STM32CubeMX+LAN8720+LWIP+FreeRTOS实现网络通讯

2024-03-04 12:38:59

STM32CubeMX+LAN8720+LWIP+FreeRTOS实现网络通讯

使用STM32CubeMX可以非常方便的将FreeRTOS+LWIP移植到工程中，本文就是介绍如何利用STM32CubeMX移植FreeRTOS+LWIP到STM32F429开发板中。移植的流程如下示：

1. 原理图分析

本文使用的硬件开发环境是STM32F429、LAN8720和RJ45(内置网络变压器)，其连接原理图如下图所示：

LAN8720与STM32F429开发板的连接采用了RMII接口，其引脚连接如下表示：

LAN8720引脚	STM32F429引脚
ETH_MDIO	PA2
ETH_MDC	PC1
RMII_TXD0	PG13
RMII_TXD1	PG14
RMII_TX_EN	PB11
RMII_RXD0	PC4
RMII_RXD1	PC5
RMII_CRS_DV	PA7
RMII_REFCLK	PA1
ETH_RESET	PCF8574T_P7

2. PHY手册分析

LAN8720是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准。LAN8720支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，支持10Mbps和100Mbps。LAN8720可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式)。支持HP Auto-MDIX自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。

LAN8720功能框图如下图示

LAN8720的配置及使用详见LAN8720数据手册，下面简单介绍几种常用功能设置

中断管理：当中断事件发生且相应事件的中断位使能，LAN8720就会在nINT(14脚)产生一个低电平有效的中断信号。提供主中断和复用中断两种模式

PHY地址设置：MAC层通过SMI总线对PHY进行读写操作，LAN8720通过设置RXER/PHYAD0引脚来设置PHY地址，芯片内部自带下拉电阻，当硬复位结束后，LAN8720会读取该引脚电平，作为器件的SMI地址；若该引脚接下拉电阻时（浮空也可，因为内部自带下拉电阻），SMI地址为0；若该引脚接上拉电阻，SMI地址为1；这里采用的是引脚浮空，即设置LAN8720地址为0

nINT/REFCLKO配置：nINTSEL(2脚)用于设置nINT/REFCLKO(14脚)引脚的功能

内部寄存器：BCR/BSR/PHY等寄存器

3. 以太网及其他外设初始化

RCC设置外接HSE，时钟设置为180M

使能USART1，选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
PB0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
使能SWD接口，激活ST-LINK的SW调试模式

配置IO扩展PCF8574芯片，PCF8574与STM32F429的I2C2口相连接；使能I2C2,默认设置

激活ETH的RMII模式，设置PHY Address为0，其余默认设置；设置user PHY，PHY name改为LAN8720A，其余默认设置

配置ETH GPIO，根据原理图更改相应的IO口（此处PB12/PB13改为PG13/PG14）

4. FreeRTOS配置

激活FreeRTOS，使用默认任务，分配堆栈为1024个字

使用FreeRTOS操作系统，一定要将HAL库的Timebase Source从SysTick改为其他定时器，选好定时器后，系统会自动配置TIM

5. LWIP配置

使能LWIP，禁止DHCP服务，配置网卡IP地址信息；其余默认设置

生成工程后，在KEIL里编写相关程序

创建IO扩展驱动文件pcf8574.c和头文件pcf8574.h

/*初始化PCF8574*/
uint8_t PCF8574_Init(void){
  uint8_t temp=0;
  uint8_t data = 0xf0;    
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,PCF8574_ADDR,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);
  if(HAL_OK == HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,PCF8574_ADDR|0x01,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff)){
	printf("TEMP = %x!\r\n",temp);
  }
  return temp;
}

/*读取PCF8574的8位IO值；返回读到的数据*/
uint8_t PCF8574_ReadOneByte(void){				  
  uint8_t temp=0;		  	    																 
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,PCF8574_ADDR|0x01,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);    
  return temp;
}

/*向PCF8574写入8位IO值；DataToWrite为要写入的数据*/
void PCF8574_WriteOneByte(uint8_t DataToWrite){
  HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,PCF8574_ADDR,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&DataToWrite,1,0xff);
}

/*设置PCF8574某个IO的高低电平*/
//bit:要设置的IO编号，0~7
//sta:IO的状态，0或1
void PCF8574_WriteBit(uint8_t bit,uint8_t sta){
  uint8_t data;
  data=PCF8574_ReadOneByte(); //先读出原来的数据
  if(sta==0)
	data&=~(1<<bit);     
  else 
	data|=1<<bit;
  PCF8574_WriteOneByte(data); //写入新的数据
}

/*读取PCF8574某个IO的值*/
//bit:要设置的IO编号，0~7
//返回值:IO的值，0或1
uint8_t PCF8574_ReadBit(uint8_t bit){
  uint8_t data;
  data=PCF8574_ReadOneByte(); //先读取8位IO的值 
  if(data&(1<<bit))
	return 1;
  else 
	return 0;   
}

在ethernetif.c文件中的low_level_init()函数中添加PCF8574复位代码

  /* USER CODE BEGIN MACADDRESS */
  PCF8574_WriteBit(ETH_RESET_IO,1);
  HAL_Delay(50);
  PCF8574_WriteBit(ETH_RESET_IO,0);
  HAL_Delay(50);
  /* USER CODE END MACADDRESS */

注意：STM32CubeMX生成的代码中并没有填充IP地址，在lwip.c文件中的MX_LWIP_Init()函数中将相应的IP地址信息填充进去

  /* IP addresses initialization */
  IP_ADDRESS[0] = 192;
  IP_ADDRESS[1] = 168;
  IP_ADDRESS[2] = 1;
  IP_ADDRESS[3] = 10;
  NETMASK_ADDRESS[0] = 255;
  NETMASK_ADDRESS[1] = 255;
  NETMASK_ADDRESS[2] = 255;
  NETMASK_ADDRESS[3] = 0;
  GATEWAY_ADDRESS[0] = 192;
  GATEWAY_ADDRESS[1] = 168;
  GATEWAY_ADDRESS[2] = 1;
  GATEWAY_ADDRESS[3] = 1;
  /* Initilialize the LwIP stack without RTOS */

在main.c文件中添加相应测试程序

int main(void){
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  PCF8574_Init();
  printf("ETH test\r\n");
  /* USER CODE END 2 */
  /* Call init function for freertos objects (in freertos.c) */
  MX_FREERTOS_Init(); 
  /* Start scheduler */
  osKernelStart();
  while (1){
  	
  }
}

在freertos.c文件中的默认任务里面添加代码

void StartDefaultTask(void const * argument){
  /* init code for LWIP */
  MX_LWIP_Init();
  /* USER CODE BEGIN StartDefaultTask */
  /* Infinite loop */
  for(;;){
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_0);
	osDelay(100);
  }
  /* USER CODE END StartDefaultTask */
}

编译无误下载到开发板后，可以看到DS1指示灯不断闪烁，表示程序正常运行；用网线将PC和STM32开发板连接起来，在PC端配置网卡IP地址（如下图示）；打开PC端的cmd.exe，使用ping命令可以ping通IP地址：192.168.1.10

码农公寓

STM32CubeMX+LAN8720+LWIP+FreeRTOS实现网络通讯

1. 原理图分析

2. PHY手册分析

3. 以太网及其他外设初始化

4. FreeRTOS配置

5. LWIP配置

相关文章