STM32F103驅(qū)動ENC28J60實現(xiàn)裸機TCP/UDP通信方案

電子設(shè)計聯(lián)盟

點擊上方藍色字體，關(guān)注我們
7 U% \- T4 ^7 M) \' E+ W  r來源于粉絲提問。


+ R1 b: Y" c. E) [8 y9 k
. N, U5 `" M9 l這位朋友的項目中采用了STM32F103芯片和ENC28J60網(wǎng)絡(luò)適配器，通過SPI實現(xiàn)通信，目標是開發(fā)不依賴OS的裸機程序，實現(xiàn)TCP和UDP協(xié)議的支持。

$ l6 s" @4 }4 h; e先說結(jié)論：HAL庫不直接支持TCP/IP協(xié)議，因此需引入其他協(xié)議棧。
1
, _' G! Q4 M9 |+ k9 {/ M: ^, T問題 1：HAL庫是否支持TCP/IP？
STM32的HAL庫本身不直接支持TCP/IP協(xié)議。HAL庫主要提供對STM32芯片外設(shè)（如GPIO、SPI、UART等）的基礎(chǔ)控制接口，而不包含任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實現(xiàn)，因此無法直接用于TCP/IP通信。

HAL庫的職責在于硬件層面上提供一種通用的、方便的硬件訪問方法，但它并不涉及較高級別的通信協(xié)議，比如TCP/IP。
2
1 k6 t7 Z: V- F* o/ x% D# x問題 2：如果HAL不支持TCP/IP，那么用什么實現(xiàn)？
由于HAL庫不支持TCP/IP協(xié)議，您需要引入一個適用于裸機環(huán)境的TCP/IP協(xié)議棧。以下是幾種常用方法：

# W) o0 q: i5 E7 S5 z# ]lwIP（Lightweight IP）協(xié)議棧
2 l, e8 H' ~  A+ q  W
& w- v$ ~! e3 J  \

優(yōu)點：相對成熟，文檔豐富，易于移植；開源，社區(qū)支持度高。

缺點：內(nèi)存占用相對較大（對于STM32F103的20KB SRAM需嚴格優(yōu)化），配置相對復雜。

簡介：lwIP是一款開源、輕量級的TCP/IP協(xié)議棧，設(shè)計專注于資源受限的嵌入式系統(tǒng)。它支持TCP、UDP、ICMP等基本協(xié)議，是很多嵌入式網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的首選。

適用性：lwIP可以在裸機模式下運行，并且已經(jīng)被廣泛用于STM32平臺中。其架構(gòu)模塊化，允許選擇性的編譯和裁剪，使得它可以適應(yīng)STM32F103這種資源有限的芯片。

與ENC28J60適配：lwIP本身不直接支持ENC28J60，因此需要實現(xiàn)一個網(wǎng)卡驅(qū)動，將ENC28J60通過SPI接口接入到lwIP中。這需要在lwIP配置中定義ENC28J60的SPI驅(qū)動，主要包括發(fā)送、接收、初始化等函數(shù)的實現(xiàn)。
[/ol]
: f' h0 F/ L  B0 H; D
uIP協(xié)議棧

優(yōu)點：內(nèi)存占用極低，代碼量少，便于移植。

缺點：不支持多連接，協(xié)議實現(xiàn)較為簡化，性能較低，主要適用于低速率、單連接的簡單應(yīng)用。

簡介：uIP是由Adam Dunkels開發(fā)的極簡TCP/IP協(xié)議棧，專為低內(nèi)存的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，目標是在幾KB的RAM中實現(xiàn)基本的TCP/IP功能。

適用性：uIP的代碼量更小，占用的內(nèi)存和計算資源少，非常適合STM32F103這種RAM有限的環(huán)境。

與ENC28J60適配：由于uIP體積小巧，通常需要自行編寫與ENC28J60的驅(qū)動接口代碼。

和lwIP類似，需要編寫ENC28J60的SPI驅(qū)動層，實現(xiàn)uIP的接口。
[/ol]
% Q/ d& `! z% j) ]8 k$ G( G# [( a
自定義輕量級TCP/IP協(xié)議棧

; C$ Y9 ~( }3 J, n4 s

優(yōu)點：極大地節(jié)省內(nèi)存和資源，簡化特定功能的實現(xiàn)。

缺點：開發(fā)周期長，維護困難，不適合較為復雜的網(wǎng)絡(luò)通信需求。

簡介：針對非常特殊的應(yīng)用場景，可以選擇編寫一個定制的、極簡TCP/IP協(xié)議棧，專注于特定的功能（例如僅支持UDP或僅支持單連接的TCP）。

適用性：在內(nèi)存極其緊張的情況下，可以手動編寫僅包含所需功能的簡單協(xié)議棧。

與ENC28J60適配：這種方式需要完整的驅(qū)動和協(xié)議棧的實現(xiàn)，并非通用方案，因此通常不建議初次嘗試網(wǎng)絡(luò)編程時使用。
* X8 l4 v  c: A[/ol]
$ {* q8 D! v; [& {" w% u3
  U& \" T2 A; O/ }; O# X; N' d具體實現(xiàn)建議
推薦方法
! m* ~5 c$ K+ c7 {$ x& v5 n. n- V6 o
基于STM32F103的資源限制，lwIP是較為合適的選擇，但需要對配置進行裁剪，關(guān)閉不必要的功能（如DNS、DHCP等），以減小內(nèi)存占用。

同時，需自行實現(xiàn)ENC28J60的驅(qū)動代碼，建立SPI接口通信，確保數(shù)據(jù)收發(fā)的效率和穩(wěn)定性。


調(diào)試工具

在開發(fā)和調(diào)試過程中，“網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手”可以用于PC端測試下位機的TCP和UDP通信。

可以通過這種方式測試lwIP或uIP棧的通信穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)吞吐量，并確保下位機的響應(yīng)符合預(yù)期。


: s7 E# W, J  Z4 T  d. F9 [+ O
+ h5 y, C  e* Q, ^點擊閱讀原文，更精彩~