STM32NET学习笔记 ARP和Ethernet部分

yuyang911220

嵌入式以太网开发是一个很有挑战性的工作。通过几个月的学习，个人觉得大致有两条途径。第一条途径，通过高级语言熟悉socket编程，例如C#或C++，熟悉bind，listen，connect，accept等函数，在嵌入式系统中应用 lwIP协议栈。第二种途径，通过分析嵌入式以太网代码，结合TCPIP协议栈规范逐步实践协议栈代码。第一种途径效率高，开发周期短，编写出来的代码性能稳定，第二种途径花的时间长，开发出来的代码功能不完善，但是由于紧紧结合TCPIP规范，可以了解的内容较多，适合学习。本文通过分析和修改AVRNET源码并移植到STM32平台，逐步实现TCPIP协议栈的各个子部分，包括ETHERNET部分，ARP部分，IP部分，ICMP部分，UDP部分，TCP部分和HTTP部分。【STM32NET学习笔记——索引】【代码仓库】
本文先实现ethernet部分和ARP部分。
1.2 其他说明【硬件平台】 STM32+ENC28J60
【编译平台】 IAR 6.5
【IP地址】在实践之前，需要通过ipconfig命令查看PC机的IP地址和MAC地址，AVR的IP地址设定必须和PC机在同一个网段中。例如 ：
PC机IP：192.168.1.102
AVR IP： 192.168.1.115
【局域网访问 】
如果有STM32开发板或者其他CPU的开发板的话，可以把开发板的以太网端口连接到路由器LAN端口，只要保证开发板的IP地址和PC机的IP地址在同一个网段。
【广域网访问 】
如果有固定的电信网IP地址的话，可以在路由器中设置静态端口映射，把某个端口映射成局域网内的IP地址和端口号。若没有固定IP地址的话，可使用花生壳软件虚拟一个域名。
1.3 代码仓库
    【代码仓库】——CSDN Code代码仓库。

2.初始化    以太网协议栈的实现离不开以太网驱动芯片。以太网驱动如何实现请参考——ENC28J60学习笔记。TCPIP的实现离不开两个基本地址，IP地址和MAC地址。在本例中通过以下代码定义和实现。
struct.h头文件中 相关定义：
[cpp] view plaincopy

• // MAC地址结构体
  
• #pragma pack(1)
  
• typedef
  struct _MAC_ADDR  
• {  
•     BYTE byte[6];  
• }MAC_ADDR;  
• 
  
• // IP地址结构体
  
• #pragma pack(1)
  
• typedef
  struct _IP_ADDR  
• {  
•     BYTE byte[4];  
• }IP_ADDR;  

main.c函数中的初始化代码：
[cpp] view plaincopy

• // 初始化MAC地址
  
• stm32_mac.byte[0] = 'S';  
• stm32_mac.byte[1] = 'T';  
• stm32_mac.byte[2] = 'M';  
• stm32_mac.byte[3] = 'N';  
• stm32_mac.byte[4] = 'E';  
• stm32_mac.byte[5] = 'T';  
• 
  
• // 初始化IP地址，固定IP地址
  
• stm32_ip.byte[0] = 192;  
• stm32_ip.byte[1] = 168;  
• stm32_ip.byte[2] = 1;  
• stm32_ip.byte[3] = 115;  

MAC地址和IP地址均为自定义的结构体，结构体中为一个字节数组。严格来说，MAC地址不能胡乱定义，应严格遵守相关规范，如果条件允许的话可以使用带有全球唯一的MAC地址的EEPROM芯片。
3.实现ETHERNET    TCPIP是一系列协议的组合，其中最有名的为TCP协议和IP协议。但是千万不要忽视最底层的协议结构——ETHERNET。ETHERNET包括14个字节，称之为以太网首部，其中前六个字节为目标MAC地址，紧着的6个字节为源MAC地址，最后的两个字节为协议类型。以太网的实现通信时必须要知道双方的MAC地址，发送方不明确接收方的地址便通过ARP协议寻找目标MAC地址，如果依然没有结果则可只能把该报文转发给路由器，让路由器处理该报文。协议类型只需关心两种，0800的IP协议和0806的ARP协议。

ethernet.h中相关宏定义
[cpp] view plaincopy

• // 协议类型 ARP报文
  
• #define ETH_TYPE_ARP_V 0x0806
  
• #define ETH_TYPE_ARP_H_V 0x08
  
• #define ETH_TYPE_ARP_L_V 0x06
  
• // 协议类型 以太网报文
  
• #define ETH_TYPE_IP_V 0x0800
  
• #define ETH_TYPE_IP_H_V 0x08
  
• #define ETH_TYPE_IP_L_V 0x00
  
• // 以太网报文头部长度 14
  
• #define ETH_HEADER_LEN 14
  
• // 目标MAC地址
  
• #define ETH_DST_MAC_P 0
  
• // 源MAC地址
  
• #define ETH_SRC_MAC_P 6
  
• // 协议类型
  
• #define ETH_TYPE_H_P 12
  
• #define ETH_TYPE_L_P 13
  

ethernet.c中相关函数
[cpp] view plaincopy

• void eth_generate_header ( BYTE *rxtx_buffer, WORD_BYTES type, BYTE *dest_mac )  
• {  
•     BYTE i;  
•     // 配置以太网报文 目标MAC地址和源MAC地址
  
•     for ( i=0; i<sizeof(MAC_ADDR); i++)  
•     {  
•         rxtx_buffer[ ETH_DST_MAC_P + i ] = dest_mac;  
•         // avr_mac为全局变量
  
•         rxtx_buffer[ ETH_SRC_MAC_P + i ] = stm32_mac.byte;  
•     }  
•     // 配置协议类型 IP报文或ARP报文
  
•     rxtx_buffer[ ETH_TYPE_H_P ] = type.byte.high;  
•     rxtx_buffer[ ETH_TYPE_L_P ] = type.byte.low;  
• }  

    eth_generate_header函数实现了填充以太网首部的功能，第一个输入参数为发送接收缓冲区。第二个参数为IP类型，在AVRNET项目中传入的参数不是0800的IP协议类型就是0806的ARP协议类型。第三个参数为目标MAC地址，由于本机MAC地址作为了全局变量，可以在函数内部填充到缓冲区中。