置远端IP tbuf=mymalloc(SRAMIN,200); //申请内存 if(tbuf==NULL) return ; //内存申请失败了,直接退出 sprintf((char*)tbuf,"Local IP:%d.%d.%d.%d",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);//服务器IP sprintf((char*)tbuf,"Remote IP:%d.%d.%d.%d",lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2],lwipdev.remoteip[3]);//远端IP sprintf((char*)tbuf,"Remote Port:%d",UDP_DEMO_PORT);//客户端端口号 POINT_COLOR=BLUE;//字体为蓝色 //创建一个UDP控制块 udppcb=udp_new();//他自己的内存池创建 initsardata();//初始化发送包 if(udppcb)//创建成功 { IP4_ADDR(&rmtipaddr,lwipdev.remoteip[0],lwipdev.remoteip[1],lwipdev.remoteip[2],lwipdev.remoteip[3]);//打包成u32 位 err=udp_connect(udppcb,&rmtipaddr,UDP_DEMO_PORT);//UDP客户端连接到指定IP地址和端口号的服务器 if(err==ERR_OK) { err=udp_bind(udppcb,IP_ADDR_ANY,UDP_DEMO_PORT);//绑定本地IP地址与端口号 if(err==ERR_OK) //绑定完成 { udp_recv(udppcb,udp_demo_recv,NULL);//注册接收回调函数 给相关的udppcb结构体元素赋值 printf("STATUS:Connected \r\n");//标记连接上了(UDP是非可靠连接,这里仅仅表示本地UDP已经准备好) udp_demo_flag |= 1<<5; //标记已经连接上 POINT_COLOR=RED; POINT_COLOR=BLUE;//蓝色字体 }else res=1; }else res=1; }else res=1; /////////////////////////////////////////// //根据用户需求自定义以下函数 while(res==0)//连接成功 { key=KEY_Scan(0); if(key==WKUP_PRES)break; if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下了,发送数据 { udp_demo_senddata(udppcb); } if(udp_demo_flag&1<<6)//是否收到数据? { udp_demo_senddata(udppcb);//根据需求收到后给予服务器端回应 elengine_wyx = 1;//电机转动标志（保证每次接受到转动一次） udp_demo_flag&=~(1<<6);//标记数据已经被处理了. } lwip_periodic_handle();//轮询任务 维持LWIP内核 delay_ms(2); } /////////////////////////////////////////// udp_demo_connection_close(udppcb); myfree(SRAMIN,tbuf); } ``` 再来看看 ### void udp_demo_recv(void *arg,struct udp_pcb *upcb,struct pbuf *p,struct ip_addr *addr,u16_t port) *此函数的执行流程为* 1. 清空接收缓冲区 2. 判断数据缓冲区剩余的空间是否够用，如果不够用则只拷贝一部分直至缓冲区满。（因为是循环存储拷贝的，所以可能存在这种情况）。 3. 解析接收的数据包。 4. 根据解析后的数据包，使系统做出相应处理。 5. 记录远程IP地址并释放内存。 ```c //UDP回调函数 //p为原始数据 // void udp_demo_recv(void *arg,struct udp_pcb *upcb,struct pbuf *p,struct ip_addr *addr,u16_t port) { u32 data_len = 0; struct pbuf *q; if(p!=NULL) //接收到不为空的数据时 { memset(udp_demo_recvbuf,0,UDP_DEMO_RX_BUFSIZE); //数据接收缓冲区清零 for(q=p;q!=NULL;q=q->next) //遍历完整个pbuf链表 将p里面的数据拷贝到udp_demo_recvbuf缓冲区 { //判断要拷贝到UDP_DEMO_RX_BUFSIZE中的数据是否大于UDP_DEMO_RX_BUFSIZE的剩余空间，如果大于 //的话就只拷贝UDP_DEMO_RX_BUFSIZE中剩余长度的数据，否则的话就拷贝所有的数据 if(q->len > (UDP_DEMO_RX_BUFSIZE-data_len)) memcpy(udp_demo_recvbuf+data_len,q->payload,(UDP_DEMO_RX_BUFSIZE-data_len));//拷贝数据 else memcpy(udp_demo_recvbuf+data_len,q->payload,q->len); data_len += q->len; if(data_len > UDP_DEMO_RX_BUFSIZE) break; //超出TCP客户端接收数组,跳出 } readrecv();//读取接受缓冲区的东西，以便处理 //需修改的话，修改此处 Message_processing(); ///////// upcb->remote_ip=*addr; //记录远程主机的IP地址 upcb->remote_port=port; //记录远程主机的端口号 lwipdev.remoteip[0]=upcb->remote_ip.addr&0xff; //IADDR4 lwipdev.remoteip[1]=(upcb->remote_ip.addr>>8)&0xff; //IADDR3 lwipdev.remoteip[2]=(upcb->remote_ip.addr>>16)&0xff;//IADDR2 lwipdev.remoteip[3]=(upcb->remote_ip.addr>>24)&0xff;//IADDR1 udp_demo_flag|=1<<6; //标记接收到数据了 pbuf_free(p);//释放内存 }else { udp_disconnect(upcb); udp_demo_flag &= ~(1<<5); //标记连接断开 } } ``` 和回调函数有关的三个函数：解析函数 前缀判断函数 处理函数。这三个函数较简单。 前缀判断函数：根据前面说的ZNJJ协议来判断有效数据部分 ```c u8 judge(void)//前缀判断函数 { u8 position; for(position=0;position=sendrecv.length) return 0;//说明没找到有效数据位 else return position+4;//让position指向第一个有效数据位 } void readrecv(void) { u8 position; if(judge()==0);//判断数据是否符合ZNJJ 0 不符合 1 符合 else//符合做相关处理 { position=judge();//从该位提取控制数据 将接收数据存放在相应的标志位上 sendrecv.led[0]=udp_demo_recvbuf[position]; position++; sendrecv.led[1]=udp_demo_recvbuf[position]; position++; sendrecv.led[2]=udp_demo_recvbuf[position]; position++; sendrecv.elengine[0]=udp_demo_recvbuf[position]; position++; sendrecv.elengine[1]=udp_demo_recvbuf[position]; position++; sendrecv.humi[0]=((udp_demo_recvbuf[position]-0x30)); position++; sendrecv.humi[1]=((udp_demo_recvbuf[position]-0x30)); } } void Message_processing() { //printf("l:%s e:%s %s \r\n",sendrecv.led,sendrecv.elengine,udp_demo_recvbuf); if(sendrecv.led[0]=='1') LED0=1; else LED0=0; if(sendrecv.led[1]=='1') LED1=1; else LED1=0; if(sendrecv.led[2]=='1') LED2=1; else LED2=0; //printf("wwwwwwwww%d \r\n",sendrecv.elengine[0]); if(sendrecv.humi[0]==1){ //printf("wwwwwwwww%d \r\n",sendrecv.humi[0]); if(sendrecv.elengine[0]=='1'&&sendrecv.elengine[1]=='1'&&elengine_wyx)//控制发动机 elengine_wyx此变量用来控制在接收到一次数据时电机只转动一次，在接收时将他置为一 { Open_Elengine_1(1); GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12); GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13); //printf("qqqqqqqqq%d %d\r\n",sendrecv.elengine[0],sendrecv.elengine[1]); elengine_wyx = 0; } if(sendrecv.elengine[0]=='1'&&sendrecv.elengine[1]=='0'&&elengine_wyx)//控制发动机 { Open_Elengine_1(0); //printf("wwwwwwwww%d \r\n",sendrecv.elengine[0]); elengine_wyx = 0; } } else { //printf("22222222%d \r\n",sendrecv.humi[0]); Close_Elengine_1(); } if(sendrecv.elengine[0]=='0'&&sendrecv.elengine[1]=='1')//控制发动机 { //printf("eeeeeeeee%d %d\r\n",sendrecv.elengine[0],sendrecv.elengine[1]); Open_Elengine_2(); } if(sendrecv.elengine[0]=='0'&&sendrecv.elengine[1]=='0')//控制发动机 { Close_Elengine_2(); //printf("rrrrrrrrr%d %d\r\n",sendrecv.elengine[0],sendrecv.elengine[1]); } } ``` ## void udp_demo_senddata(struct udp_pcb *upcb)//发送数据函数 所发送的数据包在全局变量sendrecv结构体中。 1. 温湿度传感器读取数据存放到temp，humi中 2. 设置temp与humi的值到sendrecv结构体的data中 3. 将设置好的数据放到要发送的udp_demo_sendbuf字符串里面 4. 把udp_demo_sendbuf放到ptr中。 5. 发送ptr数据。 ```c //UDP服务器发送数据 void udp_demo_senddata(struct udp_pcb *upcb) { struct pbuf *ptr; ptr=pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT,strlen((char*)udp_demo_sendbuf),PBUF_POOL); //申请内存 if(ptr)//申请成功 { DHT11_Read_Data1(&temp1,&humi1); udp_demo_sendbuf=mymalloc(SRAMIN,sendrecv.length+1); setdata(); setsendbuf(); //将被设置好的 sendrecv赋给udp_demo_sendbuf printf(":%s %d\r\n",udp_demo_sendbuf,strlen((char*)udp_demo_sendbuf)); pbuf_take(ptr,(char*)udp_demo_sendbuf,strlen((char*)udp_demo_sendbuf));//构造ptr的数据部分 udp_send(upcb,ptr); //udp发送数据 pbuf_free(ptr);//释放内存 myfree(SRAMIN,udp_demo_sendbuf); } } //设置温湿度到sendrecv的data结构体 void setdata(void) { //temp整数部分 if(((temp1&0xf0)>>4)>=0x00&&((temp1&0xf0)>>4)<0x0A) sendrecv.data[0]=((temp1&0xf0)>>4)+0x30; else sendrecv.data[0]=(temp1&0xf0)+0x37; //temp小数部分 if((temp1&0x0f)>=0x00&&(temp1&0x0f)<0x0A) sendrecv.data[1]=(temp1&0x0f)+0x30; else sendrecv.data[1]=(temp1&0x0f)+0x37; //humi整数 if(((humi1&0xf0)>>4)>=0x00&&((humi1&0xf0)>>4)<0x0A) sendrecv.data[2]=((humi1&0xf0)>>4)+0x30; else sendrecv.data[2]=(humi1&0xf0)+0x37; //humi小数 if((humi1&0x0f)>=0x00&&(humi1&0x0f)<0x0A) sendrecv.data[3]=(humi1&0x0f)+0x30; else sendrecv.data[3]=(humi1&0x0f)+0x37; printf("humi:%d temp: %d sendrecv.data:%s\r\n",humi1,temp1,sendrecv.data); } //将sendrecv结构体数据放到udp_demo_sendbuf中 void setsendbuf(void) { u8 i; udp_demo_sendbuf[0]=sendrecv.head[0]; udp_demo_sendbuf[1]=sendrecv.head[1]; udp_demo_sendbuf[2]=sendrecv.head[2]; udp_demo_sendbuf[3]=sendrecv.head[3]; udp_demo_sendbuf[9]=sendrecv.humi[0]+0x30; udp_demo_sendbuf[10]=sendrecv.humi[1]+0x30; for(i=11;i<15;i++) { udp_demo_sendbuf[i]=sendrecv.data[i-11]; } udp_demo_sendbuf[7]=sendrecv.elengine[0]; udp_demo_sendbuf[8]=sendrecv.elengine[1]; udp_demo_sendbuf[4]=sendrecv.led[0]; udp_demo_sendbuf[5]=sendrecv.led[1]; udp_demo_sendbuf[6]=sendrecv.led[2]; } ```

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