基于MM32F3270以太網(wǎng)Client使用

前面介紹了基于Socket方式的以太網(wǎng)通訊，接下來給大家介紹基于TCP包的通訊。內(nèi)容分為基于MM32F3270以太網(wǎng)Client的使用與基于MM32F3270以太網(wǎng)Server的使用。

首先，對TCP有個簡單的介紹：

TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。即客戶端和服務器之間在交換數(shù)據(jù)之前會先建立一個TCP連接，才能相互傳輸數(shù)據(jù)。并且提供超時重發(fā)，丟棄重復數(shù)據(jù)，檢驗數(shù)據(jù)，流量控制等功能，保證數(shù)據(jù)能從一端傳到另一端。

TCP優(yōu)點：可靠、穩(wěn)定，TCP的可靠體現(xiàn)在TCP在傳遞數(shù)據(jù)之前，會有三次握手來建立連接，而且在數(shù)據(jù)傳遞時，有確認、窗口、重傳、擁塞控制機制，在數(shù)據(jù)傳完后，還會斷開連接用來節(jié)約系統(tǒng)資源。

TCP的缺點：慢，效率低，占用系統(tǒng)資源高，易被攻擊，TCP在傳遞數(shù)據(jù)之前，要先建連接，這會消耗時間，而且在數(shù)據(jù)傳遞時，確認機制、重傳機制、擁塞控制機制等都會消耗大量的時間，而且要在每臺設備上維護所有的傳輸連接，事實上，每個連接都會占用系統(tǒng)的CPU、內(nèi)存等硬件資源。由于TCP存在確認機制和三次握手機制，這些是導致TCP容易被人利用，實現(xiàn)DOS、DDOS、CC等攻擊。

接下來，介紹Client 的使用實現(xiàn)：

Demo使用MB-039開發(fā)板，在工程中使用LwIP+FreeRTOS，實驗展示如何制作一個Client端，并發(fā)送數(shù)據(jù)，實驗使用到的硬件如下：

如圖是MB-039（完整原理圖可以通過MM32官網(wǎng)下載）的ETH部分。

各個信號引腳對應如下：

在進行Client實驗前，我們先了解需要使用到的API：

1）netconn_new ()

2）netconn_connect ()

3）netconn_write ()

每一個函數(shù)實現(xiàn)的功能：

01、netconn_new ()

netconn_new的功能為創(chuàng)建一個新的連接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)類型可以為TCP/UDP其源碼如下：

struct netconn*
netconn_new_with_proto_and_callback(enum netconn_type t, u8_t proto, netconn_callback callback)
{
    struct netconn* conn;
    API_MSG_VAR_DECLARE(msg);
    API_MSG_VAR_ALLOC_RETURN_NULL(msg);

    conn = netconn_alloc(t, callback);
    if (conn != NULL) {
        err_t err;

        API_MSG_VAR_REF(msg).msg.n.proto = proto;
        API_MSG_VAR_REF(msg).conn = conn;
        err = netconn_apimsg(lwip_netconn_do_newconn,  API_MSG_VAR_REF(msg));
        if (err != ERR_OK) {
            LWIP_ASSERT("freeing conn without freeing pcb", conn->pcb.tcp == NULL);
            LWIP_ASSERT("conn has no recvmbox", sys_mbox_valid( conn->recvmbox));
#if LWIP_TCP
            LWIP_ASSERT("conn->acceptmbox shouldn't exist", !sys_mbox_valid( conn->acceptmbox));
#endif /* LWIP_TCP */
#if !LWIP_NETCONN_SEM_PER_THREAD
            LWIP_ASSERT("conn has no op_completed", sys_sem_valid( conn->op_completed));
            sys_sem_free( conn->op_completed);
#endif /* !LWIP_NETCONN_SEM_PER_THREAD */
            sys_mbox_free( conn->recvmbox);
            memp_free(MEMP_NETCONN, conn);
            API_MSG_VAR_FREE(msg);
            return NULL;
        }
    }
    API_MSG_VAR_FREE(msg);
    return conn;
}

從源碼中可以看出，其功能為申請并初始化一個netconn結(jié)構(gòu)體，同時在netconn_alloc函數(shù)中為conn變量創(chuàng)建一個接收郵箱（recvmbox），和一個信號量（conn->op_completed）。內(nèi)存申請成功后使用netconn_apimsg函數(shù)構(gòu)建一個消息，使用OS的系統(tǒng)郵箱發(fā)送給內(nèi)核，請求以太網(wǎng)協(xié)議棧去執(zhí)行l(wèi)wip_netconn_do_newconn()函數(shù)，在執(zhí)行時使用conn->op_completed進行信號量同步，任務處理完成后，釋放一個信號量表示任務完成。

02、netconn_connect ()

netconn_connect作用為建立連接，在調(diào)用時將服務器端IP地址、端口號和本地的netconn結(jié)構(gòu)綁定，源碼如下：

err_t  netconn_connect(struct netconn* conn, const ip_addr_t* addr, u16_t port)
{
    API_MSG_VAR_DECLARE(msg);
    err_t err;

    LWIP_ERROR("netconn_connect: invalid conn", (conn != NULL), return ERR_ARG;);

#if LWIP_IPV4
    /* Don't propagate NULL pointer (IP_ADDR_ANY alias) to subsequent functions */
    if (addr == NULL) {
        addr = IP4_ADDR_ANY;
    }
#endif /* LWIP_IPV4 */

    API_MSG_VAR_ALLOC(msg);
    API_MSG_VAR_REF(msg).conn = conn;
    API_MSG_VAR_REF(msg).msg.bc.ipaddr = API_MSG_VAR_REF(addr);
    API_MSG_VAR_REF(msg).msg.bc.port = port;
    err = netconn_apimsg(lwip_netconn_do_connect,  API_MSG_VAR_REF(msg));
    API_MSG_VAR_FREE(msg);

    return err;
}

從源碼中可以看出，其功能為使用netconn_apimsg創(chuàng)建一個消息，通過執(zhí)行l(wèi)wip_netconn_do_connect進行信號量的同步，將addr、port與conn進行綁定。

03、netconn_write ()

netconn_write()為處于穩(wěn)定狀態(tài)的TCP協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的方式傳遞，因此只需要知道地址、長度及需要發(fā)送的數(shù)據(jù)即可，其實際函數(shù)為netconn_write_vectors_partly（源碼較長，就不貼出來了）。重點關注一下官方API文檔對于apiflags參數(shù)的介紹：

* @param apiflags combination of following flags :
* - NETCONN_COPY: data will be copied into memory belonging to the stack
* - NETCONN_MORE: for TCP connection, PSH flag will be set on last segment sent
* - NETCONN_DONTBLOCK: only write the data if all data can be written at once

apiflags的值為NETCONN_COPY時，dataptr指針指向的數(shù)據(jù)將會被拷貝到為這些數(shù)據(jù)分配的內(nèi)部緩沖區(qū)，在調(diào)用本函數(shù)之后可以直接對這些數(shù)據(jù)進行修改而不會影響數(shù)據(jù)，但是拷貝的過程是需要消耗系統(tǒng)資源的，CPU需要參與數(shù)據(jù)的拷貝，而且還會占用新的內(nèi)存空間。

apiflags值為NETCONN_NOCOPY時，數(shù)據(jù)不會被拷貝而是直接使用dataptr指針來引用。但是這些數(shù)據(jù)在函數(shù)調(diào)用后不能立即被修改，因為這些數(shù)據(jù)可能會被放在當前TCP連接的重傳隊列中，以防對方未收到數(shù)據(jù)進行重傳，而這段時間是不確定的。但是如果用戶需要發(fā)送的數(shù)據(jù)在ROM中（靜態(tài)數(shù)據(jù)），這樣子就無需拷貝數(shù)據(jù)，直接引用數(shù)據(jù)即可。

apiflags值為NETCONN_MORE時，那么接收端在組裝這些TCP報文段的時候，會將報文段首部的PSH標志置一，這些數(shù)據(jù)完成組裝的時候，將會被立即遞交給上層應用。

apiflags值為NETCONN_DONTBLOCK時，表示在內(nèi)核發(fā)送緩沖區(qū)滿的時候，再調(diào)用netconn_write()函數(shù)將不會被阻塞，而是會直接返回一個錯誤代碼ERR_VAL告訴應用程序發(fā)送數(shù)據(jù)失敗，應用程序可以自行處理這些數(shù)據(jù)，在適當?shù)臅r候進行重傳操作。

apiflags值為NETCONN_NOAUTORCVD時，表示在TCP協(xié)議接收到數(shù)據(jù)的時候，調(diào)用netconn_recv_data_tcp()函數(shù)的時候不會去更新接收窗口，只能由用戶自己調(diào)用netconn_tcp_recvd()函數(shù)完成接收窗口的更新操作。

了解了以上3個API，我們開始創(chuàng)建Client工程：

static void client(void* thread_param)
{
    struct netconn* conn;
    int ret;
    ip4_addr_t ipaddr;
    uint8_t send_buf[] = "This is MM32F3270 TCP Client Demon";         //(1)
    while(1) {
        conn = netconn_new(NETCONN_TCP);                       //(2)
        if (conn == NULL) {                                       // (3)
            printf("create conn failed!n");
            vTaskDelay(10);
            continue;
        }
        IP4_ADDR( ipaddr, DEST_IP_ADDR0, DEST_IP_ADDR1, DEST_IP_ADDR2, DEST_IP_ADDR3);                                           // (4)
        ret = netconn_connect(conn,  ipaddr, DEST_PORT);      // (5)
        if (ret == -1) {
            printf("Connect failed!n");
            netconn_close(conn);
            vTaskDelay(10);
            continue;
        }
        while (1) {
            ret = netconn_write(conn, send_buf, sizeof(send_buf), 0);  // (6)
            vTaskDelay(1000);
        }
    }

}

1）將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)裝填進send_buf中

2）申請一個內(nèi)存區(qū)域，類型為TCP

3）如果conn為空表示申請內(nèi)存失敗

4）將地址賦值給ipaddr

5）創(chuàng)建連接，如果失敗則刪除conn

6）執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送

到這里已經(jīng)完成了工程的創(chuàng)建，但是還有一步比較重要的，配置我們的IP，將數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器端，則需要知道服務器的地址。打開命令行窗口輸入：ipconfig

PC地址為：192.168.105.34，在sys_arch.h文件中對DEST_IP_ADDR0 、DEST_IP_ADDR1、DEST_IP_ADDR2、DEST_IP_ADDR3進行修改，DEST_PORT隨意修改，值得注意的同一個設備是如果創(chuàng)建多個網(wǎng)卡，PORT成不同的值即可，后面我們會進行這類實驗，設備IP需要設置在同一個網(wǎng)段內(nèi)通信才能進行IP_ADDR0、IP_ADDR1、IP_ADDR2，需要與PC地址保持一致，IP_ADDR3可以隨意設置（和PC地址不一致即可）。

#define DEST_IP_ADDR0               192
#define DEST_IP_ADDR1               168
#define DEST_IP_ADDR2               105
#define DEST_IP_ADDR3               34

#define DEST_PORT                  5001

#define IP_ADDR0                    192
#define IP_ADDR1                    168
#define IP_ADDR2                    105
#define IP_ADDR3                    137

將程序下載入開發(fā)板中，使用SSCOM工具進行如下設置：

點擊偵聽：

可以正常偵聽并接收到數(shù)據(jù)，表明實驗成功。實驗程序請登錄我們的官網(wǎng)下載MM32F3270 SDK，工程路徑如下：

~MM32F3270_Lib_Samples_V0.90Demo_appEthernet_DemoETH_RTOSFreertos_Client

來源：靈動MM32MCU


審核編輯：湯梓紅