沁恆 CH32V208(四): CH32V208 網路DHCP範例程式碼分析
2023-05-15 06:00:56
目錄
- 沁恆 CH32V208(一): CH32V208WBU6 評估板上手報告和Win10環境設定
- 沁恆 CH32V208(二): CH32V208的儲存結構, 啟動模式和時鐘
- 沁恆 CH32V208(三): CH32V208 Ubuntu22.04 Makefile VSCode環境設定
- 沁恆 CH32V208(四): CH32V208 網路DHCP範例程式碼分析
硬體部分
- CH32V208WBU6 評估板
- WCH-LinkE 或 WCH-Link
硬體環境前面幾節相同, 不再詳細說明. 本節網路測試需要準備支援DHCP的有線網口, 五類/六類網線.
軟體部分
本節以沁恆的網路範例專案為例進行說明.
範例程式碼位於 CH32V20xEVT 壓縮包的 EVT/EXAM/ETH/DHCP 目錄.
對應 GCC 環境的專案程式碼位於 https://github.com/IOsetting/ch32v208-template/tree/main/Examples/ETH/DHCP
編譯和燒錄
這裡只介紹 GCC & Makefile 環境的編譯和燒錄. 參考上一節進行 GCC 環境的設定
- 修改 Makefile 中的
USE_NET_LIB選項, 設定為USE_NET_LIB ?= y, 開啟這個選項, 在編譯時會包含 NetLib 庫 - 清空 User 目錄, 將 Examples/ETH/DHCP 目錄下的檔案複製到 User 目錄, 執行
make編譯專案 - 連線好 WCH-Link 和 CH32V208 評估板, 執行
make flash燒錄
執行範例
除了使用評估板的網口連線網線, 還需要將評估板的串列埠輸出連線到 WCH-Link, 在PC端使用串列埠工具, 波特率115200開啟 /dev/ttyACM0 觀察輸出
啟動階段會列印系統時鐘, MAC地址
22:02:27.934 DHCP Test
SystemClk:120000000
net version:15
mac addr:38 3b 26 88 3f 30
22:02:28.037 WCHNET_LibInit Success
接入網線後, 會提示
22:02:29.693 PHY Link Success
等待幾秒DHCP獲得IP後, 顯示網路資訊
22:02:33.934 DHCP Success
IPAddr = 192.168.1.222
GWIPAddr = 192.168.1.1
IPAddr = 255.255.255.0
DNS1: 192.168.1.1
DNS2: 0.0.0.0
WCH22:02:33.938 NET_SocketCreat 0
此時, 通過PC端可以 ping 通這個IP地址.
程式碼分析
網路庫 NetLib
實現部分是閉源的, 沁恆只提供了一部分外部呼叫的介面. 結構如下
NetLib
├── eth_driver.c
├── eth_driver.h
├── libwchnet.a
└── wchnet.h
對於使用者的專案, 還需要外加一個 net_config.h 檔案, 用於定義網路設定.
工作機制
流程圖
流程說明
如上圖所示, main 函數中的網路功能主要是兩個入口, 一個是 TIM2 的初始化, 給 NetLib 提供系統 tick, 另一個是 ETH_LibInit 之後的主迴圈
int main(void)
{
u8 i;
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200); // 串列埠初始化
printf("DHCP Test\r\n");
printf("SystemClk:%ld\r\n",SystemCoreClock);
printf("net version:%x\n",WCHNET_GetVer());
if( WCHNET_LIB_VER != WCHNET_GetVer() ){
printf("version error.\n"); // 檢查 wchnet.h 的版本(WCHNET_LIB_VER)和 libwchnet.a 中的版本是否一致
}
WCHNET_GetMacAddr(MACAddr); // 從晶片內部FLASH讀取MAC地址, 晶片自帶MAC地址
printf("mac addr:");
for(i = 0; i < 6; i++)
printf("%x ",MACAddr[i]);
printf("\n");
// 以上都是顯示內容, 和網路功能DHCP沒什麼關係, 以下是必須的步驟
TIM2_Init(); // 初始化 TIM2, 用於每隔10ms呼叫 WCHNET_TimeIsr(WCHNETTIMERPERIOD), LocalTime增長
WCHNET_DHCPSetHostname("WCHNET"); // 設定本機 host name, 用於DHCP
i = ETH_LibInit(IPAddr, GWIPAddr, IPMask, MACAddr); // 初始化 Netlib
mStopIfError(i); // 檢查初始化是否成功
if(i == WCHNET_ERR_SUCCESS)
{
printf("WCHNET_LibInit Success\r\n");
}
WCHNET_DHCPStart(WCHNET_DHCPCallBack); // 啟動 DHCP
while(1)
{
WCHNET_MainTask(); // 需要重複執行的網路任務
if(WCHNET_QueryGlobalInt()) // 如果存在網路中斷, 呼叫網路中斷處理常式
{
WCHNET_HandleGlobalInt();
}
}
}
NetLib 的系統 Tick
首先是建立一個間隔10ms的定時器
void TIM2_Init(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure = {0};
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = SystemCoreClock / 1000000 - 1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = WCHNETTIMERPERIOD * 1000 - 1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 0x80);
NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);
}
在中斷中呼叫 WCHNET_TimeIsr(WCHNETTIMERPERIOD)
void TIM2_IRQHandler(void)
{
WCHNET_TimeIsr(WCHNETTIMERPERIOD);
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
}
在 eth_driver.c 中有這個函數的定義, LocalTime是一個遞增的32位元時間戳, 作用類似於 SysTick, 用於函數進行時間判斷
void WCHNET_TimeIsr( uint16_t timperiod )
{
LocalTime += timperiod;
}
不能確定在 libwchnet 中是否用到 LocalTime, 能觀察到使用這個 LocalTime 只有一處程式碼, 用於PHY每隔50ms一次檢查Link狀態
void WCHNET_HandlePhyNegotiation(void)
{
if( !phyStatus ) /* Handling PHY Negotiation Exceptions */
{
if(phyLinkTime > LocalTime)
phyLinkTime = LocalTime;
if( LocalTime - phyLinkTime >= PHY_LINK_TASK_PERIOD ) /* 50ms cycle timing call */
{
phyLinkTime = LocalTime;
WCHNET_LinkProcess( );
}
}
}
NetLib 的初始化和 DHCP 流程
ETH_LibInit 是 Netlib 的初始化函數, 在函數中
- 通過
_WCH_CFG結構體設定傳送緩衝區大小, TCP_MSS大小，ARP Table 大小, 以及網口燈對應的GPIO - 初始化 NetLib
- 初始化並啟動 ETH
uint8_t ETH_LibInit( uint8_t *ip, uint8_t *gwip, uint8_t *mask, uint8_t *macaddr )
{
uint8_t s;
struct _WCH_CFG cfg;
memset(&cfg,0,sizeof(cfg));
cfg.TxBufSize = ETH_TX_BUF_SZE;
cfg.TCPMss = WCHNET_TCP_MSS;
cfg.HeapSize = WCHNET_MEM_HEAP_SIZE;
cfg.ARPTableNum = WCHNET_NUM_ARP_TABLE;
cfg.MiscConfig0 = WCHNET_MISC_CONFIG0;
cfg.MiscConfig1 = WCHNET_MISC_CONFIG1;
cfg.led_link = ETH_LedLinkSet;
cfg.led_data = ETH_LedDataSet;
cfg.net_send = ETH_TxPktChainMode;
cfg.CheckValid = WCHNET_CFG_VALID;
s = WCHNET_ConfigLIB(&cfg); // NetLib引數設定, 閉源方法
if(s){
return (s);
}
s = WCHNET_Init(ip,gwip,mask,macaddr); // 初始化 NetLib, 閉源方法
ETH_Init(macaddr); // ETH傳送與接收的DMA設定, ETH中斷初始化, 啟動ETH
return (s);
}
DHCP 的啟動方法 WCHNET_DHCPStart 是閉源的, 通過這個方法啟動 DHCP, 其引數是一個回撥函數, 用於 DHCP 結束(成功或失敗)時回撥
uint8_t WCHNET_DHCPStart( dhcp_callback dhcp );
範例專案中的回撥函數實現, 入參 arg 指標指向一片資料, 包含DHCP獲取的IP地址, 閘道器地址, IP掩碼等.
u8 WCHNET_DHCPCallBack(u8 status, void *arg)
{
u8 *p;
u8 tmp[4] = {0, 0, 0, 0};
if(!status) // status = 0 表示成功
{
p = arg;
printf("DHCP Success\r\n");
if(!memcmp(IPAddr, p ,sizeof(IPAddr))) // 檢查輸入的IP與當前IP是否相同(結果為0, 要加!), 無變化則直接返回
return READY;
if(memcmp(IPAddr, tmp ,sizeof(IPAddr))){ // 當前的IP是否已經設定(不等於0.0.0.0, 不為0), 說明IP產生了變化, 需要關閉當前 Socket
WCHNET_SocketClose(SocketId, TCP_CLOSE_NORMAL); // 關閉 Socket, 閉源方法
}
memcpy(IPAddr, p, 4); // 從入參中讀取 IP, 閘道器, 掩碼
memcpy(GWIPAddr, &p[4], 4);
memcpy(IPMask, &p[8], 4);
printf("IPAddr = %d.%d.%d.%d \r\n", (u16)IPAddr[0], (u16)IPAddr[1],
(u16)IPAddr[2], (u16)IPAddr[3]);
printf("GWIPAddr = %d.%d.%d.%d \r\n", (u16)GWIPAddr[0], (u16)GWIPAddr[1],
(u16)GWIPAddr[2], (u16)GWIPAddr[3]);
printf("IPAddr = %d.%d.%d.%d \r\n", (u16)IPMask[0], (u16)IPMask[1],
(u16)IPMask[2], (u16)IPMask[3]);
printf("DNS1: %d.%d.%d.%d \r\n", p[12], p[13], p[14], p[15]);
printf("DNS2: %d.%d.%d.%d \r\n", p[16], p[17], p[18], p[19]);
WCHNET_CreateTcpSocket(); // 建立 TCP Socket 並連線
return READY;
}
else
{
printf("DHCP Fail %02x \r\n", status);
if(memcmp(IPAddr, tmp ,sizeof(IPAddr))){ // 對於失敗的狀態, 如果IP已經設定, 說明之前成功過, 需要關閉當前 Socket
/*The obtained IP is different from the last value*/
WCHNET_SocketClose(SocketId, TCP_CLOSE_NORMAL); // 關閉 Socket, 閉源方法
}
return NoREADY;
}
}
DHCP 獲取IP成功後呼叫的 WCHNET_CreateTcpSocket() 函數. 這個函數用於建立Socket建立目標IP的連線
void WCHNET_CreateTcpSocket(void)
{
u8 i;
SOCK_INF TmpSocketInf;
memset((void *) &TmpSocketInf, 0, sizeof(SOCK_INF));
memcpy((void *) TmpSocketInf.IPAddr, DESIP, 4);
TmpSocketInf.DesPort = desport;
TmpSocketInf.SourPort = srcport++;
TmpSocketInf.ProtoType = PROTO_TYPE_TCP;
TmpSocketInf.RecvBufLen = RECE_BUF_LEN;
i = WCHNET_SocketCreat(&SocketId, &TmpSocketInf); // 建立 Socket, 閉源方法
printf("WCHNET_SocketCreat %d\r\n", SocketId);
mStopIfError(i);
i = WCHNET_SocketConnect(SocketId); // 建立連線, 閉源方法
mStopIfError(i);
}
主迴圈
NetLib 初始化結束後, 在主迴圈中的處理
WCHNET_MainTask(); // 處理資料輸入, 協定棧定時任務, 檢查PHY Link狀態
if(WCHNET_QueryGlobalInt()) // 查詢全域性中斷狀態, 閉源方法
{
WCHNET_HandleGlobalInt();
}
其中 WCHNET_MainTask 的定義
void WCHNET_MainTask(void)
{
WCHNET_NetInput( ); /* Ethernet data input */
WCHNET_PeriodicHandle( ); /* Protocol stack time-related task processing */
WCHNET_HandlePhyNegotiation( );
}
- 前兩個都是閉源方法, WCHNET_NetInput()處理資料輸入, WCHNET_PeriodicHandle()處理協定棧定時任務.
- WCHNET_HandlePhyNegotiation() 就是前面提到的每隔50ms的定時任務, 用於PHY每隔50秒一次檢查Link狀態
最後是 WCHNET_HandleGlobalInt() 方法, 根據中斷型別, 分別處理
void WCHNET_HandleGlobalInt(void)
{
u8 intstat;
u16 i;
u8 socketint;
intstat = WCHNET_GetGlobalInt(); // 讀取全境中斷狀態
if (intstat & GINT_STAT_UNREACH) // Unreachable (無法到達)中斷
{
printf("GINT_STAT_UNREACH\r\n");
}
if (intstat & GINT_STAT_IP_CONFLI) // IP衝突中斷
{
printf("GINT_STAT_IP_CONFLI\r\n");
}
if (intstat & GINT_STAT_PHY_CHANGE) // PHY連線狀態變化中斷
{
i = WCHNET_GetPHYStatus(); // 讀取新狀態, 閉源方法
if (i & PHY_Linked_Status)
printf("PHY Link Success\r\n");
}
if (intstat & GINT_STAT_SOCKET) { // Socket相關中斷
for (i = 0; i < WCHNET_MAX_SOCKET_NUM; i++) {
socketint = WCHNET_GetSocketInt(i); // 輪詢各個Socket中斷狀態, 如果存在中斷則處理
if (socketint)
WCHNET_HandleSockInt(i, socketint); // 處理 Socket 的 接收, 連線, 斷開, 超時 事件
}
}
}
以上是對CH32V20xEVT 網路DHCP範例程式碼的分析. 詳細的NetLib函數說明在 CH32V20xEVT.ZIP 的 EVT/EXAM/ETH 目錄下.