1.前语
嵌入式以太网开发是一个很有挑战性的作业。经过几个月的学习，个人觉得大致有两条途径。榜首条途径，经过高档言语了解socket编程，例如C++#或C++，了解bind，listen，connect，accept等函数，在嵌入式体系中运用 lwIP协议栈。第二种途径，经过剖析嵌入式以太网代码，结合TCPIP协议栈标准逐渐实践协议栈代码。榜首种途径效率高，开发周期短，编写出来的代码功用安稳，第二种途径花的时间长，开宣布来的代码功用不完善，可是由于紧紧结合TCPIP标准，能够了解的内容较多，合适学习。本文经过剖析和修正AVRNET源码并移植到STM32渠道，逐渐完成TCPIP协议栈的各个子部分，包含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】【代码库房】
本文先完成ethernet部分和ARP部分。
1.2 其他阐明
【硬件渠道】 STM32+ENC28J60
【编译渠道】 IAR 6.5
【IP地址】在实践之前，需求经过ipconfig指令查看PC机的IP地址和MAC地址，AVR的IP地址设定有必要和PC机在同一个网段中。例如 ：
PC机IP：192.168.1.102
AVR IP： 192.168.1.115
【局域网拜访 】
假如有STM32开发板或许其他CPU的开发板的话，能够把开发板的以太网端口衔接到路由器LAN端口，只需确保开发板的IP地址和PC机的IP地址在同一个网段。
【广域网拜访 】
假如有固定的电信网IP地址的话，能够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，可运用花生壳软件虚拟一个域名。
1.3 代码库房
【代码库房】——CSDN Code代码库房。
2.初始化
以太网协议栈的完成离不开以太网驱动芯片。以太网驱动怎么完成请参阅——ENC28J60学习笔记。TCPIP的完成离不开两个根本地址，IP地址和MAC地址。在本例中经过以下代码界说和完成。
struct.h头文件中 相关界说：
［cpp］ view plain copy// MAC地址结构体
#pragma pack（1）
typedef struct _MAC_ADDR
{
BYTE byte［6］;
}MAC_ADDR;
// IP地址结构体
#pragma pack（1）
typedef struct _IP_ADDR
{
BYTE byte［4］;
}IP_ADDR;
main.c函数中的初始化代码：
［cpp］ view plain copy// 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地址均为自界说的结构体，结构体中为一个字节数组。严格来说，MAC地址不能胡乱界说，应严格遵守相关标准，假如条件答应的话能够运用带有全球仅有的MAC地址的EEPROM芯片。
3.完成ETHERNET
TCPIP是一系列协议的组合，其间最有名的为TCP协议和IP协议。可是千万不要忽视最底层的协议结构——ETHERNET。ETHERNET包含14个字节，称之为以太网首部，其间前六个字节为方针MAC地址，紧着的6个字节为源MAC地址，最终的两个字节为协议类型。以太网的完成通讯时有必要要知道两边的MAC地址，发送方不清晰接纳方的地址便经过ARP协议寻觅方针MAC地址，假如仍然没有成果则可只能把该报文转发给路由器，让路由器处理该报文。协议类型只需关怀两种，0800的IP协议和0806的ARP协议。
ethernet.h中相关宏界说
［cpp］ view plain copy// 协议类型 ARP报文
#define ETH_TYPE_ARP_V 0x0806
#define ETH_TYPE_ARP_H_V 0x08
#define ETH_TYPE_ARP_L_V 0x06
// 协议类型 以太网报文
#define ETH_TYPE_IP_V 0x0800
#define ETH_TYPE_IP_H_V 0x08
#define ETH_TYPE_IP_L_V 0x00
// 以太网报文头部长度 14
#define ETH_HEADER_LEN 14
// 方针MAC地址
#define ETH_DST_MAC_P 0
// 源MAC地址
#define ETH_SRC_MAC_P 6
// 协议类型
#define ETH_TYPE_H_P 12
#define ETH_TYPE_L_P 13
ethernet.c中相关函数
［cpp］ view plain copyvoid eth_generate_header （ BYTE *rxtx_buffer， WORD_BYTES type， BYTE *dest_mac ）
{
BYTE i;
// 装备以太网报文 方针MAC地址和源MAC地址
for （ i=0; i《sizeof（MAC_ADDR）; 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］;
}
// 装备协议类型 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函数完成了填充以太网首部的功用，榜首个输入参数为发送接纳缓冲区。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。第三个参数为方针MAC地址，由于本机MAC地址作为了全局变量，能够在函数内部填充到缓冲区中。
4.完成ARP
为了运用最少的代码完成TCPIP功用，假定经过IP发送报文时现已承认了方针的IP地址，设备总是先被迫的经过ARP先让PC机知道其MAC地址，这样当PC机发送UDP或许TCP报文时，在报文中现已包含了PC机的IP地址，设备仅需从rxtx_buffer中取出PC机IP地址。ARP协议是一个找街坊的进程，是一个播送找MAC的进程。宣布者经过播送报文承认某个IP的MAC地址。ARP首部包含，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字节方针硬件地址和4字节方针IP地址。
在运用ARP协议时需求留意三点：
榜首，操作码分为两种——ARP恳求和ARP呼应，ARP恳求的编码为1，ARP呼应的编码为2，先有恳求后有呼应。第二，发送ARP协议恳求时恳求方清晰对方IP地址，可是不清晰对方MAC地址，所以在恳求报文中MAC地址悉数以0代替。第三，由于不知道对方的MAC地址，所以只能经过播送帧发送以太网数据，所以以太网首部的前6个字节被FF填充。
为了便于ARP功用的完成，在arp.h文件中界说了以下宏界说
［cpp］ view plain copy#define ARP_PACKET_LEN 28
// ARP恳求
#define ARP_OPCODE_REQUEST_V 0x0001
#define ARP_OPCODE_REQUEST_H_V 0x00
#define ARP_OPCODE_REQUEST_L_V 0x01
// ARP呼应
#define ARP_OPCODE_REPLY_V 0x0002
#define ARP_OPCODE_REPLY_H_V 0x00
#define ARP_OPCODE_REPLY_L_V 0x02
// 硬件类型 10M以太网
#define ARP_HARDWARE_TYPE_H_V 0x00
#define ARP_HARDWARE_TYPE_L_V 0x01
// 协议类型 IPV4
#define ARP_PROTOCOL_H_V 0x08
#define ARP_PROTOCOL_L_V 0x00
// 硬件地址长度
#define ARP_HARDWARE_SIZE_V 0x06
// 协议地址长度
#define ARP_PROTOCOL_SIZE_V 0x04
// 硬件类型 2字节
#define ARP_HARDWARE_TYPE_H_P 0x0E
#define ARP_HARDWARE_TYPE_L_P 0x0F
// 协议类型 2字节
#define ARP_PROTOCOL_H_P 0x10
#define ARP_PROTOCOL_L_P 0x11
// 硬件地址 1字节
#define ARP_HARDWARE_SIZE_P 0x12
// 协议地址长度 1字节
#define ARP_PROTOCOL_SIZE_P 0x13
// 操作码 2字节
#define ARP_OPCODE_H_P 0x14
#define ARP_OPCODE_L_P 0x15
// 发送者硬件地址 6字节
#define ARP_SRC_MAC_P 0x16
// 发送者IP地址 4字节
#define ARP_SRC_IP_P 0x1C
// 方针硬件地址 6字节
#define ARP_DST_MAC_P 0x20
// 方针IP地址 6字节
#define ARP_DST_IP_P 0x26
在没有操作体系的支持下，一般经过一个无限循环完成子功用的完成。项目中经过某个process不断查询是否存在网卡数据，假如有网卡数据则马上保存源MAC地址。由于项目中没有保护ARP表，所以有必要及时记载发送方的MAC地址，以便向它回来数据。紧着就是查询该报文是否为ARP恳求，假如是ARP恳求则回来ARP呼应。详细代码如下 ：
［cpp］ view plain copyvoid server_process （ void ）
{
MAC_ADDR client_mac;
IP_ADDR client_ip;
WORD plen;
// 取得新的IP报文
plen = enc28j60_packet_receive（ （BYTE*）&rxtx_buffer， MAX_RXTX_BUFFER ）;
if（plen==0） return;
// 保存客服端的MAC地址
memcpy （ （BYTE*）&client_mac， &rxtx_buffer［ ETH_SRC_MAC_P ］， sizeof（ MAC_ADDR） ）;
// 查看该报文是不是ARP报文
if （ arp_packet_is_arp（ rxtx_buffer， （WORD_BYTES）{ARP_OPCODE_REQUEST_V} ） ）
{
// 向客户端回来ARP报文
arp_send_reply （ （BYTE*）&rxtx_buffer， （BYTE*）&client_mac ）;
return;
}
}
4.1 查询ARP报文
查询该报文是否是针对设备的ARP报文需求承认三点，榜首：承认以太网首部中的协议类型是否为ARP协议类型，ARP协议类型的值为0806H。第二，查询该ARP报文是否为ARP恳求，该进程需求到ARP首部中查询ARP操作码，ARP恳求的操作码为1。第三，查询该ARP恳求中的MAC地址是否和本机MAC匹配。
最终经过宏界说ARP_DEBUD决议是否经过串口输出发起者IP地址和MAC地址。经过串口打印能够承认该ARP报文的发起者。
［cpp］ view plain copyBYTE arp_packet_is_arp （ BYTE *rxtx_buffer， WORD_BYTES opcode ）
{
BYTE i;
// 该报文为ARP报文
if（ rxtx_buffer［ ETH_TYPE_H_P ］ ！= ETH_TYPE_ARP_H_V || rxtx_buffer［ ETH_TYPE_L_P ］ ！= ETH_TYPE_ARP_L_V）
return 0;
// 承认ARP操作码 ARP恳求 1 ARP应对2
if （ rxtx_buffer［ ARP_OPCODE_H_P ］ ！= opcode.byte.high || rxtx_buffer［ ARP_OPCODE_L_P ］ ！= opcode.byte.low ）
return 0;
// 匹配IP地址
for （ i=0; i《sizeof（IP_ADDR）; i++ ）
{
if （ rxtx_buffer［ ARP_DST_IP_P + i］ ！= stm32_ip.byte［i］ ）
return 0;
}
// 经过串口输出
#if ARP_DEBUG
printf（“ARP Message！
”）;
printf（“Source IP：%d.%d.%d.%d
”，
rxtx_buffer［ARP_SRC_IP_P+0］，rxtx_buffer［ARP_SRC_IP_P+1］，
rxtx_buffer［ARP_SRC_IP_P+2］，rxtx_buffer［ARP_SRC_IP_P+3］）;
printf（“Source MAC：%02X-%02X-%02X-%02X-%02X-%02X
”，
rxtx_buffer［ARP_SRC_MAC_P+0］，rxtx_buffer［ARP_SRC_MAC_P+1］，
rxtx_buffer［ARP_SRC_MAC_P+2］，rxtx_buffer［ARP_SRC_MAC_P+3］，
rxtx_buffer［ARP_SRC_MAC_P+4］，rxtx_buffer［ARP_SRC_MAC_P+5］）;
#endif
return 1;
}
4.2 生成ARP首部
生成ARP首部仍是紧紧围绕两个地址打开，即方针MAC地址和方针IP地址，在ARP呼应进程中，源MAC地址和IP地址现在改变为了方针MAC地址和IP地址。
［cpp］ view plain copyvoid arp_generate_packet （ BYTE *rxtx_buffer， BYTE *dest_mac， BYTE *dest_ip ）
{
unsigned char i;
// 硬件类型 0001 10M以太网
rxtx_buffer［ ARP_HARDWARE_TYPE_H_P ］ = ARP_HARDWARE_TYPE_H_V;
rxtx_buffer［ ARP_HARDWARE_TYPE_L_P ］ = ARP_HARDWARE_TYPE_L_V;
// 协议类型
rxtx_buffer［ ARP_PROTOCOL_H_P ］ = ARP_PROTOCOL_H_V;
rxtx_buffer［ ARP_PROTOCOL_L_P ］ = ARP_PROTOCOL_L_V;
// 硬件地址长度
rxtx_buffer［ ARP_HARDWARE_SIZE_P ］ = ARP_HARDWARE_SIZE_V;
// 协议地址长度
rxtx_buffer［ ARP_PROTOCOL_SIZE_P ］ = ARP_PROTOCOL_SIZE_V;
// 方针硬件地址和源硬件地址
for （ i=0; i《sizeof（MAC_ADDR）; i++）
{
rxtx_buffer［ ARP_DST_MAC_P + i ］ = dest_mac［i］;
rxtx_buffer［ ARP_SRC_MAC_P + i ］ = stm32_mac.byte［i］;
}
// 方针IP地址和源IP地址
for （ i=0; i《sizeof（IP_ADDR）; i++）
{
rxtx_buffer［ ARP_DST_IP_P + i ］ = dest_ip［i］;
rxtx_buffer［ ARP_SRC_IP_P + i ］ = stm32_ip.byte［i］;
}
}
4.3 呼应ARP恳求
ARP呼应能够体现出TCP IP报文发生的根本进程，即层层包装。先包装以太网首部，在包装ARP首部，最终经过ENC28J60发送即可。
［cpp］ view plain copyvoid arp_send_request （ BYTE *rxtx_buffer， BYTE *dest_ip ）
{
unsigned char i;
MAC_ADDR dest_mac;
// generate ethernet header
for （ i=0; i《sizeof（MAC_ADDR）; i++）
dest_mac.byte［i］ = 0xff;
eth_generate_header （ rxtx_buffer， （WORD_BYTES）{ETH_TYPE_ARP_V}， （BYTE*）&dest_mac ）;
// generate arp packet
for （ i = 0 ; i 《 sizeof（MAC_ADDR） ; i++）
dest_mac.byte［i］ = 0x00;
// set arp opcode is request
rxtx_buffer［ ARP_OPCODE_H_P ］ = ARP_OPCODE_REQUEST_H_V;
rxtx_buffer［ ARP_OPCODE_L_P ］ = ARP_OPCODE_REQUEST_L_V;
arp_generate_packet （ rxtx_buffer， （BYTE*）&dest_mac， dest_ip ）;
// send arp packet to network
enc28j60_packet_send （ rxtx_buffer， sizeof（ETH_HEADER） + sizeof（ARP_PACKET） ）;
}
5.测验
PC机经过ping指令发送一个ICMP报文，ping指令是承认网络是否衔接的指令，例如发送ping 192.168.1.115，由于PC机不清晰该IP地址的MAC地址，所以会先发送一个ARP恳求。STM32设备可捕获该ARP恳求，并经过串口输出发送ARP恳求的设备的IP地址和MAC地址。此刻先不必理睬是否能够ping通，由于会在今后的文章中完成。
在开端之前能够经过ipconfig /all指令查询本机的IP地址和MAC地址，经过arp -a指令查询PC机中ARP缓冲表。假如有必要可运用arp –d铲除缓冲表的一切内容。
