- LwIP应用开发实战指南：基于STM32
- 刘火良 杨森
- 2856字
- 2023-07-10 16:09:24
3.6 软件设计
3.6.1 获取STM32的裸机工程模板
关于STM32的裸机工程模板，我们直接使用野火STM32开发板配套的HAL库例程即可。这里我们选取比较简单的例程—“GPIO输出—使用固件库点亮LED”作为裸机工程模板。该裸机工程模板均可以在对应板子的A盘/程序源码目录下获取，下面以野火STM32F429-挑战者开发板的光盘目录为例，获取一个简单的裸机例程，具体如图3-11所示。
图3-11 获取STM32的裸机工程模板
3.6.2 添加bsp_eth.c与bsp_eth.h
打开裸机工程模板之后，创建一个文件夹，命名为eth，并且在该文件夹下创建两个文件，分别为bsp_eth.c与bsp_eth.h文件，具体如图3-12所示。
图3-12 创建bsp_eth.c与bsp_eth.h文件
然后将bsp_eth.c文件添加到工程分组中，如图3-13所示。
图3-13 将bsp_eth.c添加到工程中
然后我们就可以在bsp_eth.c文件中初始化eth驱动了，暂时加入以下代码，具体见代码清单3-1。
代码清单3-1 bsp_eth.c内容
1 /＊＊
2 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
3 ＊ @file main.c
4 ＊ @author fire
5 ＊ @version V1.0
6 ＊ @date 2019-xx-xx
7 ＊ @brief eth
8 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
9 ＊ @attention
10 ＊
11 ＊ 实验平台：野火STM32 F429开发板
12 ＊ 论坛：http://www.firebbs.cn
13 ＊ 淘宝：http://firestm32.taobao.com
14 ＊
15 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
16 ＊/
17 #include "./eth/bsp_eth.h"
18 #include "main.h"
19
20
21 #ifndef PRINT_DEBUG
22 #define PRINT_DEBUG
23 #endif
24
25 #ifndef PRINT_ERR
26 #define PRINT_ERR
27 #endif
28
29 /＊ 定义全局以太网句柄 ＊/
30 ETH_HandleTypeDef heth;
31
32 #if defined ( __ICCARM__ ) /＊! < 编辑器宏定义 ＊/
33 #pragma data_alignment=4
34 #endif
35 __ALIGN_BEGIN ETH_DMADescTypeDef DMARxDscrTab[ETH_RXBUFNB] __ALIGN_END;
36 /＊ 以太网DMA接收描述符 ＊/
37
38 #if defined ( __ICCARM__ ) /＊! < 编辑器宏定义 ＊/
39 #pragma data_alignment=4
40 #endif
41 __ALIGN_BEGIN ETH_DMADescTypeDef DMATxDscrTab[ETH_TXBUFNB] __ALIGN_END;
42 /＊ 以太网DMA发送描述符 ＊/
43
44 #if defined ( __ICCARM__ ) /＊! < IAR Compiler ＊/
45 #pragma data_alignment=4
46 #endif
47 __ALIGN_BEGIN uint8_t Rx_Buff[ETH_RXBUFNB][ETH_RX_BUF_SIZE] __ALIGN_END;
48 /＊ 以太网接收缓冲区 ＊/
49
50 #if defined ( __ICCARM__ ) /＊! < 编辑器宏定义 ＊/
51 #pragma data_alignment=4
52 #endif
53 __ALIGN_BEGIN uint8_t Tx_Buff[ETH_TXBUFNB][ETH_TX_BUF_SIZE] __ALIGN_END;
54 /＊ 以太网发送缓冲区 ＊/
55
56
57 void HAL_ETH_MspInit(ETH_HandleTypeDef＊ ethHandle)
58 {
59 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
60 if (ethHandle->Instance==ETH)
61 {
62 /＊ USER CODE BEGIN ETH_MspInit 0 ＊/
63
64 /＊ USER CODE END ETH_MspInit 0 ＊/
65 // /＊ 启用外设时钟 ＊/
66 // __HAL_RCC_ETH_CLK_ENABLE();
67
68 /＊＊ETH GPIO配置
69 PC1 ------> ETH_MDC
70 PA1 ------> ETH_REF_CLK
71 PA2 ------> ETH_MDIO
72 PA7 ------> ETH_CRS_DV
73 PC4 ------> ETH_RXD0
74 PC5 ------> ETH_RXD1
75 PB11 ------> ETH_TX_EN
76 PG13 ------> ETH_TXD0
77 PG14 ------> ETH_TXD1
78 ＊/
79 GPIO_InitStruct.Pin = ETH_MDC_Pin|ETH_RXD0_Pin|ETH_RXD1_Pin;
80 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
81 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
82 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
83 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;
84 HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
85
86 GPIO_InitStruct.Pin = ETH_REF_CLK_Pin|ETH_MDIO_Pin|ETH_CRS_DV_Pin;
87 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
88 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
89 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
90 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;
91 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
92
93 GPIO_InitStruct.Pin = ETH_TX_EN_Pin;
94 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
95 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
96 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
97 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;
98 HAL_GPIO_Init(ETH_TX_EN_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
99
100 GPIO_InitStruct.Pin = ETH_TXD0_Pin|ETH_TXD1_Pin;
101 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
102 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
103 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
104 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF11_ETH;
105 HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);
106
107 /＊ USER CODE BEGIN ETH_MspInit 1 ＊/
108 /＊ 启用以太网全局中断 ＊/
109 HAL_NVIC_SetPriority(ETH_IRQn, 6, 0);
110 HAL_NVIC_EnableIRQ(ETH_IRQn);
111
112 /＊ 启用以太网时钟 ＊/
113 __HAL_RCC_ETH_CLK_ENABLE();
114 /＊ USER CODE END ETH_MspInit 1 ＊/
115 }
116 }
117
118 static void Eth_Reset(void)
119 {
120 /＊ PHY外设复位：PI1 ＊/
121 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
122 __HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();
123
124 GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
125 GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLUP;
126 GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FAST;
127 GPIO_InitStructure.Pin = GPIO_PIN_1;
128 HAL_GPIO_Init(GPIOI, &GPIO_InitStructure);
129 HAL_GPIO_WritePin(GPIOI, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
130 HAL_Delay(5);
131 HAL_GPIO_WritePin(GPIOI, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
132 HAL_Delay(5);
133 }
134
135 void HAL_ETH_MspDeInit(ETH_HandleTypeDef＊ ethHandle)
136 {
137 if (ethHandle->Instance==ETH)
138 {
139 /＊ USER CODE BEGIN ETH_MspDeInit 0 ＊/
140
141 /＊ USER CODE END ETH_MspDeInit 0 ＊/
142 /＊ 禁用外设时钟 ＊/
143 __HAL_RCC_ETH_CLK_DISABLE();
144
145 /＊配置以太网GPIO：
146 ＊PC1 ------> ETH_MDC
147 ＊PA1 ------> ETH_REF_CLK
148 ＊PA2 ------> ETH_MDIO
149 ＊PA7 ------> ETH_CRS_DV
150 ＊PC4 ------> ETH_RXD0
151 ＊PC5 ------> ETH_RXD1
152 ＊PB11 ------> ETH_TX_EN
153 ＊PG13 ------> ETH_TXD0
154 ＊PG14 ------> ETH_TXD1
155 ＊/
156 HAL_GPIO_DeInit(GPIOC, ETH_MDC_Pin|ETH_RXD0_Pin|ETH_RXD1_Pin);
157
158 HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, ETH_REF_CLK_Pin|ETH_MDIO_Pin|ETH_CRS_DV_Pin);
159
160 HAL_GPIO_DeInit(ETH_TX_EN_GPIO_Port, ETH_TX_EN_Pin);
161
162 HAL_GPIO_DeInit(GPIOG, ETH_TXD0_Pin|ETH_TXD1_Pin);
163
164 /＊ USER CODE BEGIN ETH_MspDeInit 1 ＊/
165
166 /＊ USER CODE END ETH_MspDeInit 1 ＊/
167 }
168 }
169
170 HAL_StatusTypeDef Bsp_Eth_Init(void)
171 {
172 HAL_StatusTypeDef ret;
173
174 uint8_t MACAddr[6] ;
175
176 HAL_ETH_DeInit(&heth);
177
178 Eth_Reset();
179
180 ETH->DMABMR |= ETH_DMABMR_SR;
181
182 /＊ 初始化以太网 ＊/
183 MACAddr[0] = 0x02;
184 MACAddr[1] = 0x00;
185 MACAddr[2] = 0x00;
186 MACAddr[3] = 0x00;
187 MACAddr[4] = 0x00;
188 MACAddr[5] = 0x00;
189 heth.Instance = ETH;
190 heth.Init.AutoNegotiation = ETH_AUTONEGOTIATION_ENABLE;
191 heth.Init.PhyAddress = LAN8720_PHY_ADDRESS;
192 heth.Init.MACAddr = &MACAddr[0];
193 heth.Init.RxMode = ETH_RXPOLLING_MODE; //接收模式（轮询）
194 heth.Init.ChecksumMode = ETH_CHECKSUM_BY_HARDWARE;
195 heth.Init.MediaInterface = ETH_MEDIA_INTERFACE_RMII;
196 heth.Init.Speed = ETH_SPEED_100M; //速度
197 heth.Init.DuplexMode = ETH_MODE_FULLDUPLEX;
198
199 /＊ 配置以太网外设（GPIO、时钟、MAC、DMA）＊/
200 ret = HAL_ETH_Init(&heth);
201 if (ret == HAL_OK)
202 PRINT_DEBUG("eth hardware init success...\n");
203 else
204 PRINT_DEBUG("eth hardware init failed...\n");
205
206 /＊ 初始化Tx发送描述符列表 ＊/
207 HAL_ETH_DMATxDescListInit(&heth, DMATxDscrTab, &Tx_Buff[0][0], ETH_TXBUFNB);
208
209 /＊ 初始化Rx接收描述符列表 ＊/
210 HAL_ETH_DMARxDescListInit(&heth, DMARxDscrTab, &Rx_Buff[0][0], ETH_RXBUFNB);
211 /＊ 启用MAC和DMA传输和接收 ＊/
212 return ret;
213 }
214
215
216 void ETH_IRQHandler(void)
217 {
218 HAL_ETH_IRQHandler(&heth);
219
220 }
221
222 /＊＊
223 ＊ @brief 以太网接收完成回调处理
224 ＊ @param heth： 以太网句柄
225 ＊ @retval None
226 ＊/
227
228 void HAL_ETH_RxCpltCallback(ETH_HandleTypeDef ＊heth)
229 {
230
231 }
232
233 void HAL_ETH_TxCpltCallback(ETH_HandleTypeDef ＊heth)
234 {
235 ;
236 }
237
238 void HAL_ETH_ErrorCallback(ETH_HandleTypeDef ＊heth)
239 {
240 PRINT_ERR("eth err\n");
241 }
242
STM32的HAL库使用一个数据结构对以太网进行描述，我们可以认为那是一个以太网的句柄，记录着以太网的注册基地址、连接状态、发送描述、接收描述等，该数据结构是ETH_HandleTypeDef，具体见代码清单3-2。在bsp_eth.c中我们需要定义一个用于描述以太网的数据结构heth，这样就能通过heth对以太网进行初始化、收发数据等操作。
代码清单3-2 ETH_HandleTypeDef结构
1 typedef struct
2 {
3 ETH_TypeDef ＊Instance; /＊!< 注册基地址 ＊/
4
5 ETH_InitTypeDef Init; /＊!< 以太网初始化配置 ＊/
6
7 uint32_t LinkStatus; /＊!< 以太网链路状态 ＊/
8
9 ETH_DMADescTypeDef ＊RxDesc; /＊!< 获取Rx描述符 ＊/
10
11 ETH_DMADescTypeDef ＊TxDesc; /＊!< 要设置的Tx描述符 ＊/
12
13 ETH_DMARxFrameInfos RxFrameInfos; /＊!< 最后的Rx帧信息 ＊/
14
15 __IO HAL_ETH_StateTypeDef State; /＊!< ETH通信状态 ＊/
16
17 HAL_LockTypeDef Lock; /＊!< ETH锁定 ＊/
18
19 } ETH_HandleTypeDef;
我们先看一下Bsp_Eth_Init()函数，调用HAL库的HAL_ETH_DeInit(&heth)进行复位ETH配置，在该复位函数内部会调用bsp_eth.c文件中的HAL_ETH_MspDeInit()函数，然后再对heth的参数进行初始化，如开启网络自适应功能、设置PHY的地址、设置MAC地址、设置接收网络数据的方式为中断方式、设置检查校验为硬件校验、设置以太网速度为100Mbit/s等（速度和工作模式无须配置），然后调用HAL库的HAL_ETH_Init()函数将以太网进行初始化，此时会调用HAL_ETH_MspInit()对以太网的接口进行初始化，所以，bsp_eth.c文件需要对HAL_ETH_MspInit()进行封装，根据我们的硬件接口（I/O接口）进行初始化操作，再初始化以太网的接收、发送描述符列表，这些无须我们理会，HAL库已经帮我们处理好了，这样，一个以太网接口就基本初始化完成了，但是，收发数据的操作还需要我们自己写驱动，所以我们暂时还不可以使用它进行网络数据的收发操作，因为数据的收发需要配合LwIP，这些会在后面的章节中介绍。
3.6.3 修改stm32f4xx_hal_conf.h文件
有人可能会问，PHY的初始化在哪呢？其实，调用HAL_ETH_Init()函数的时候，HAL库就已经对PHY进行初始化了，当然，每个不一样的PHY肯定有不一样的配置，所以这就需要我们自己对PHY参数进行配置，我们的开发板使用的是LAN8720A芯片，LAN8720A复位时需要一段延时时间，这里需要定义延时时间的长度，大约为5～50ms即可，驱动代码中需要获取PHY的速度和工作模式，LAN8720A的R31是特殊控制/状态寄存器，包括指示以太网速度和工作模式的状态位，所以，我们需要在stm32f4xx_hal_conf.h中添加自己的PHY配置，具体见代码清单3-3。
代码清单3-3 PHY配置
1 /＊ ############ 以太网外设配置 ################# ＊/ 2 3 /＊ Section 1 ： 以太网外设配置部分 ＊/ 4 5 /＊ MAC地址（宏定义）＊/ 6 #define MAC_ADDR0 2U 7 #define MAC_ADDR1 0U 8 #define MAC_ADDR2 0U 9 #define MAC_ADDR3 0U 10 #define MAC_ADDR4 0U 11 #define MAC_ADDR5 0U 12 13 /＊ 定义以太网驱动器缓冲区的大小和数量 ＊/ 14 #define ETH_RX_BUF_SIZE ETH_MAX_PACKET_SIZE 15 /＊ 接收的缓冲区大小 ＊/ 16 #define ETH_TX_BUF_SIZE ETH_MAX_PACKET_SIZE 17 /＊ 发送的缓冲区大小 ＊/ 18 #define ETH_RXBUFNB ((uint32_t)8U) 19 /＊ 8个接收缓冲区，大小为ETH_RX_BUF_SIZE ＊/ 20 #define ETH_TXBUFNB ((uint32_t)8U) 21 /＊ 8个发送缓冲区，大小为ETH_TX_BUF_SIZE ＊/ 22 23 /＊ Section 2: PHY配置部分 ＊/ 24 25 /＊ 定义LAN8720地址 ＊/ 26 #define LAN8720_PHY_ADDRESS 0U 27 /＊ PHY复位延迟，这些值基于1ms systick中断 ＊/ 28 #define PHY_RESET_DELAY ((uint32_t)0x00000005U) 29 /＊ PHY配置延迟 ＊/ 30 #define PHY_CONFIG_DELAY ((uint32_t)0x00000005U) 31 32 #define PHY_READ_TO ((uint32_t)0x0000FFFFU) 33 #define PHY_WRITE_TO ((uint32_t)0x0000FFFFU) 34 35 /＊ section 3通用PHY寄存器 ＊/ 36 37 #define PHY_BCR ((uint16_t)0x00U) 38 /＊! < 收发器基本控制寄存器 ＊/ 39 #define PHY_BSR ((uint16_t)0x01U) 40 /＊! < 收发器基本状态寄存器 ＊/ 41 42 #define PHY_RESET ((uint16_t)0x8000U) /＊! < PHY复位 ＊/ 43 #define PHY_LOOPBACK ((uint16_t)0x4000U) 44 /＊! < 选择环回模式 ＊/ 45 #define PHY_FULLDUPLEX_100M ((uint16_t)0x2100U) 46 /＊! < 将全双工模式设置为100 Mbit/s ＊/ 47 #define PHY_HALFDUPLEX_100M ((uint16_t)0x2000U) 48 /＊! < 将半双工模式设置为100 Mbit/s ＊/ 49 #define PHY_FULLDUPLEX_10M ((uint16_t)0x0100U) 50 /＊! < 将全双工模式设置为10 Mbit/s ＊/ 51 #define PHY_HALFDUPLEX_10M ((uint16_t)0x0000U) 52 /＊! < 将半双工模式设置为10 Mbit/s ＊/ 53 #define PHY_AUTONEGOTIATION ((uint16_t)0x1000U) 54 /＊! < 启用自动协商功能 ＊/ 55 #define PHY_RESTART_AUTONEGOTIATION ((uint16_t)0x0200U) 56 /＊! < 重启自动协商功能 ＊/ 57 #define PHY_POWERDOWN ((uint16_t)0x0800U) 58 /＊! < 选择省电模式 ＊/ 59 #define PHY_ISOLATE ((uint16_t)0x0400U) 60 /＊! < 从MII隔离PHY ＊/ 61 62 #define PHY_AUTONEGO_COMPLETE ((uint16_t)0x0020U) 63 /＊! < 自动协商过程已完成 ＊/ 64 #define PHY_LINKED_STATUS ((uint16_t)0x0004U) 65 /＊! < 建立了有效链接 ＊/ 66 #define PHY_JABBER_DETECTION ((uint16_t)0x0002U) 67 /＊! < 检测到Jabber状况 ＊/ 68 69 /＊ Section 4： 扩展PHY寄存器 ＊/ 70 #define PHY_SR ((uint16_t)0x1FU) 71 /＊! < PHY状态寄存器偏移 ＊/ 72 73 #define PHY_SPEED_STATUS ((uint16_t)0x0004U) 74 /＊! < PHY速度掩码 ＊/ 75 #define PHY_DUPLEX_STATUS ((uint16_t)0x0010U) 76 /＊! < PHY状态掩码 ＊/