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使用stm32cubeide stm32f407 lan8720a freertos lwip 实现tcp客户端、服务端及网络数据转串口数据过程详解

news 2025/7/4 14:00:37

1前言

项目需要使用MCU实现网络功能，后续确定方案stm32f407 外接lan8720a实现硬件平台搭建，针对lan8720a也是用的比较多的phy，网上比较多的开发板，硬件上都是选用了这个phy，项目周期比较短，选用了这个常用phy。记得十年前，刚参加工作那会接触的第一个项目，就是MCU实现网络控制协议，当时lwip也不是很流行呢，网络协议栈只能手撕了，当时硬着头皮写，最多也写到UDP，不过对付当时的项目也够用了。抽时间，可以把当时手撕UDP的协议拿出来再看看。技术都是不断的更新迭代，十年后，现在stm32cubeide、stm32cubemx等软件都集成了lwip，这让开发更快速、便捷。但是作为过来人建议，初学者，最好刚开始还是使用固件库、lwip的源码移植，这样对系统理解的更深刻，毕竟网络协议栈真是一门大学问。

文章使用工程下载地址

tcp客户端，具体测试过程参考5.3章节

https://download.csdn.net/download/li171049/90592463

tcp服务端，具体测试过程参考5.4章节

https://download.csdn.net/download/li171049/90592486

2硬件设计

lan8720a的硬件原理图比较成熟，没啥特别要注意的，lan8720a和stm32f407采用rmii的接口。

stm32f407采用串口6作为调试串口，直接通过ttl，也就是该串口的数据可以通过网络数据发送出来，也可以接收到网络数据通过该串口打印出来。

3软件设计

采用STM32CubeIDE 1.17.0，针对硬件配置如下

3.1时钟配置

3.2总体配置

如下图所示

3.3Phy的复位管教

3.4ETH的配置

如下图所示，选用RMII模式，这里需要注意，Rx Mode的配置为默认即可，针对采用操作系统、和不使用操作系统，该选项的配置会自动更改。

3.5freeRTOS的配置

这里增大默认任务堆栈，不然会出现堆栈溢出错误。

3.6Lwip的配置

主要是采用静态IP，不开启DHCP，针对电脑进行ping包测试。

4关键代码

4.1Phy开机复位

针对phy复位IO，进行上电复位操作

HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(55);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(55);

4.2tcp客户端初始化

这里尝试使用raw api进行编程，但是测试效果不理想，太差了，不够稳定，很多时候不能建立链接。排查问题后发现，tcp_new();后的网卡地址默认为0，无法和远端地址建立路由关系，Don't even try to send a SYN packet if we have no route since that will fail。就替换为NETCONN API进行tcp客户端设计。

采用NETCONN API实现tcp 客户端，考虑tcp连接的断掉重连，优化设计，实现客户端断弦、断电，开机重连等设计。

初始化代码如下

  /* init code for LWIP */
  MX_LWIP_Init();
  /* USER CODE BEGIN 5 */
  /* Infinite loop */
  osDelay(2000);
  //tcp_client_init();//初始化tcp客户端
  client_init();
  for(;;)
  {
    osDelay(1000);
    time_cnt++;
    printf("time_cnt = %ld\r\n", time_cnt);
  }
  /* USER CODE END 5 */

主要功能代码如下

while (1)
	{

		conn = netconn_new(NETCONN_TCP);

		if (conn == NULL)
		{
			printf("Create conn failed!\r\n");
			osDelay(1000);
			continue;
		}
		IP4_ADDR(&ipaddr,192,168,1,22);
		ret = netconn_connect(conn,&ipaddr,TCP_CLIENT_PORT);
		if (ret != ERR_OK)
		{
			printf("Connect failed!\r\n");
			netconn_disconnect(conn);
			netconn_close(conn);
			netconn_delete(conn);
			osDelay(1000);
			continue;
		}
		//printf("Connect to iperf server successful!\r\n");
		while (1)
		{
			//客户端发送数据
			ret = netconn_write(conn,send_buf,sizeof(send_buf),0);
			if(ret != ERR_OK)
			{
				netconn_disconnect(conn);
				netconn_close(conn);
				netconn_delete(conn);
				printf("netconn_write error!\r\n");
				osDelay(1000);
				break;
			}
			osDelay(1000);
			//客户端接收数据
			if(1)
			{
				struct netbuf *buf;
				void *data;
				u16_t len;
				while ((err = netconn_recv(conn, &buf)) == ERR_OK)
				{
					do
					{
						netbuf_data(buf, &data, &len);
						err= netconn_write(conn, data, len, NETCONN_COPY);
						printf("Rev:%s\r\n", (char*)data);//接收数据打印到串口
					}while (netbuf_next(buf) >= 0);
					netbuf_delete(buf);
				}
			}
		}
	}

4.3tcp服务端初始化

Tcp服务端初始化

void StartDefaultTask(void *argument)
{
  /* init code for LWIP */
  MX_LWIP_Init();
  /* USER CODE BEGIN 5 */
  /* Infinite loop */
  osDelay(2000);
  tcpecho_init();

  for(;;)
  {
    osDelay(1000);
    time_cnt++;
    printf("time_cnt = %ld\r\n", time_cnt);
  }
  /* USER CODE END 5 */
}