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【从0到0.5】基于STM32F427+DP83848+FreeRTOS+LWIP+CubeMx+Keil搭建TCP服务端与客户端

article 2025/1/2 19:10:10

1.说明

本次测试使用的板卡是基于STM32F427ZI MCU制作的，使用的PHY芯片是DP83848。
测试目的是从0开始搭建一套可以在keil执行的基于FreeRTOS和lwip的例程。
STM32F427ZI：

最大主频180MHz
2 MB Flash
256+4 KB SRAM
64-KB CCM（DMA不能访问，只能内核访问）
其他特性：

2. CubeMX配置

新建项目：
在这里插入图片描述

双击即可。

2.1 RCC与时钟树

在这里插入图片描述

HSE选择外部晶振。
Power 参数中Power Regulator 选择Scale 1全功率运行，低功耗模式本次不考虑。

时钟树如下，外部晶振采用8MHz：
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2.2 SYS

在这里插入图片描述

Debug选择Sw，使用的是ST-Link。
TimeBase时基采用硬定时器TIM14。

2.3 USART

在这里插入图片描述
该串口用来打印信息，根据外部预留的IO口，本次使用的是6号。

2.4 FreeRTOS

在这里插入图片描述
选择CMSIS_V2版本。
其他修改项：

TOTAL_HEAP_SIZE：总的堆大小，默认15k，可以根据实际分配的内存再改大一些，本项目使用50k；
USE_MALLOC_FAILED_HOOK：内存分配失败的回调启用，本次启用；

2.5 ETH

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Mode选择RMII，DP83848芯片仅支持该模式。
精简介质独立接口 (RMII) 规范降低了 10/100 Mbit/s 下微控制器以太网外设与外部 PHY 间的引脚数。根据 IEEE 802.3u 标准， MII 包括 16 个数据和控制信号的引脚。 RMII 规范将引脚数减少为 7 个（引脚数减少 62.5%），并具有如下特点：
1）支持 10-Mbit/s 和 100-Mbit/s 的运行速率
2）参考时钟必须是 50 MHz
3）相同的参考时钟必须从外部提供给 MAC 和外部以太网 PHY
4）它提供了独立的 2 位宽（双位）的发送和接收数据路径
**注意本次设计的板子，单独提供了50MHz的晶振给PHY使用。**如果没有单独的晶振，需要自己配置时钟树，引出50MHZ的频率输出给PHY芯片使用！

注意MAC地址，每次建立的工程都是相同的，当需要多个板卡同时在一个局域网工作时，需进行修改。并且MAC地址的最高一位有特殊的含义，修改的时候最好从最低位修改（最右边的）：

如果最高位为 0，则该 MAC 地址是单播地址，表示该地址唯一地标识一个网络接口；
如果最高位为 1，且其他位表示特定组播地址，则该地址为组播地址；
所有位FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播地址，在使用UDP广播时，会自动修改目标地址为全F。

RxMode选择中断方式，性能更好，资源消耗更低。

2.6 GPIO

因为是自定义的板子，所以DP83848芯片的管脚需重新进行配置。
在这里插入图片描述

当要修改某个管脚时，直接在右边选中进行选择就可以了：

2.7 LWIP

本节是本次实验最关键的设置，注意必须先配置ETH后，才能配置LWIP。
先看【Key Point】选项卡：在这里插入图片描述

MEM_SIZE (Heap Memory Size)：所使用的堆大小，这里设置为了16000即16k，LWIP申请的发送、接收、控制块的内存都在该堆上；
TCP_WIND：接收的窗口大小，为了提升发送速率，可以改大点，本次21440
TCP_MSS：TCP的网络段大小，本次1460，发送时超过该大小的报文会被切片；
TCP_SND_BUF：发送缓冲区，本次设置为2920，最大可缓存两个1460的报文；
TCP_SND_QUEUELEN：发送时排队的消息个数，超过该个数，发送会返回失败，本次为32个；
TCP_WND_UPDATE_THRESHOLD ：设置了一个阈值，用于判断何时更新 TCP 窗口大小。当接收方的可用窗口大小超过这个阈值时，发送方才会更新其发送窗口。通过设置这个阈值，可以减少频繁的窗口更新，避免在网络环境不稳定时造成过多的控制消息，从而提高性能，本次设置为5360；
其余采用默认配置。

本次采用静态IP。

在这里插入图片描述
平台采用DP83848。

2.8 Project Manager

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注意选择固件版本为V1.28.0，1.28.1有bug。

在这里插入图片描述
Copy all或者部分都可以。

创建代码。

3. LWIP测试

3.1 基于RAW接口的TCPClient

RAW API 是基于回调函数实现的 API 接口，需要自己注册很多回调函数，相对来说还是比较麻烦的，出了问题资料也比较少，可能还得自己抠代码，如果资源很紧张可以考虑，否则不推荐。
本次是基于TCPClient进行测试的，大概的使用思路如下：

【连接服务器】利用osTimer，启动一个重连定时器，当检测到对端主动断开或者心跳探测超时时，进行重连；
【数据发送】利用tcp_poll()注册的回调进行数据发送，这个回调默认500ms调用一次，可通过修改TCP_TMR_INTERVAL宏来控制调用频率，比如10ms调用一次。
【数据接收】tcp_recv实现数据接收回调，利用环形buffer进行解黏包处理。