# stm32F1-enc28j60-lwips-freertos **Repository Path**: txp666/stm32F1-enc28j60-lwips-freertos ## Basic Information - **Project Name**: stm32F1-enc28j60-lwips-freertos - **Description**: No description available - **Primary Language**: C - **License**: Not specified - **Default Branch**: main - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 1 - **Forks**: 0 - **Created**: 2021-12-25 - **Last Updated**: 2023-03-03 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README # 基于STM32的网络编程 摘 要：本次网络编程实验使用STM32搭载FreeRTOS操作系统与LWIP协议实现接入阿里云物联网平台，最终的效果为通过阿里云在线调试实现控制板载LED的亮灭。本设计用到的硬件是正点原子STM32F1精英版、芯片型号STM32F103ZET6，没有板载网卡、采用外接网卡ENC28J60模块。 关键词：STM32 阿里云 FreeRTOS # 引言 Cortex-M3采用ARM V7构架，不仅支持Thumb-2指令集，而且拥有很多新特性。较之ARM7 TDMI，Cortex-M3拥有更强劲的性能、更高的代码密度、位带操作、可嵌套中断、低成本、低功耗等众多优势。 国内Cortex-M3市场，ST（意法半导体）公司的STM32无疑是最大赢家，作为Cortex-M3内核最先尝蟹的两个公司（另一个是Luminary（流明））之一，ST无论是在市场占有率，还是在技术支持方面，都是远超其他对手。在Cortex-M3芯片的选择上，STM32无疑是大家的首选。 RTOS全称是Real Time Operating System，中文名就是实时操作系统。FreeROTS就是一个免费的RTOS类系统。这里要注意，RTOS不是指某一个确定的系统，而是指一类系统。比如UCOS，FreeRTOS，RTX，RT-Thread等这些都是RTOS类操作系统。 LWIP是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels等开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。LWIP是轻量级IP协议，有无操作系统的支持都可以运行，LWIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。 本设计通过在STM32上移植FreeRTOS和LWIP协议栈，实现接入互联网并接入阿里云物联网平台，实现MQTT通讯。 # 一、 硬件简介 1、STM32F1 STM32F103ZETT6是STM32F103里面配置非常强大的了，它拥有的资源包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口。该芯片的配置十分强悍，并且还带外部总线（FSMC）可以用来外扩SRAM和连接LCD等，通过FSMC驱动LCD，可以显著提高LCD的刷屏速度，是STM32F1家族常用型号里面，最高配置的芯片了。 2、ENC28J60 ENC28J60是带有行业标准串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）的独立以太网控制器。它可作为任何配备有SPI 的控制器的以太网接口。ENC28J60符合IEEE 802.3的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个内部DMA模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。与主控制器的通信通过两个中断引脚和SPI 实现，数据传输速率高达10 Mb/s。两个专用的引脚用于连接LED，进行网络活动状态指示。 3、图片 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526823-505eb180-affa-11eb-802b-f27fdaf8dfc4.png) # 二、 环境搭建 1、LWIP带FreeRTOS操作系统移植 由于STM32F1在cubemx没有eth选项，所以无法通过cubemx快速配置本实验示例。 移植方法：正点原子在F1精英版的资料实验例程中有《LWIP带UCOS操作系统移植》和《FreeRTOS实验2-1 FreeRTOS移植实验》。参考这两个例程，搭建本次实验环境：LWIP带FreeRTOS操作系统。 移植后目录： ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526829-56549280-affa-11eb-90ab-a14b1b2d5615.png) 移植成功图片： ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526830-594f8300-affa-11eb-9969-aa203cd3ef57.png) ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526835-60769100-affa-11eb-9b25-08b643c19069.png) 在没有接入路由器的情况下使用默认的静态IP。 2、MQTT移植 MQTT 是一个轻量的发布订阅模式消息传输协议，专门针对低带宽和不稳定网络环境的物联网应用设计。MQTT 基于发布/订阅范式，工作在 TCP/IP协议族上，MQTT 协议轻量、简单、开放并易于实现，这些特点使它适用范围非常广泛。 下载paho库，将MQTTPacket\src目录下的文件添加到工程，MQTTPacket\samples下的transport.c、transport.h添加到工程。 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526838-64a2ae80-affa-11eb-9b2f-d6f16ca664d8.png) # 三、 主要程序 1在main函数中新建一个任务，运行此函数进入mqtt_recv_thread进程。 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526840-68363580-affa-11eb-95a1-e44ac56697cb.png) 2开始进行MQTT连接 void mqtt_recv_thread(void *pvParameters) { uint32_t curtick; uint8_t no_mqtt_msg_exchange = 1; uint8_t buf[MSG_MAX_LEN]; int32_t buflen = sizeof(buf); int32_t type; fd_set readfd; struct timeval tv; //等待时间 tv.tv_sec = 0; tv.tv_usec = 10; MQTT_START: //开始连接 Client_Connect(); //获取当前滴答，作为心跳包起始时间 curtick = xTaskGetTickCount(); while(1) { //表明无数据交换 no_mqtt_msg_exchange = 1; FD_ZERO(&readfd); FD_SET(MQTT_Socket,&readfd); //等待可读事件 select(MQTT_Socket+1,&readfd,NULL,NULL,&tv); //判断MQTT服务器是否有数据 if(FD_ISSET(MQTT_Socket,&readfd) != 0) { //读取数据包--注意这里参数为0，不阻塞 type = ReadPacketTimeout(MQTT_Socket,buf,buflen,0); if(type != -1) { mqtt_pktype_ctl(type,buf,buflen); //表明有数据交换 no_mqtt_msg_exchange = 0; //获取当前滴答，作为心跳包起始时间 curtick = xTaskGetTickCount(); } } //这里主要目的是定时向服务器发送PING保活命令 if((xTaskGetTickCount() - curtick) >(KEEPLIVE_TIME/2*1000)) { curtick = xTaskGetTickCount(); //判断是否有数据交换 if(no_mqtt_msg_exchange == 0) { //如果有数据交换，这次就不需要发送PING消息 continue; } if(MQTT_PingReq(MQTT_Socket) < 0) { //重连服务器 printf("发送保持活性ping失败....\r\n"); goto CLOSE; } //心跳成功 printf("发送保持活性ping作为心跳成功....\r\n"); //表明有数据交换 no_mqtt_msg_exchange = 0; } } CLOSE: //关闭链接 transport_close(); //重新链接服务器 goto MQTT_START; } 3处理收到的消息（调用Cjson库进行json解析） void UserMsgCtl(MQTT_USER_MSG *msg) { //这里处理数据只是打印，用户可以在这里添加自己的处理方式 printf("*****收到订阅的消息！******\r\n"); //返回后处理消息 switch(msg->msgqos) { case 0: printf("MQTT>>消息质量：QoS0\r\n"); break; case 1: printf("MQTT>>消息质量：QoS1\r\n"); break; case 2: printf("MQTT>>消息质量：QoS2\r\n"); break; default: printf("MQTT>>错误的消息质量\r\n"); break; } printf("MQTT>>消息主题：%s\r\n",msg->topic); printf("MQTT>>消息内容：%s\r\n",msg->msg); printf("MQTT>>消息长度：%d\r\n",msg->msglenth); cJSON * root = NULL; cJSON * item = NULL; cJSON * led0item = NULL; root = cJSON_Parse(msg->msg); item = cJSON_GetObjectItem(root, "params"); led0item = cJSON_GetObjectItem(item, "LED0"); int led0=led0item->valueint; cJSON_Delete(root); free(root); LED0=led0; //打开或关闭led msg->valid = 0; } 4在mqttclient.h中配置阿里云信息 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526845-71270700-affa-11eb-8c97-9bbea2e0ac7c.png) # 四、 程序运行结果 将开发板接入路由器 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526849-75ebbb00-affa-11eb-8884-e18b396f82b7.png) ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526855-7be19c00-affa-11eb-9143-ebc7bc533e55.png) 在阿里云物联网平台可以看到stm32开发板已经上线。接下来通过在线调试控制LED ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526859-7edc8c80-affa-11eb-9635-e22e3522c29f.png) 设置LED开观察开发板 ![image](https://user-images.githubusercontent.com/52451470/117526867-83a14080-affa-11eb-99a8-0c835ad1cbe9.png) 可以看到LED灯已经点亮。 # 五、 实验总结 F4系列的板子可以通过cubemx快速配置FreeRTOS系统和LWIP协议，由于使用F103的开发板，在环境配置上花了不少时间。主要是参考正点原子的例程。在这个过程中对FreeRTOS和LWIP都有了更深入的了解。 在移植完成MQTT后，按照paho库里的例程修改，接入阿里云的过程，对MQTT协议也有了一定的理解。 总的来说，本次实验让自己收获了很多。