基于ENC28J60+uIP1.0+STM32的UDP Server实现，以及主动发送数据，几个关键的问题可算整明白了！

news/2024/5/18 15:59:32 标签: stm32, udp, 嵌入式硬件, uIP1.0, UDP SERVER

    ENC28J60，是一款SPI接口的以太网PHY+MAC芯片，实现以太网物理层和MAC层硬件通信。uIP是一个TCP/IP软件协议栈，实现TCP、UDP、ARP、ICMP等网络协议。STM32F103RCT6通过SPI接口与ENC28J60通讯，并移植uIP协议，实现一个小型的UDP服务器。

    严格来说，UDP是面向无连接的对等通讯协议，不存在服务器与客户端之说，这里的服务器只是来形容STM32 SERVER系统的UDP的使用方式，即STM32充当服务器角色，接收同网段的不同IP和端口的UDP数据包，并将数据返回。

    至于ENC28J60+uIP移植，相信不少资料与例子可供参考，比如奋斗嵌入式，正点原子等等，本文不再赘述。这里只说我在移植uIP，调试软件时发现的几个问题。

1、不要TCP，只需要UDP、ARP、ICMP协议，移植哪些文件。

下图是移植uIP后实现上述协议的截图，没错，只要“uip.c”和“uip_arp.c”和必要的头文件就足够了！多一个文件都是浪费！头文件途径也是添加uip和unix文件夹就好了。

2、UDP服务器，接收同网段不同IP和端口，要改uip.c文件的位置，以及怎么用。

打开“uip.c”文件，约1100行左右，#endif /* UIP_UDP_CHECKSUMS */和/* Demultiplex this UDP packet between the UDP "connections". */之间，添加如下代码：

	//UDP SERVER补丁，客户端IP和端口不受限制
	if((uip_udp_conn != 0)
		&&((uip_udp_conn->rport != UDPBUF->srcport)
		 ||!uip_ipaddr_cmp(uip_udp_conn->ripaddr, UDPBUF->srcipaddr)))  	//如果是已经连接并且和接收到的端口号或者IP地址不一致
	{
		uip_udp_remove(uip_udp_conn);											//删除连接
	  uip_udp_conn->rport = UDPBUF->srcport;            //将目的端口设置为收到的远端UDP包的源端口
		uip_udp_conn->lport = UDPBUF->destport;           //将本地端口设置为收到的远端UDP包的目的端口
		memcpy(uip_udp_conn->ripaddr, UDPBUF->srcipaddr, sizeof(uip_ipaddr_t ));	 //将目的IP地址设置为收到的远端UDP包的源IP地址
  }
	
  if(uip_udp_conn->rport == 0)									   		//如果首次接收到某个远端UDP包
	{
    uip_udp_conn->rport = UDPBUF->srcport;            //将目的端口设置为收到的远端UDP包的端口
		memcpy(uip_udp_conn->ripaddr,UDPBUF->srcipaddr,sizeof(uip_ipaddr_t ));	 //将目的IP地址设置为收到的远端UDP包的源IP地址
	}
	
	//uip_udp_conn = uip_udp_new(&ipaddr, HTONS(1000));	//建立到远程ipaddr,端口为1000的连接 
	if(uip_udp_conn != 0)  
	{
		uip_udp_bind(uip_udp_conn, UDPBUF->destport);//绑定本地端口为LPORT，也就是LPORT－－>RPORT 发数据 
	}
  //end 补丁

改好后是这样的：

这段代码参考了奋斗的程序，奋斗的程序有BUG，最开始的那个if语句

        if((uip_udp_conn != 0)
        &&((uip_udp_conn->rport != UDPBUF->srcport)
         ||!uip_ipaddr_cmp(uip_udp_conn->ripaddr, UDPBUF->srcipaddr)))      //如果是已经连接并且和接收到的端口号或者IP地址不一致

红的标记的部分，原来的奋斗的程序是“||uip_udp_conn->ripaddr!=UDPBUF->srcipaddr)”，ripaddr和srcipaddr是u16类型的指针地址，判断的是指针的地址是否相等，那么必然不等，所以即使同样的IP地址发来的包都会判断为真跳进if的执行语句中。改正后已经解决。

最后的if语句中：uip_udp_bind(uip_udp_conn, UDPBUF->destport);

目的是将收到的UDP包中，目的端口作为服务器的监听端口，每次都会根据客户端的UDP端口改变，即实现不同的IP、不同的源端口、目的端口发给服务器的UDP包，服务器都能处理后原路返回。如果需要固定服务器的监听端口，只需要将UDPBUF->destport改为固定的端口号即可，例如端口号2000，改为uip_udp_bind(uip_udp_conn, HTONS(2000));

再讲讲怎么用。在main函数初始化ENC28J60和uIP之后，随便监听一个端口就可以了，调用如下函数（NetParam.lUdpPort变量自行定义或替换监听端口号，但是其他端口也能监听）

/**
  * @brief  UDP服务器模式
  * @param  None
  * @retval None
*/
void udp_server_creat(void)
{
	uip_listen(HTONS(NetParam.lUdpPort));
	uip_udp_bind(uip_udp_conn, htons(NetParam.lUdpPort));//绑定本地端口为LPORT
}

3、STM32断电再上电后，PC发给STM32的第一包数据，PC收不到STM32回复的原因。

阿莫有个帖子：为什么uip中udp第一次主动发送数据的时候PC没有收到呢，第二次以后后就正常了 (amobbs.com 阿莫电子论坛 - 东莞阿莫电子网站)

    之前我也被这个问题困扰了一段时间，我做的udp server demo，在用PC端用网络调试助手随便发一个什么数据给STM32 SERVER，SERVER收到后，原路回复上电后收到数据的序号，以及收到数据的字节长度，但是每次下载程序后测试，第一个数据都不回复，第二个才开始回复，序号也是跳过0直接回1。

    原因是：STM32 SERVER端的ARP列表上电后被清空，而电脑端的ARP列表又是上一次缓存了STM32 SERVER的IP和MAC，所以电脑给STM32 SERVER发送UDP包时直接就把UDP发过来了而没有发起ARP，这是一方面。另一方面，void UipPro(void)这个函数，参考奋斗的程序，如下：

/**
  * @brief  中断触发读取网络接收缓存
  * @param  None
  * @retval None
*/
void UipPro(void)
{
	if(ETH_INT == 1){					//当网络接收到数据时，会产生中断
rep:;
		ETH_INT = 0;
		uip_len = tapdev_read();	//从网络设备读取一个IP包,返回数据长度
		if(uip_len > 0)			    //收到数据
		{
			/* 处理IP数据包(只有校验通过的IP包才会被接收) */
			if(BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_IP))   //是IP包吗？
			{
				uip_arp_ipin();		   //去除以太网头结构，更新ARP表
				uip_input();		   //IP包处理
				/*
					当上面的函数执行后，如果需要发送数据，则全局变量 uip_len > 0
					需要发送的数据在uip_buf, 长度是uip_len  (这是2个全局变量)
				*/
				if (uip_len > 0)		//有带外回应数据
				{
					uip_arp_out();		//加以太网头结构，在主动连接时可能要构造ARP请求
					tapdev_send();		//发送数据到以太网（设备驱动程序）
				}
			}
			/* 处理arp报文 */
			else if (BUF->type == htons(UIP_ETHTYPE_ARP))	//是ARP请求包
			{
				uip_arp_arpin();		//如是是ARP回应，更新ARP表；如果是请求，构造回应数据包
				/*
					当上面的函数执行后，如果需要发送数据，则全局变量 uip_len > 0
					需要发送的数据在uip_buf, 长度是uip_len  (这是2个全局变量)
				*/
				if (uip_len > 0)		//是ARP请求，要发送回应
				{
					tapdev_send();		//发ARP回应到以太网上
				}
			}
		}
  }
  else{	  //防止大包造成接收死机,当没有产生中断，而ENC28J60中断信号始终为低说明接收死机
  	 if(ENC28J60_INT_STA == 0) goto rep; 	
  }
}

uip_arp_ipin();           //去除以太网头结构，更新ARP表

这一行本意是，直接从收到的IP包里面获取源IP和源MAC，加入到本地ARP表中，然而全局搜索一下这个函数，发现其在uip_arp.h中是空定义的，上面的函数声明被注释了，

再看uip_arp.c文件，#if 0也是将此函数注释了。


有可能uIP作者调试后忘记将其解除注释，因此，uip_arp_ipin();           //去除以太网头结构，更新ARP表 预期没有实现。

因此，对于STM32来说，它直接收到一个UDP包，要回复给发来这个包的IP地址，但是它的ARP列表是空的，STM32直接就懵了，不知道对方的MAC是啥，于是STM32就放弃发送这包数据，改为发送ARP查询包，询问对方IP。在uip_arp_out()函数中有如下注释就是说了这个意思：

了解原因后，将其释放出来，再编译，发现STM32 SERVER重新上电后第一包数据不回复问题解决。

uIP之uip_arp_ipin();函数的作用。-OpenEdv-开源电子网 这个帖子也是问了这个问题，我没有ID，只能在这里回答了。

4、主动发送UDP数据包的原理及实现。

uIP协议栈用于“收到后发送”的逻辑很好用，但是主动发送要费一番周折，看一遍uip.c这个文件，其发送的大概流程是

uip_process函数会周期调用，flag变量如果为“UIP_UDP_TIMER”状态，就会进入到回调函数UIP_UDP_APPCALL();，然后goto udp_send;进入发送数据流程，如果缓存数据长度变量uip_slen非0，则发送数据。

因此，想要主动发送UDP包，需要让uip_process函数进入UIP_UDP_TIMER流程，然后在回调函数中，注入要发送的数据和长度，之后就发出去了。逻辑就是这么简单，代码如下：

先定义俩个全局变量

u8 *pActiveSendData;  //UDP主动发送，数据指针
u16 ActiveSendLen;    //UDP主动发送数据长度
/**
  * @brief  主动发送udp包
  * @param  data 数据
  * @param  len  数据长度
  * @retval None
*/
void udp_active_send(u8 *data, u16 len)
{
	pActiveSendData = data;
	ActiveSendLen = len;
	
	//设置目标ip和端口
	uip_udp_conn->rport = HTONS(NetParam.rUdpPort);    //将目的端口设置为收到的远端UDP包的源端口
	uip_udp_conn->lport = HTONS(NetParam.lUdpPort);    //将本地端口设置为收到的远端UDP包的目的端口
	uip_ipaddr_t ipaddr;
	uip_ipaddr(ipaddr, NetParam.rIP[0], NetParam.rIP[1], NetParam.rIP[2], NetParam.rIP[3]);	
	memcpy(uip_udp_conn->ripaddr, ipaddr, sizeof(uip_ipaddr_t ));
	
	//唤起UDP发送处理
	uip_process(UIP_UDP_TIMER);
	
	/* 如果上面的函数调用导致数据应该被发送出去，全局变量uip_len设定值> 0 */
	if(uip_len > 0)
	{
		uip_arp_out();		//加以太网头结构，在主动连接时可能要构造ARP请求
		tapdev_send();		//发送数据到以太网（设备驱动程序）
		ActiveSendLen = 0;//发送完成数据清零
	}
}

回调函数向缓冲区写入数据，就是用UIP_UDP_APPCALL()宏定义的那个要自己加的函数

/**
  * @brief  UDP主函数
  * @param  None
  * @retval None
*/
void udp_server_appcall(void)
{
	//接收到一个新的udp数据包
	if(uip_newdata())//收到客户端发过来的数据
	{
		UDP_newdata();
	}
	else if(uip_poll())//主动发送数据
	{
		if(ActiveSendLen)
		{
			udp_send(pActiveSendData, ActiveSendLen);
		}
	}
}

发送函数udp_send

/**
  * @brief  UDP 数据包发送
  * @param  str:数据
  * @retval None
*/
void udp_send(u8 *str, u16 Len)
{
   struct udp_server_appstate *s = (struct udp_server_appstate *)&uip_udp_conn->appstate;

   s->textptr =(u8*)str;
   s->textlen =Len;
   uip_send(s->textptr, s->textlen);//发送udp数据包
//   uip_udp_send(s->textlen);
}

怎么用？主动发送直接调用udp_active_send，如果是先收再发建议还是用udp_send

udp_active_send("OK", 2);

最后附上测试图，1S间隔主动发送

两个PC客户端，不同IP和源目的端口，轮流发送测试。

本例程中ENC28J60与STM32F103RCT6硬件接线：

SPI4根线：CS：PA3   

                  SCK,MISO MOSI ：PA5 PA6 PA7

ENC28J60中断  INT：PC4

IP参数定义位于udp_server.c文件中，根据需要自己改，lIP就是STM32 SERVER的IP，rIP是电脑的IP。

最后的最后，放上程序：

链接：https://pan.baidu.com/s/1JmLrI4zj7Bs5ifaHQ3OxAg?pwd=ldp9 
提取码：ldp9

如果链接失效记得评论区喊我更新！


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