基于MM32F3270以太网Client使用

前面介绍了基于Socket方式的以太网通讯，接下来给大家介绍基于TCP包的通讯。内容分为基于MM32F3270以太网Client的使用与基于MM32F3270以太网Server的使用。

首先，对TCP有个简单的介绍：

TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。即客户端和服务器之间在交换数据之前会先建立一个TCP连接，才能相互传输数据。并且提供超时重发，丢弃重复数据，检验数据，流量控制等功能，保证数据能从一端传到另一端。

TCP优点：可靠、稳定，TCP的可靠体现在TCP在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

TCP的缺点：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击，TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。由于TCP存在确认机制和三次握手机制，这些是导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

接下来，介绍Client 的使用实现：

Demo使用MB-039开发板，在工程中使用LwIP+FreeRTOS，实验展示如何制作一个Client端，并发送数据，实验使用到的硬件如下：

如图是MB-039（完整原理图可以通过MM32官网下载）的ETH部分。

各个信号引脚对应如下：

在进行Client实验前，我们先了解需要使用到的API：

1）netconn_new ()

2）netconn_connect ()

3）netconn_write ()

每一个函数实现的功能：

01、netconn_new ()

netconn_new的功能为创建一个新的连接结构，结构类型可以为TCP/UDP其源码如下：

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;
}

从源码中可以看出，其功能为申请并初始化一个netconn结构体，同时在netconn_alloc函数中为conn变量创建一个接收邮箱（recvmbox），和一个信号量（conn->op_completed）。内存申请成功后使用netconn_apimsg函数构建一个消息，使用OS的系统邮箱发送给内核，请求以太网协议栈去执行lwip_netconn_do_newconn()函数，在执行时使用conn->op_completed进行信号量同步，任务处理完成后，释放一个信号量表示任务完成。

02、netconn_connect ()

netconn_connect作用为建立连接，在调用时将服务器端IP地址、端口号和本地的netconn结构绑定，源码如下：

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;
}

从源码中可以看出，其功能为使用netconn_apimsg创建一个消息，通过执行lwip_netconn_do_connect进行信号量的同步，将addr、port与conn进行绑定。

03、netconn_write ()

netconn_write()为处于稳定状态的TCP协议发送数据。TCP协议数据以数据流的方式传递，因此只需要知道地址、长度及需要发送的数据即可，其实际函数为netconn_write_vectors_partly（源码较长，就不贴出来了）。重点关注一下官方API文档对于apiflags参数的介绍：

* @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的值为NETCONN_COPY时，dataptr指针指向的数据将会被拷贝到为这些数据分配的内部缓冲区，在调用本函数之后可以直接对这些数据进行修改而不会影响数据，但是拷贝的过程是需要消耗系统资源的，CPU需要参与数据的拷贝，而且还会占用新的内存空间。

apiflags值为NETCONN_NOCOPY时，数据不会被拷贝而是直接使用dataptr指针来引用。但是这些数据在函数调用后不能立即被修改，因为这些数据可能会被放在当前TCP连接的重传队列中，以防对方未收到数据进行重传，而这段时间是不确定的。但是如果用户需要发送的数据在ROM中（静态数据），这样子就无需拷贝数据，直接引用数据即可。

apiflags值为NETCONN_MORE时，那么接收端在组装这些TCP报文段的时候，会将报文段首部的PSH标志置一，这些数据完成组装的时候，将会被立即递交给上层应用。

apiflags值为NETCONN_DONTBLOCK时，表示在内核发送缓冲区满的时候，再调用netconn_write()函数将不会被阻塞，而是会直接返回一个错误代码ERR_VAL告诉应用程序发送数据失败，应用程序可以自行处理这些数据，在适当的时候进行重传操作。

apiflags值为NETCONN_NOAUTORCVD时，表示在TCP协议接收到数据的时候，调用netconn_recv_data_tcp()函数的时候不会去更新接收窗口，只能由用户自己调用netconn_tcp_recvd()函数完成接收窗口的更新操作。

了解了以上3个API，我们开始创建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）将需要发送的数据装填进send_buf中

2）申请一个内存区域，类型为TCP

3）如果conn为空表示申请内存失败

4）将地址赋值给ipaddr

5）创建连接，如果失败则删除conn

6）执行数据发送

到这里已经完成了工程的创建，但是还有一步比较重要的，配置我们的IP，将数据发送给服务器端，则需要知道服务器的地址。打开命令行窗口输入：ipconfig

PC地址为：192.168.105.34，在sys_arch.h文件中对DEST_IP_ADDR0 、DEST_IP_ADDR1、DEST_IP_ADDR2、DEST_IP_ADDR3进行修改，DEST_PORT随意修改，值得注意的同一个设备是如果创建多个网卡，PORT成不同的值即可，后面我们会进行这类实验，设备IP需要设置在同一个网段内通信才能进行IP_ADDR0、IP_ADDR1、IP_ADDR2，需要与PC地址保持一致，IP_ADDR3可以随意设置（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

将程序下载入开发板中，使用SSCOM工具进行如下设置：

点击侦听：

可以正常侦听并接收到数据，表明实验成功。实验程序请登录我们的官网下载MM32F3270 SDK，工程路径如下：

~MM32F3270_Lib_Samples_V0.90Demo_appEthernet_DemoETH_RTOSFreertos_Client

来源：灵动MM32MCU


审核编辑：汤梓红