STM32F4+DP83848以太网通信指南系列（八）：收包流程

1万 · 2019-7-4 09:39

本章为系列指南的第八章，讲述如何使用STM32F407芯片配合DP83848进行以太网数据的收包流程，将监听到的网络包数据通过UART传给PC，同时辅以WireShark监听对比验证。

关于UART，也就是串口通信的使用，这里不做赘述，我们这里预设两个函数分别为UART6Init()和UART6Send()，实现的功能是串口6的初始化和发送。

1万 · 2019-7-4 09:39

以太网中断

在《STM32F4+DP83848以太网通信指南第五章：MAC+DMA配置》中，我们已经添加了以太网中断，其思路就是想让每次以太网上有收到包都能触发中断，我们可以在中断中将DMA中的数据包取出来进行分析，然后复位，让芯片下一次继续响应中断。

配置中断的代码非常简单，跟其他任何中断都一样，这里再复习一次：

void ETH_NVIC_Config(void) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Enable the Ethernet global Interrupt */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = ETH_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

整个工程的优先级组别选用的NVIC_PriorityGroup_4，有4位抢占位，0位响应位，也就是可以分配16个可以互相嵌套的中断等级。这里以太网中断的主优先级为1，相当于第二高，前面预留了个优先级为0的，用来分配给系统计时器，毕竟不能因为以太网数据的响应影响系统走时。

在UART6Init()串口初始化函数中，给串口的中断等级是2，低于以太网中断，因为串口的波特率是9600，要远远低于以太网速率，如果给串口的优先级过高，会影响以太网的使用。

1万 · 2019-7-4 09:40

配置了中断后，我们还需要知道中断的入口函数，这个函数名是固定死的，不能乱写，我们去找找。

在《STM32F4+DP83848以太网通信指南第五章：MAC+DMA配置》我提到，中断配置代码中的ETH_IRQn变量，我们可以在stm32f4xx.h文件中找到定义，是在一个枚举结构中。那与之对应的中断入口名称该怎么找呢，原来所有的中断入口的定义，都用汇编入口的方式定义在启动文件中，这份启动文件我们之前一直没有关注过，现在打开看一看，在startup_stm32f40_41xxx.s中148行有其定义，截图如下。

1万 · 2019-7-4 09:40

中断中的数据处理

配置好了以太网中断，也知道了中断入口函数的名称，下面我们就来编写以太网中断函数。打开工程中的stm32f4xx_it.c文件，一般每一个使用了中断的STM32工程都会有这么一个文件，用来集中管理中断入口。追加以下代码：

/**
* @brief This function handles ethernet DMA interrupt request.
* @param None
* @retval None
*/
void ETH_IRQHandler(void)
{
/* Handles all the received frames */
/* check if any packet received */
while(ETH_CheckFrameReceived()){
/* process received ethernet packet */
Pkt_Handle();
}
/* Clear the Eth DMA Rx IT pending bits */
ETH_DMAClearITPendingBit(ETH_DMA_IT_R);
ETH_DMAClearITPendingBit(ETH_DMA_IT_NIS);
}

1万 · 2019-7-4 09:40

上面的代码配上英文的注释也很好理解，以太网中断中首先检查是否接受到以太网的数据包，如果是，就调用Pkt_Handle()函数进行下一层的分析和处理，最后两行Clear复位中断标记，让下一次中断能够产生。那么问题就集中到Pkt_Handle()函数上来了。kt_Handle()函数是我自己命名的，这个函数的原型取自LWIP中的LWIP_Pkt_Handle()，我们先来观察一下LWIP中的包分析函数怎么写的：在STM32F4x7_ETH_LwIP_V1.1.1/Project/Standalone/udp_echo_client/src/netconf.c中，有如下代码：

/**
* @brief Called when a frame is received
* @param None
* @retval None
*/
void LwIP_Pkt_Handle(void)
{
/* Read a received packet from the Ethernet buffers and send it to the lwIP for handling */
ethernetif_input(&gnetif);
}

可以看到LWIP继续调用了下层的ethernetif_input()，继续追踪到我们之前提到的最底层文件ethernetif.c，是不是有种似曾相识的感觉，这个文件前几章我们不止一次遇到过，分别为我们提供了low_level_init、low_level_output多个重要函数，我们现在又一次遇到它了，看上去它这次要为我们的以太网监听提供low_level_input了。

1万 · 2019-7-4 09:41

果不其然，在ethernetif_input函数中，我们看到了这个预料中的函数调用，截图如下：

1万 · 2019-7-4 09:41

我这里把路径为STM32F4x7_ETH_LwIP_V1.1.1/Utilities/Third_Party/lwip-1.4.1/port/STM32F4x7/Standalone/ethernetif.c的原版low_level_input()的所有代码都贴出来，感兴趣的朋友可以仔细研读：

/**
* Should allocate a pbuf and transfer the bytes of the incoming
* packet from the interface into the pbuf.
*
* @param netif the lwip network interface structure for this ethernetif
* @return a pbuf filled with the received packet (including MAC header)
* NULL on memory error
*/
static struct pbuf * low_level_input(struct netif *netif)
{
struct pbuf *p, *q;
u16_t len;
int l =0;
FrameTypeDef frame;
u8 *buffer;
uint32_t i=0;
__IO ETH_DMADESCTypeDef *DMARxNextDesc;
p = NULL;
/* get received frame */
frame = ETH_Get_Received_Frame();
/* Obtain the size of the packet and put it into the "len" variable. */
len = frame.length;
buffer = (u8 *)frame.buffer;
/* We allocate a pbuf chain of pbufs from the Lwip buffer pool */
p = pbuf_alloc(PBUF_RAW, len, PBUF_POOL);
/* copy received frame to pbuf chain */
if (p != NULL)
{
for (q = p; q != NULL; q = q->next)
{
memcpy((u8_t*)q->payload, (u8_t*)&buffer[l], q->len);
l = l + q->len;
}
}
/* Release descriptors to DMA */
/* Check if frame with multiple DMA buffer segments */
if (DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count > 1)
{
DMARxNextDesc = DMA_RX_FRAME_infos->FS_Rx_Desc;
}
else
{
DMARxNextDesc = frame.descriptor;
}
/* Set Own bit in Rx descriptors: gives the buffers back to DMA */
for (i=0; i<DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count; i++)
{
DMARxNextDesc->Status = ETH_DMARxDesc_OWN;
DMARxNextDesc = (ETH_DMADESCTypeDef *)(DMARxNextDesc->Buffer2NextDescAddr);
}
/* Clear Segment_Count */
DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count =0;
/* When Rx Buffer unavailable flag is set: clear it and resume reception */
if ((ETH->DMASR & ETH_DMASR_RBUS) != (u32)RESET)
{
/* Clear RBUS ETHERNET DMA flag */
ETH->DMASR = ETH_DMASR_RBUS;
/* Resume DMA reception */
ETH->DMARPDR = 0;
}
return p;
}

1万 · 2019-7-4 09:42

同样的，配合注释应该也容易理解。22行的frame变量取到了以太网数据包，ETH_Get_Received_Frame函数，不用LWIP也是有的，在之前我们提到过的stm32f4x7_eth.c文件中，len和buffer两个变量一个是包长度，一个是包内容头指针。下面/* copy received frame to pbuf chain */那一段是用链表遍历的方式，将以太网包数据放入LWIP处理数据的pbuf链表中，方便LWIP上层逻辑获取数据，这里我们不使用LWIP，这一段可忽略。接下来所有的操作都是针对DMA进行的，将DMA复位，因此我们需要保留，否则会一直产生重复的中断。

1万 · 2019-7-4 09:42

通过以上的分析，我们可以轻松写出自己的Pkg_Handle()函数了：

void Pkt_Handle(void) {
FrameTypeDef frame;
/* get received frame */
frame = ETH_Get_Received_Frame();
/* Obtain the size of the packet and put it into the "len" variable. */
receiveLen = frame.length;
receiveBuffer = (u8 *)frame.buffer;
printf("0011%d0022\n", receiveLen); //将每一个的包长度发往串口
if(receiveBuffer[41] == 201){ //如果第42字节是十进制201，则将整个包内容发往串口
for (i = 0; i < receiveLen; i++) {
printf("%c", receiveBuffer);
}
}
/* Check if frame with multiple DMA buffer segments */
if (DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count > 1) {
DMARxNextDesc = DMA_RX_FRAME_infos->FS_Rx_Desc;
} else {
DMARxNextDesc = frame.descriptor;
}
/* Set Own bit in Rx descriptors: gives the buffers back to DMA */
for (i = 0; i < DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count; i++) {
DMARxNextDesc->Status = ETH_DMARxDesc_OWN;
DMARxNextDesc = (ETH_DMADESCTypeDef *)(DMARxNextDesc->Buffer2NextDescAddr);
}
/* Clear Segment_Count */
DMA_RX_FRAME_infos->Seg_Count = 0;
/* When Rx Buffer unavailable flag is set: clear it and resume reception */
if ((ETH->DMASR & ETH_DMASR_RBUS) != (u32)RESET) {
/* Clear RBUS ETHERNET DMA flag */
ETH->DMASR = ETH_DMASR_RBUS;
/* Resume DMA reception */
ETH->DMARPDR = 0;
}
}

1万 · 2019-7-4 09:42

验证和总结

上述函数，配合ETH_IRQHandler中断中的调用，完成了以太网的收包，并且将接受的包的长度使用0011%d0022通过printf函数通过UART发往了PC端，因为如果将整个包内容发往PC的话，串口数据会非常多。同时如果为了验证buffer中的内容能正确获取，我们写了一个if判断，判断如果数据包中的第42个字节为201，则将包内容转发到串口中去。

我们用JLink烧录进STM32F4，将PC的有线网卡与STM32直接，打开WireShark和串口通信助手进行观察和验证，截图如下。

红色框框部分是关注重点，我们在CMD命令窗口ping 192.168.1.201，可以触发一个ARP包，这个包中的第42个字节就是201，因此可以触发STM32中的if判断，将包内容通过串口转发给PC，而其他普通包，STM32则使用0011%d0022的格式将包长度发给了PC，整个实验顺利完成。

1万 · 2019-7-4 09:43

总结一下，本章我们依旧分析到了ethernetif.c文件，这次是观察的它的low_level_input()函数，借助这个函数，我们编写了我们自己的处理包的逻辑函数Pkg_Handle()，并通过以太网中断入口函数ETH_IRQHandler调用它，最后我们成功的使用WireShark配合串口进行了收包的验证。

我们可以发现这个系列教程的后半段几乎都在不停地围绕LWIP库中的ethernetif.c文件进行分析，到目前为止，它的几个重要底层函数low_level_init、low_level_output、low_level_input已经分别为我们的以太网初始化、以太网发包、以太网收包等代码提供了重要的核心逻辑。

下一章，是我们这个系列的最后一章，我们将在STM32F4上，利用之前实验过的各个功能，自己构建一个能响应ARP协议的程序。有了ARP协议的处理过程，我们就能在此基础上扩展更多其他的协议，即使遇到工业以太网跑在链路层的各个协议，我们也能捡其重点，按照自己的意愿，随心所欲的搭建了。