STM32NET学习笔记 ARP和Ethernet部分

时间：2018-06-20 14:10:02

关键字： arp ethernet stm32net

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[导读] 1.前言（2013年初整理笔记，2013底发布至CSDN博客中）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

1.前言

（2013年初整理笔记，2013底发布至CSDN博客中）

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：

//MAC地址结构体
#pragmapack(1)
typedefstruct_MAC_ADDR
{
BYTEbyte[6];
}MAC_ADDR;
//IP地址结构体
#pragmapack(1)
typedefstruct_IP_ADDR
{
BYTEbyte[4];
}IP_ADDR;

main.c函数中的初始化代码：

//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

//协议类型ARP报文
#defineETH_TYPE_ARP_V0x0806
#defineETH_TYPE_ARP_H_V0x08
#defineETH_TYPE_ARP_L_V0x06
//协议类型以太网报文
#defineETH_TYPE_IP_V0x0800
#defineETH_TYPE_IP_H_V0x08
#defineETH_TYPE_IP_L_V0x00
//以太网报文头部长度14
#defineETH_HEADER_LEN14
//目标MAC地址
#defineETH_DST_MAC_P0
//源MAC地址
#defineETH_SRC_MAC_P6
//协议类型
#defineETH_TYPE_H_P12
#defineETH_TYPE_L_P13

ethernet.c中相关函数

[cpp]view plaincopy

voideth_generate_header(BYTE*rxtx_buffer,WORD_BYTEStype,BYTE*dest_mac)
{
BYTEi;
//配置以太网报文目标MAC地址和源MAC地址
for(i=0;i
{
rxtx_buffer[ETH_DST_MAC_P+i]=dest_mac[i];
//avr_mac为全局变量
rxtx_buffer[ETH_SRC_MAC_P+i]=stm32_mac.byte[i];
}
//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。

4.实现ARP

为了使用最少的代码实现TCPIP功能，假设通过IP发送报文时已经确认了目标的IP地址，设备总是先被动的通过ARP先让PC机知道其MAC地址，这样当PC机发送UDP或者TCP报文时，在报文中已经包含了PC机的IP地址，设备仅需从rxtx_buffer中取出PC机IP地址。ARP协议是一个找邻居的过程，是一个广播找MAC的过程。发出者通过广播报文确认某个IP的MAC地址。ARP首部包括，2字节硬件类型，2字节协议类型，1字节硬件长度，1字节协议长度，2字节操作码，6字节发送者硬件地址，4字节发送者IP地址，6字节目标硬件地址和4字节目标IP地址。

在使用ARP协议时需要注意三点：

第一，操作码分为两种——ARP请求和ARP响应，ARP请求的编码为1，ARP响应的编码为2，先有请求后有响应。第二，发送ARP协议请求时请求方明确对方IP地址，但是不明确对方MAC地址，所以在请求报文中MAC地址全部以0替代。第三，由于不知道对方的MAC地址，所以只能通过广播帧发送以太网数据，所以以太网首部的前6个字节被FF填充。

为了便于ARP功能的实现，在arp.h文件中定义了以下宏定义