ARM课程设计——UDP通信

UDP通信实验

【摘要】

利用基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II的ZLG/IP软件包，利用实验板光盘提供的UDPtest软件可以实现实验板跟PC机的数据收发。

【关键词】

ARM UDP μC/OS-II操作系统

目录

第1章硬件实现 (1)

1.1RTL8019AS网络控制器介绍 (1)

第2章μC/OS-II操作系统 (3)

2.1μC/OS-II系统简介 (3)

2.2μC/OS-II的特点 (3)

2.3任务模式 (3)

2.4支持的指令集 (4)

2.5移植μC/OS-II (4)

第3章ZLG/IP软件包结构和配置 (6)

3.1ZLG/IP软件包结构 (6)

第4章设计过程 (8)

4.1设计步骤 (8)

4.2实验程序 (10)

4.2.1宏定义 (10)

4.2.2RTL8019AS监听任务 (11)

4.2.3UDP通信程序 (12)

4.2.4创建系统任务并初始化 (14)

4.2.5主程序 (15)

4.2.6定时器中断控制 (16)

第5章实验结果 (19)

第6章课程设计体会 (21)

第1章硬件实现

1.1 RTL8019AS网络控制器介绍

RTL8019AS是一种全双工即插即用的以太网控制器，它在一块芯片上集成了RTL8019内核和一个16KB的SDRAM存储器。它兼容RTL8019控制软件和NE2000 8bit或16bit的传输，支持UTP,AUI,BNC和PNP自动检测模式，支持外接闪烁存储器读写操作，支持I/O口地址的完全解码，具有LED指示功能。其接口符合Ethernet2和IEEE802.3（10Base5,10Base2,10BaseT）标准。

RTL8019AS采用100脚PQFP封装，其主要引角功能如下：

引角1－4,97－100：中断控制INT0-7;

引角33：复位控制；

引脚34：使能控制角AEN,低电平有效；

引脚6,7,70，89：数字电源，＋5V；

引脚14,28,83,86：数字地GND;

引脚47,57：模拟电源：＋5V；

引脚44,52：模拟地；

引脚7－13,15,16,18－27：ISA地址总线；

引脚36－43,87,88,90－95：ISA数据总线；

引脚31：Boot ROM读操作控制；

引脚32：Boot ROM写操作控制；

引脚62：RX接收数据显示LED1脚；

引脚63：TX发送数据显示LED2脚；

引脚58,59:接收数据TP IN+/-;

引脚45,46:发送数据TP OUT+/-;

引脚50,51:外接晶体。

图 1 RTL8019AS接线图

第2章μC/OS-II操作系统

2.1 μC/OS-II系统简介

μC/OS-II读做“microCOS2”，意为“微控制器操作系统版本2”。μC/OS-II是著名的、源码公开的实时内核，可用于各类8位、16位和32位单片机、arm或DSP等等。μC/OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核。应用程序处于整个系统的顶层.每个任务都可以认为自己独占了CPU，因而可以设计成为一个无限循环。

2.2 μC/OS-II的特点

●可移植性（portable）

●可固化(ROMmable)

●可剪裁(scalable)

●可剥夺(preemptive)

●多任务

●可确定性

●任务栈

●系统服务

●中断管理

●稳定性与可靠性

多任务是指：μC/OS-II可以管理64 个任务，然而，μC/OS-II的作者建议用户保留8 个给μC/OS-II。这样，留给用户的应用程序最多可有56 个任务。

系统服务指：μC/OS-II 提供很多系统服务，例如信号量、互斥信号量、时间标志、消息邮箱、消息队列、块大小固定的内存的申请与释放及时间管理函数等。

中断管理指：中断可以使正在执行的任务暂时挂起，如果优先级更高的任务被中断唤醒，则高优先级的任务在中断嵌套全部退出后立即执行，中断嵌套层数可达255 层。

2.3 任务模式

ARM7 处理器核具有用户、系统、管理、中止、未定义、中断和快中断七种模式。

用户模式(USER MODE)是ARM 通常执行状态，用于执行大多数应用程序；快速中断模式(FIQ MODE)支持数据传输或通道处理；中断模式(IRQ MODE)用于通用中断处理；超级用户模式(SVC MODE)是一种操作系统受保护的模式：数据中止模式(ABT MODE)指令预取指中止、数据中止时进入该模式；未定义模式(UND MODE)当执行未定义的指令时进入该模式；系统模式(SYS MODE)是操作系统一种特许的用户模式。

除了用户模式之外，其他模式都归为特权模式，特权模式用于中断服务、异常或者访问受保护的资源

特权模式中除系统模式之外另5种模式又称为异常模式，在移植过程中必须设置中断向量表来处理异常。uCOS II的移植主要处理标准中断(IRQ)、快速中断(FIQ)和软件中断(SWI)。

2.4 支持的指令集

带T变量的ARM7处理器核具有两个指令集：标准32位ARM指令集和16位Thumb指令集，两种指令集有不同的应用范围，μC/OS-II包含了这些指令集的切换(TaskIsARM()和TaskIsTHUMB()用于改变指令集)。

2.5 移植μC/OS-II

μC/OS-II 要求所有.C 文件的都要包含都文件includes.h，这样使得用户项目中的每个.C文件不用分别去考虑它实际上需要哪些头文件。使用includes.h的缺点是它可能会包含一些实际不相关的头文件，这意味着每个文件的编译时间可能会增加，但却增强了代码的可移植性。在本移植中另外增加了一个头文件config.h，我们要求所有用户程序必须包含config.h，在config.h中包含includes.h 和特定的头文件和配置项。而μC/OS-II 的系统文件依然只是包含includes.h，即μC/OS-II 的系统文件完全不必改动。所有的配置改变包括头文件的增减均在config.h中进行，而includes.h定下来后不必改动（μC/OS-II 的系统文件需要包含的东西是固定的）。这样，μC/OS-II 的系统文件需要编译的次数大大减少，编译时间随之减少。

μCOS-II 不使用C语言中的short、int、long等数据类型的定义，因为它们与处理器类型有关，隐含着不可移植性。代之以移植性强的整数数据类型，这样，既直观又可移植。

在使用周立功提供的μC/OS-II模板的任何功能之前，必须调用函数OSInit()，它完成μC/OS-II的初始化并建立空闲任务。在开始多任务之前，必须建立至少一个用户任务（不包括μC/OS-II的空闲任务），这是通过调

用函数OSTaskCreate()或函数OSTaskCreateExt()实现。最后函数main()调用函数OSStart()将控制权交给μC/OS-II内核main()函数也就结束了。μC/OS-II应用程序主函数如下：

程序清单 1

int main (void)

{

OSInit(); //初始化uC/OS-II

OSTaskCreate(TaskStart,(void *)0, &TaskStartStk[127], 3); //创建起动任务

OSStart(); //开始多任务}

第3章ZLG/IP软件包结构和配置

3.1 ZLG/IP软件包结构

为了使软件可移植性强、易维护，该软件包采用分层的方法编写。包括网络传输用到的协议、硬件驱动及μC/OS-II的结构进行分层。ZLG/IP包相关文件说明如表格 1

表格 1 软件包相关文件说明

传输层有两个协议传输数据：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。TCP协议是面向连接的一个协议，可靠性高，费用也高；UDP协议是提供最少服务和费用的传输层协议。

UDP是最简单的传输层协议，它具有以下特点：

●无连接：UDP不基于连接来传输数据。

●不可靠：UDP的数据报发送时没有定序，所以UDP

传送的数据是不可靠的，只有靠应用层协议中增加超时重

发等功能才能提供可靠的服务。

●提供应用层协议标识：UDP报头有定义应用层协

议标识和目标应用层标识。

●提供UDP报的校验和：UDP报头包含有整个UDP

报（包括报头和有效负载）及伪报头的校验和，计算方法

与计算IP数据报校验和的计算方法相同。

●缓冲：UDP协议不提供任何数据接收或发送的缓

冲区。缓冲区应该由应用层协议提供。

分段：UDP协议不提供分段传输方式，所以应用层协议要尽量发送小的包。

SOCKET接口函数是TCP/IP的API。使用SOCKET API函数编写UDP通信的任务时，分为服务器方式两种。服务器方式是先接收到数据再进行处理，而客户机则是先发生数据后等待回应处理，它们用到的SOCKET API函数都是相同的。如图2所示就是UDP通信时服务器端和客户机通信函数应用过程图。

服务器端客户机端

图 2 UDP通信是SOCKET API函数的应用

第4章设计过程

4.1 设计步骤

由于使用DM9000的网络控制芯片的Magic2200的实验箱有点问题，后来我们改用使用RTL8019AS网络控制芯片的EasyARM2200教学实验平台。

1)启动ADS1.2，使用ARM Executable Image for μCOS-II （lpc22xx）工程模板建立一个工程shiyan。

2)把μCOS-II内核源码和移植文件，ZLG/IP软件包目录拷贝到已建工程目录下，如图3所示，arm目录为移植文件目录，Source 目录为μCOS-II内核源码，tcpip目录为ZLG/IP软件包目录。

图 3 项目目录结构

3)修改tcpip\include\cfg_net.h文件，修改MAC地址为：

0x00,0x14,0x97,0x0F,0x1F,0x9D、子网掩码为255.255.0.0、IP地址：172.30.172.77、本地网关地址为PC机IP：172.30.172.125。如程序清单2

程序清单 2 MAC和IP设置

/************** first Net Port Config

**************************/

#define My_Mac_1ID {0x00,0x14,0x97,0x0F,0x1F,0x9D} //将

RTL8019的物理地址存储在程序空间?

#define IP_MARK_1ID {255,255,0,0}

//255.255.255.0,子网掩码

#define MY_IP_1ID {172,30,172,77}

#define MY_GATEWAY_1ID {172,30,172,125}

/**************End Net Port Config ***************/

4)修改shiyan\src\os_cfg.h文件，OS_MAX_EVENTS改为42，OS_LOWEST_PRIO改为62，OS_MAX_QS改为10。

5)在ADS的项目窗口中添加TCPIP的文件组；然后把tcpip\目录下的ARP\Arp.c、ETHERNET\Ethernet.c、

HARDWARE\Hardware.c、IP\Ip.c、PING\Icmp.c、

SOCKET\zlg_socket.c和TCP\Tcp.c、UDP\Udp.c等文件添加到该文件组，最后把程序编好添加到ADS项目窗口的user文件组中，如

图 4 shiyan工程窗口

6)在Startup.s文件的ResetInit子程序中，修改存储器接口Bank3总线配置，如程序清单

程序清单 3 存储器接口Bank3总线配置

LDR R0, =BCFG3 ；设置BCFG3寄存器

LDR R1, =0x10001460

STR R1, [R0]

4.2 实验程序

4.2.1宏定义

首先对程序进行初始化宏定义，如程序清单 4

程序清单 4 初始化宏定义

#include "config.h"

#include "../include/cfg_net.h"

void Timer1_Init(void);

#define TASK_START_ID 0

#define TASK_1_ID 1

#define TASK_2_ID 2

#define TASK_3_ID 3

#define TASK_4_ID 4

#define TASK_5_ID 5

#define TASK_6_ID 6

#define TASK_START_PRIO 10

#define TASK_1_PRIO 11

#define TASK_2_PRIO 12

#define TASK_3_PRIO 13

#define TASK_4_PRIO 14

#define TASK_5_PRIO 15

#define TASK_6_PRIO 16

#define MSG_QUEUE_SIZE 20

OS_EVENT *RecPackedFlag;

OS_EVENT *RecBufOverFlowFlag;

OS_EVENT *RecTcpPackedFlag;

OS_EVENT *RecPingPackedFlag;

OS_STK task0_stack[3000];

OS_STK task1_stack[1000];

OS_STK task2_stack[2000];

OS_STK task3_stack[1000];

OS_STK task4_stack[2000];

4.2.2RTL8019AS监听任务

网络控制器监听程序，如程序清单 5

程序清单 5 网卡监听任务

void TaskB(void *pdata) //重要的监听RTL8019AS任务{

void * UdpTemp;

uint8 eer;

while (1)

{

UdpTemp=OSQPend(RecUdpQFlag,0,&eer);

if(eer==OS_NO_ERR)

{

Udp_Process((Rec_Ptr *)UdpTemp);

eer=eer;

}

}

}

4.2.3UDP通信程序

UDP通信程序见程序清单6

程序清单 6 UDP服务器

void TaskD(void *pdata)

{

uint8 add[36]={"ZLGMCUyhbabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"};//当接收到“A”时发送的数据

uint8 add1[10]={"123456789"};//当出错是发送的数据

uint8 rec_buffer[100]; //发送缓存区

SOCKET s;

uint8 couter_byte=5; //重复发送的次数

int rec_coute,send_coute;

uint16 iii;

struct sockaddr servaddr,clientaddr;

OSTimeDly(60);

servaddr.sin_family=0; //设置客户机IP

servaddr.sin_addr[0]=172;

servaddr.sin_addr[1]=30;

servaddr.sin_addr[2]=172;

servaddr.sin_addr[3]=125;

servaddr.sin_port=1026; //设置服务器端口号

OSTimeDly(60);

s=*socket( 0, SOCK_DGRAM, UDP_PROTOCOL);//建立SOCKET

clientaddr.sin_family=0; //设置本地IP

clientaddr.sin_addr[0]=172;

clientaddr.sin_addr[1]=30;

clientaddr.sin_addr[2]=172;

clientaddr.sin_addr[3]=77;

clientaddr.sin_port=1025; //设置本地监听端口号

iii=bind( (SOCKET * )&s, (struct

sockaddr*)&clientaddr,sizeof(clientaddr)); //绑定服务器地址

while (1)

{

rec_coute=recvfrom( s, rec_buffer, 100, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, &iii ); //接收数据

if(rec_coute>0)

{

if(rec_buffer[0]=='A') //如果第一个数据是“A”

couter_byte=5;

else

send_coute=sendto(s, rec_buffer, rec_coute, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr) ); //把接收的数据返回}

while(couter_byte!=0) //循环发送数据

{

send_coute=sendto(s, add, 34, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr) );

if(send_coute==34)

OSTimeDly(40);

else

send_coute=sendto(s, add1, 9, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr) ); //出错后发送的数据

OSTimeDly(40);

couter_byte--;

}

}

}

4.2.4创建系统任务并初始化

创建系统任务并初始化如程序清单7

程序清单7 系统任务

void task0(void *pdata)

{ /*在第1个任务中设置定时器0及中断*/

UBYTE iii;

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3

OS_CPU_SR cpu_sr;

#endif

TargetInit();

OSTaskCreateExt(TaskB, //重要的监听RTL8019AS任务

(void *)0,

&task1_stack[999],

TASK_1_PRIO,

TASK_1_ID,

&task1_stack[0],

1000,

(void *)0,

0);

OSTaskCreateExt(TaskD, //接受数据和发送数据

(void *)0,

&task3_stack[999],

TASK_3_PRIO,

TASK_3_ID,

&task3_stack[0],

1000,

(void *)0,

0);

SetNetPort();

InitNic(0); //RTL8019芯片初始化,在global.c中定义

Initial_arp();

Tcp_Initial();

Udp_Initial();

while(1)

{

OSTimeDly(4);

do

{

iii=Rec_Packet();

}

while(iii!=0);

}

}

void Uart_SendChar(INT8U data)

{

while((U0LSR & 0x00000020) == 0);

U0THR = data;

}

4.2.5主程序

程序清单8 主程序

int main (void)

{UBYTE iii;

Timer1_Init();

OSInit();

OSTaskCreateExt(task0,

(void *)0,

&task0_stack[2999],

TASK_START_PRIO,

TASK_START_ID,

&task0_stack[0],

3000,

(void *)0,

0);

RecPackedFlag= OSSemCreate(0);

RecBufOverFlowFlag= OSSemCreate(0);

RecTcpPackedFlag= OSSemCreate(0);

RecPingPackedFlag= OSSemCreate(0);

SendFlag= OSSemCreate(1);

RecIcmpQFlag=

OSQCreate(&RecIcmpQ[0],Q_Max_Size);

RecTcpQFlag=

OSQCreate(&RecTcpQ[0],Q_Max_Size);

RecUdpQFlag=

OSQCreate(&RecUdpQ[0],Q_Max_Size);

OSStart();

}

4.2.6定时器中断控制

程序清单9 中断控制

void Timer1_Init(void)

{

OS_ENTER_CRITICAL();

T1IR = 0xffffffff;

T1TC = 0;

T1TCR = 0x01;

T1MCR = 0x03;

T1MR0 = 0xffffff;

OS_EXIT_CRITICAL();

}

void Timer1(void)

{

static uint8 m_10sec=0;

static uint8 p_sec=0;

static uint8 p_min=0;

uint8 num;

OS_ENTER_CRITICAL();

T1IR = 0x01;

m_10sec++;

if(m_10sec==100)

{

p_sec++;

m_10sec=0;

if(Ping_IP_TTL>0)

Ping_IP_TTL--;

for(num=0;num

{

for(p_min=0;p_min

{

if(NetPort[num].ARP_TERM[p_min].TTL>0)

NetPort[num].ARP_TERM[p_min].TTL--;

}

if(Gateway_IP_TTL>0)

NetPort[num].Gateway_IP_TTL--;

}

if(p_sec==60)

{

p_min++;

p_sec=0;

if(p_min==60)

{

p_min=0;

}

}

}

VICVectAddr = 0; // 通知中断控制器中断结束

OS_EXIT_CRITICAL();

}