【正点原子FPGA连载】第三十一章 基于lwip的echo server实验--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之嵌入式开发指南_V1.2

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第三十一章 基于lwip的echo server实验

随着物联网的兴起，万物互联需要一个强大而又灵活的协议体系，TCP/IP协议得天独厚，而在嵌入式网络设备中，由于硬件资源的限制，需要特殊的实现方式。LWIP作为TCP/IP协议的一种轻量级实现方式，满足了这一要求。本章我们利用SDK软件自带的lwIP Echo Server例程模板，初步了解lwip的使用。本章包括以下几个部分：

1         

1.1        简介

1.2        实验任务

1.3        硬件设计

1.4        软件设计

1.5        下载验证

1.1 简介

1)      TCP/IP协议简介

TCP/IP协议中文名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

TCP/IP协议不是TCP和IP这两个协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。从协议分层模型方面来讲，TCP/IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。OSI（Open System Interconnection）是开放式系统互连参考模型，该模型将TCP/IP分为七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。TCP/IP模型与OSI模型对比如表1.1.1所示。

表 33.1.1 OSI模型与TCP/IP模块

编号	OSI 模型	TCP/IP 模型
1	应用层	应用层
2	表示层
3	会话层
4	传输层	传输层
5	网络层	网络层
6	数据链路层	网络接口层
7	物理层

2)      LWIP简介

LWIP是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels等开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈，是TCP/IP的一种实现方式。LWIP是轻量级IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LWIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对 RAM的占用，它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。关于LWIP的详细信息大家可以去http://savannah.nongnu.org/projects/lwip/这个网站去查阅。

LWIP 的主要特性如下：

•IGMP 协议，用于网络组管理，可以实现多播数据的接收

•Internet协议（IP），包括 IPv4 和 IPv6，支持 IP 分片与重装，包括通过多个网络接口的数据包转发

•用于网络维护和调试的Internet控制消息协议（ICMP）

•用户数据报协议（UDP）

•传输控制协议（TCP）拥塞控制，往返时间（RTT）估计，快速恢复和重传

•DNS，域名解析

•SNMP，简单网络管理协议

•动态主机配置协议（DHCP）

•以太网地址解析协议（ARP）

•AUTOIP，IP 地址自动配置

&#8226PP，点对点协议，支持 PPPoE

我们本次使用的lwip202_v1_2是一个基于开源lwIP库版本2.0.2构建的SDK库（Vivado 2018.3版本）。lwip202_v1_2库为Ethernetlite（axi_ethernetlite）、TEMAC（axi_ethernet）以及千兆以太网控制器和MAC（GigE）内核提供适配器。该库可以在MicroBlaze、ARM Cortex-A9、ARM Cortex-A53和ARM Cortex-R5处理器上运行。Ethernetlite和TEMAC核心适用于MicroBlaze系统。千兆以太网控制器和MAC（GigE）内核仅适用于ARM Cortex-A9（Zynq-7000处理器设备）、ARM Cortex-A53和ARM Cortex-R5系统（Zynq UltraScale+ MPSoC）。

lwip202_v1_2提供二种用户编程接口方式：raw API和socket API。

Raw API：是为高性能和低内存开销而定制的。这种类型的API把网络协议栈和应用程序放在一个进程里，连接网络协议和应用程序的纽带是回调函数，回调函数实际上是一个普通的C函数。为了接收数据，应用程序会首先向协议栈注册一个回调函数，当关联的连接有一个信息到达时，该回调函数就被协议栈调用。这种实现方式即有优点也有缺点。优点是数据的接收和发送不会导致进程的切换，提供了最好的性能，执行速度快，而且消耗的内存资源少；缺点是应用程序无法进行连续运算，因为网络协议的处理和运算是在同一进程中完成的，二者无法并行发生。Raw API是资源较少的嵌入式系统的首选方法，也是在没有操作系统的情况下运行lwIP时唯一可用的API。

Socket API：提供了一个基于open-read-write-close 模块的BSD socket-style接口，需要操作系统。此接口在性能和内存要求方面不如Raw API高效，不适用于小型嵌入式系统，但移植性更好。

本章我们使用无需操作系统（standalone）的RAW API编程接口。

3)       PS的千兆以太网控制器

在介绍PS的千兆以太网控制器之前，我们首先了解下MAC与PHY芯片及GMII与RGMII接口。

以太网卡工作在OSI模型的最后两层，物理层和数据链路层，物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为 PHY。此外PHY还提供了和对端设备连接的重要功能并通过LED灯显示出当前的连接的状态和工作状态。当我们给网卡接入网线的时候，PHY不断发出的脉冲信号检测到对端有设备，它们通过一套标准的语言交流，互相协商并确定连接速度、工作模式、是否采用流控等。通常情况下，协商的结果是两个设备中能同时支持的最大速度和最好的双工模式。这个技术被称为AutoNegotiation，即自协商。

数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器。

MAC控制器与PHY通过MII（MediumIndependent Interface）接口进行连接。MII接口有很多类型，千兆以太网多使用GMII（Gigabit Medium Independent Interface）或RGMII（Reduced Gigabit Media IndependentInterface）接口进行连接。

图 33.1.1 GMII接口

GMII接口提供了8位数据通道，125MHz的时钟速率，从而具有1000Mbps的数据传输速率。除MDC和MDIO外，有24根接口信号线，如图33.1.1所示。

GMII接口主要包括四个部分。一是从MAC层到物理层（PHY）的发送数据接口，二是从物理层到MAC层的接收数据接口，三是从物理层到MAC层的状态指示信号，四是MAC 层和物理层之间传送控制和状态信息的MDIO接口。各部分接口信号说明见下表：

表 33.1.2 GMII接口信号

信号名称	数量	描述	归类
GTX_CLK	1	发送时钟信号	MAC到PHY的发送数据接口
TXD[7:0]	8	发送数据信号
TX_ER	1	发送错误提示信号
TX_EN	1	发送使能信号
RX_CLK	1	接收时钟信号	PHY到MAC的接收数据接口
RXD[7:0]	8	接收数据信号
RX_ER	1	接收错误提示信号
RX_DV	1	接收数据有效信号
COL	1	冲突检测信号	PHY到MAC的状态指示信号接口
CRS	1	载波侦听信号
MDC	1	Management Clock	MAC和PHY间传送控制和状态信息接口
MDIO	1	Management Data IO

RGMII接口即Reduced GMII，是GMII接口的简化版本。RGMII采用4位数据接口，工作时钟125MHz，并且在上升沿和下降沿同时传输数据，因此传输速率可达1000Mbps。采用 RGMII的目的是降低电路成本，使实现这种接口的器件的引脚数从24个减少到14个（不包括MDC和MDIO），接口信号如下图所示：

图33.1.2 RGMII接口

可以看到RGMII接口相对于GMII 接口，在TXD和RXD上总共减少8根数据线。TX_CTL信号线上传送TX_EN和TX_ER两种信息，在TX_CLK的上升沿发送TX_EN，下降沿发送TX_ER；同样的，RX_CTL信号线上传送RX_DV和RX_ER两种信息，在RX_CLK的上升沿发送RX_DV，下降沿发送RX_ER。进一步减少了2根数据线。其他信号同GMII接口。

现在我们来看下PS的千兆以太网控制器（GEM）。PS的千兆以太网控制器实现了与IEEE802.3-2008标准兼容的10/100/1000 Mb/s以太网MAC，能够以上述三种速度在半双工或全双工模式下运行。PS配备两个千兆以太网控制器。每个控制器都可以独立配置，其内部原理图如下：

图 33.1.3 以太网控制器

DMA控制器通过AHB总线接口连接到存储器。MAC控制器与FIFO接口的连接为嵌入式处理系统中的分组数据存储提供scatter-gather类型的功能。另外从图 33.1.3中可以看到，如果通过MIO连接至PS端的以太网PHY芯片，则每个控制器使用RGMII接口以节省引脚。如果通过EMIO连接至PL端的以太网PHY芯片，则每个控制器使用GMII接口。

可以通过APB总线访问千兆以太网控制器的寄存器。寄存器用于配置MAC的功能、选择不同的操作模式、以及启用和监控网络管理统计信息。控制器为管理PHY芯片提供MDIO接口，可以从MDIO接口控制PHY芯片。

1.2 实验任务

本章的实验任务是建立PS的以太网的硬件环境，使用SDK软件自带的Lwip Echo Server模板了解LWIP的使用。

1.3 硬件设计

领航者ZYNQ底板上有一个RJ45以太网接口，用于连接以太网线，其原理图如图 33.3.1所示：

图 33.3.1 RJ45接口原理图

以太网的数据传输离不开以太网PHY（物理层）芯片的支持。我们的领航者ZYNQ开发板上使用的PHY芯片为Realtek公司的RTL8211E，其原理图如图 33.3.2所示：

图 33.3.2 RTL8211E原理图

Realtek RTL8211E是高度集成的以太网收发器，符合 10Base-T、100Base-TX和1000Base-T IEEE 802.3标准，提供了所有必要的物理层功能。RTL8211E采用最先进的 DSP 技术和模拟前端（AFE），实现了交叉检测和自动校正、极性校正、自适应均衡、串音消除、回声消除、定时恢复和纠错等功能，以提供10Mbps、100Mbps或1000Mbps的强大传输和接收能力。

在图 33.3.2中，RTL8211E右侧引脚连接到底板的RJ45接口，左侧引脚通过RGMII接口与PS端相连接。MDC/MDIO接口用来配置RTL8211E。其复位信号与PS的PS_POR_B相连接，在PS的上电复位时同时复位RTL8211E，不需要通过MIO来控制。RTL8211E与PS的MIO引脚的连接如图 33.3.3所示。从图 33.3.3可以看到，RTL8211E的RGMII接口通过MIO16-27引脚与PS相连接，MDC/MDIO连接到PS的MIO52-53引脚。

图 33.3.3 RTL8821E同PS的接口

根据实验任务我们可以画出本次实验的系统框图，如下图所示：

图 33.3.4 系统框图

在图 33.3.4中，UART用于打印程序相关的信息，千兆以太网控制器和MAC（GigE）内核通过MIO与外部以太网进行连接。

step1：创建Vivado工程

本次实验的硬件设计可以在《第一章 Hello World》实验的基础上进行。

1-1 我们先打开《第一章Hello World》实验的Vivado工程，打开后将工程另存为“lwip_echo_server”工程，如下图所示，然后点击“OK”按钮。

图33.3.5 另存为工程为lwip_echo

step2：使用IP Integrator创建Processing System

2-1 在Flow Navigator中，点击IP INTEGRATOR下的Open Block Design，如下图所示：

图33.3.6 打开Block Design

2-2 在打开的下图Diagram窗口，双击打开ZYNQ7 Processing System重定义窗口。

图33.3.7 重定义ZYNQ7 Processing System

2-3 在打开的重定义窗口中，点击左侧的MIO Configuration，在右侧的界面中展开“I/O Peripherals”。勾选“ENET 0”和其下的“MDIO”，在“IO”列选择ENET 0的IO为MIO16…27，MDIO的IO为MIO52…53。因为MIO的Bank1即原理图中的BANK501为1.8V，所以我们选择Bank1 I/O Voltage为LVCOMS 1.8V。另外设置Speed列的速度为“fast”，如下图所示，完成后，点击右下角的“OK”。

图33.3.8 PS以太网接口配置界面

2-4 由于不需要添加其它IP，按Ctrl+S快捷键保存Diagram。此时我们的第二步完成，进入第三步

step3：生成顶层HDL

在sources面板中，右键点击Block Design设计文件“system.bd”，然后依次执行“Generate Output Products”和“Create HDLWrapper”。

step4：生成Bitstream文件并导出到SDK

由于本实验未用到PL部分，所以无需生成Bitstream文件，只需导出到SDK即可。如果使用到PL，则需要添加引脚约束以及对该系统进行综合、实现并生成Bitstream文件。

4-1 导出硬件。

在菜单栏中选择 File> Export > Export hardware。

并在弹出的对话框中，取消勾选“Includebitstream”，直接点击“OK”按钮。

因为是在前一工程的基础上建立的，还保留着前一工程的结果，所以会弹出“Module Already Exported”对话框，我们点击“Yes”按钮。

4-2 硬件导出完成后，选择菜单File->Launch SDK，启动SDK开发环境。

1.4 软件设计

首先删除前一实验的工程。下面我们开始第五步——创建应用工程。

step5：在SDK中创建应用工程

5-1 在菜单栏中选择File->New->Application Project, 新建一个SDK应用工程。

5-2 在弹出的图 33.4.1所示界面中，输入工程名“lwip_echo_server”。

在该页面中，我们需要确认HardwarePlatform一栏中选择的是本次实验所导出的硬件平台system_wrapper_hw_platform_1。另外，为了方便以后能在此工程的基础上创建其他工程，我们将创建的BSP工程名称修改为一个不与应用工程相关的名称，此处修改“Create New”后面的方框内容为“lwip _server_bsp”，其它选项保持默认，点击“Next”。

图 33.4.1 创建工程

5-3 选择“lwIP Echo Server”工程模版，然后点击“Finish”按钮，如图 33.4.2所示。

lwIP Echo Server应用程序提供了如何使用轻量级IP堆栈（lwIP）的简单演示。此应用程序将领航者开发板MAC地址设置为00：0a：35：00：01：02，默认使用DHCP获取动态IP地址，如果DHCP失败，则使用默认设置的静态IPv4地址192.168.1.10或IPv6地址FE80：0：0：0：20​​A：35FF：FE00：102。服务器在端口7处侦听输入，并简单地回传发送到该端口的任何数据。

这里简单的介绍下DHCP。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）即动态主机配置协议，通常应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。

图 33.4.2 选择“lwIP Echo Server”模版

5-4 展开lwip_echo_server应用工程目录下的src目录，可以看到很多源文件，如图33.4.4所示，其中大多是平台相关的文件（platform开头的文件）。下面我们简单的介绍下各文件的作用。

echo.c：Echo服务的的主要实现代码。

i2c_access.c：IIC访问PHY的功能实现，本实验不用。

iic_phyreset.c：IIC复位PHY，本使用不用。

main.c：main函数所在文件。

platform_config.h：平台配置相关文件，主要是宏定义所使用的平台。

我们打开“platform_config.h”文件，内容如下：

图33.4.3 platform_config.h文件内容

可以看到宏定义了 PLATFORM_ZYNQ，也就是说本实验是与ZYNQ平台相关的。所以本实验需要的是platform_zynq.c文件，而以下的与其它平台相关的platform_mb.c、platform_ppc.c、platform_zynqmp.c、platform.c都无需使用。

platform_config.h是基于硬件设计生成的。

sfp.c和si5324.c分别用于sfp PHY和si5324芯片，用于官方特定的开发板，与我们使用的领航者开发板不相关。

]图 33.4.4 src目录

5-5 为了方便分析，我们将src文件夹与本实验不相关的平台文件删除，删除后的src文件夹内容如下图所示：

图33.4.5 删除不相关文件后的src文件夹内容

5-6 现在我们打开main.c文件，为了方便分析源代码，在main.c文件中将带有下图箭头所指的预编译指令删除。

图33.4.6 删除不需要的预编译指令

删除不适用的预编译指令后的main.c代码如下：

1. #include <stdio.h>
   
2. #include "xparameters.h"
   
3. #include "netif/xadapter.h"
   
4. #include "platform.h"
   
5. #include "platform_config.h"
   
6. #include "xil_printf.h"
   
7. #include "lwip/tcp.h"
   
8. #include "xil_cache.h"
   
9. #if LWIP_IPV6==1
   
10. #include "lwip/ip.h"
    
11. #else
    
12. #if LWIP_DHCP==1
    
13. #include "lwip/dhcp.h"
    
14. #endif
    
15. #endif
    
16. 
    
17. //函数声明
    
18. void print_app_header();
    
19. int start_application();
    
20. int transfer_data();
    
21. void tcp_fasttmr(void);
    
22. void tcp_slowtmr(void);
    
23. void lwip_init();
    
24. 
    
25. #if LWIP_IPV6==0
    
26. #if LWIP_DHCP==1
    
27. extern volatile int dhcp_timoutcntr;
    
28. err_t dhcp_start(struct netif *netif);
    
29. #endif
    
30. #endif
    
31. 
    
32. extern volatile int TcpFastTmrFlag;
    
33. extern volatile int TcpSlowTmrFlag;
    
34. static struct netif server_netif;
    
35. struct netif *echo_netif;
    
36. 
    
37. #if LWIP_IPV6==1
    
38. void print_ip6(char *msg, ip_addr_t *ip)
    
39. {
    
40.      print(msg);
    
41.      xil_printf("%x:%x:%x:%x:%x:%x:%x:%x\n\r",
    
42.              IP6_ADDR_BLOCK1(&ip->u_addr.ip6),
    
43.              IP6_ADDR_BLOCK2(&ip->u_addr.ip6),
    
44.              IP6_ADDR_BLOCK3(&ip->u_addr.ip6),
    
45.              IP6_ADDR_BLOCK4(&ip->u_addr.ip6),
    
46.              IP6_ADDR_BLOCK5(&ip->u_addr.ip6),
    
47.              IP6_ADDR_BLOCK6(&ip->u_addr.ip6),
    
48.              IP6_ADDR_BLOCK7(&ip->u_addr.ip6),
    
49.              IP6_ADDR_BLOCK8(&ip->u_addr.ip6));
    
50. }
    
51. #else
    
52. void print_ip(char *msg, ip_addr_t *ip)
    
53. {
    
54.      print(msg);
    
55.      xil_printf("%d.%d.%d.%d\n\r", ip4_addr1(ip), ip4_addr2(ip),
    
56.              ip4_addr3(ip), ip4_addr4(ip));
    
57. }
    
58. 
    
59. void print_ip_settings(ip_addr_t *ip, ip_addr_t *mask, ip_addr_t *gw)
    
60. {
    
61.      print_ip("BoardIP: ", ip);
    
62.      print_ip("Netmask: ", mask);
    
63.      print_ip("Gateway: ", gw);
    
64. }
    
65. #endif
    
66. 
    
67. int main()
    
68. {
    
69. #if LWIP_IPV6==0
    
70.      ip_addr_t ipaddr, netmask, gw;
    
71. #endif
    
72.      //设置领航者开发板的MAC地址
    
73.      unsignedchar mac_ethernet_address[] =
    
74.      { 0x00, 0x0a, 0x35, 0x00, 0x01, 0x02 };
    
75. 
    
76.      echo_netif = &server_netif;
    
77. 
    
78.      init_platform();
    
79. 
    
80. #if LWIP_IPV6==0
    
81. #if LWIP_DHCP==1
    
82.      ipaddr.addr = 0;
    
83.      gw.addr = 0;
    
84.      netmask.addr = 0;
    
85. #else
    
86.      //设置静态IP地址
    
87.      IP4_ADDR(&ipaddr,  192, 168,   1, 10);
    
88.      IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255,  0);
    
89.      IP4_ADDR(&gw,      192, 168,   1,  1);
    
90. #endif
    
91. #endif
    
92.      print_app_header();
    
93.      lwip_init();
    
94. 
    
95. #if (LWIP_IPV6 == 0)
    
96.      //添加以太网MAC
    
97.      if (!xemac_add(echo_netif, &ipaddr, &netmask,
    
98.                          &gw, mac_ethernet_address,
    
99.                         PLATFORM_EMAC_BASEADDR)) {
    
100.          xil_printf("Erroradding N/W interface\n\r");
     
101.          return -1;
     
102.      }
     
103. #else
     
104.      if (!xemac_add(echo_netif, NULL, NULL, NULL, mac_ethernet_address,
     
105.                          PLATFORM_EMAC_BASEADDR)) {
     
106.          xil_printf("Erroradding N/W interface\n\r");
     
107.          return -1;
     
108.      }
     
109.      echo_netif->ip6_autoconfig_enabled = 1;
     
110.      netif_create_ip6_linklocal_address(echo_netif, 1);
     
111.     netif_ip6_addr_set_state(echo_netif, 0, IP6_ADDR_VALID);
     
112.      print_ip6("\n\rBoardIPv6 address ", &echo_netif->ip6_addr[0].u_addr.ip6);
     
113. #endif
     
114.      netif_set_default(echo_netif);
     
115. 
     
116.      //启用中断
     
117.      platform_enable_interrupts();
     
118. 
     
119.      //指定网络是否已启动
     
120.      netif_set_up(echo_netif);
     
121. 
     
122. #if (LWIP_IPV6 == 0)
     
123. #if (LWIP_DHCP==1)
     
124.      //创建新的DHCP客户端。
     
125.      dhcp_start(echo_netif);
     
126.      dhcp_timoutcntr = 24;
     
127. 
     
128.      while(((echo_netif->ip_addr.addr) == 0) && (dhcp_timoutcntr > 0))
     
129.          xemacif_input(echo_netif);
     
130. 
     
131.      if (dhcp_timoutcntr <= 0) {
     
132.          if ((echo_netif->ip_addr.addr) == 0) {
     
133.              xil_printf("DHCPTimeout\r\n");
     
134.              xil_printf("Configuringdefault IP of 192.168.1.10\r\n");
     
135.              IP4_ADDR(&(echo_netif->ip_addr),  192, 168,   1, 10);
     
136.              IP4_ADDR(&(echo_netif->netmask), 255, 255, 255,  0);
     
137.              IP4_ADDR(&(echo_netif->gw),      192, 168,   1,  1);
     
138.          }
     
139.      }
     
140. 
     
141.      ipaddr.addr = echo_netif->ip_addr.addr;
     
142.      gw.addr = echo_netif->gw.addr;
     
143.      netmask.addr = echo_netif->netmask.addr;
     
144. #endif
     
145.      print_ip_settings(&ipaddr, &netmask, &gw);
     
146. #endif
     
147.      //启动应用程序
     
148.      start_application();
     
149. 
     
150.      //接收和处理数据包
     
151.      while (1) {
     
152.          if (TcpFastTmrFlag) {
     
153.              tcp_fasttmr();
     
154.              TcpFastTmrFlag = 0;
     
155.          }
     
156.          if (TcpSlowTmrFlag) {
     
157.              tcp_slowtmr();
     
158.              TcpSlowTmrFlag = 0;
     
159.          }
     
160.          xemacif_input(echo_netif);
     
161.          transfer_data();
     
162.      }
     
163.      cleanup_platform();
     
164.      return 0;
     
165. }

复制代码

可以看到代码中有很多的#if LWIP_IPV6==0和#if LWIP_DHCP==1这类预编译指令，这是因为lwip即支持IPv4也支持IPv6，IPv4和DHCP默认支持。如果想重新配置lwip如取消DHCP，可以通过以下方式重配置lwip。

鼠标右键点击“lwip_server_bsp”，在弹出的菜单中选择“Board Support Package Settings”，如下图所示：

图33.4.7 Board Support Package Settings

在弹出的界面中点击左侧standalone下的lwip202，右侧就是lwip的配置面板。如下图所示，箭头所指的两处分别是配置启用DHCP和使能IPv6，可以看到，dhcp默认为true，ipv6默认为false。

图33.4.8 lwip的配置面板

main函数可以说是使用lwip的一个标准函数，可以在不修改main函数的情况下就可实现其它的应用功能。main函数主要完成以下功能：

1)       在代码的73行设置领航者开发板的MAC地址为00：0a：35：00：01：02。

2)       通过调用init_platform函数配置定时器和建立中断以初始化平台，定时器产生周期性中断，周期为250ms。

3)       调用lwip_init函数完成对lwip协议栈的初始化，代码第93行。

4)       初始化lwIP后，使用xemac_add函数添加以太网MAC到协议栈中。

5)       使用platform_enable_interrupts函数使能中断和启动定时器。

6)       从代码第125~139行，启动DHCP服务获取动态IP地址，如果超时未获取到动态IP地址，则使用默认的静态IP设置：

IP Address: 192.168.1.10

Netmask : 255.255.255.0

Gateway : 192.168.1.1

我们也可以根据需要修改代码第135~137行的值，从而使用不同的静态IP地址。

7)       start_application函数是用户应用函数，当我们使用lwip实现不同的应用功能时，可以在保持main函数不变的情况下，修改start_application函数的实现即可。本实验的start_application函数在echo.c文件中定义，该函数创建了一个TCP服务并设定了对应该服务的回调函数。当一个TCP连接请求被接收时，回调函数对客户端发送来的数据原封不动的发送回去，从而实现echo服务器的功能。由于本实验的目的在于初步了解lwip的使用，对于涉及到的TCP协议的使用，我们将在下一章讲解，本实验我们不多做介绍。

8)       程序进入while(1)循环执行数据包接收操作，以及它需要执行的任何其他特定于应用程序的操作。TcpFastTmrFlag和TcpSlowTmrFlag是TCP TX处理所必需的，定时器中断分别以250ms和500ms的周期来改变这两个标志位。数据包接收函数xemacif_input处理由中断处理程序接收的数据包，并将它们传递给lwIP，然后lwIP为每个接收到的数据包调用适当的回调处理程序。transfer_data函数无实际意义，可以删除。

5-7 程序修改完成后，按快捷键Ctrl+S保存main.c文件，工具会自动进行编译。编译完成后控制台（Console）中会出现提示信息“Build Finished”，同时在应用工程的Binaries目录下可以看到生成的elf文件。

1.5 下载验证

首先我们将下载器与领航者底板上的JTAG接口连接，下载器另外一端与电脑连接。然后使用Mini USB连接线将USB UART接口与电脑连接，用于串口通信。使用网线一端连接领航者开发板的以太网接口，另一端与电脑或路由器连接。最后连接开发板的电源，并打开电源开关。如下图所示：

图33.5.1领航者ZYNQ开发板实物图

现在进入最后一步。

step6：板级验证

6-1 在SDK软件的下方的SDK Terminal窗口中点击右上角的加号连接串口。

6-2 下载程序。

6-3 可以看到串口打印的结果如下：

图 33.5.2 显示打印结果

在打印出“link speedfor phy address 1: 1000”后要等一段时间进行DHCP服务。因为我们将领航者开发板的以太网接口与电脑进行连接，所以出现了DHCP Timeout，开发板的IP地址为默认设置的静态IP地址192.168.1.10。如果和路由器进行连接，开发板的IP则是由DHCP获取的动态IP设置。TCP应答服务的端口号为7。另外需要说明的是串口打印的“TCP packets sent to port 6001 will be echoed back”可能是该模板最初版本使用的是6001端口，后面更新的时候使用了端口7，而该语句没有修改或删除，所以这是无意义的语句，可以找到print_app_header函数从而删除该语句。

在使用静态IP地址时，需要确保同网段内没有主机使用192.168.1.10 的IP地址，否则会造成IP冲突。可以在开发板未上电前或未下载程序前在CMD里输入“ping 192.168.1.10”命令查看是否能ping通，如果能ping通，说明网络中有此IP地址，此时需要更改静态IP地址为其他值，如192.168.1.123等。

6-4 我们在电脑端打开网络调试助手，设置协议类型为：TCP Client，服务器IP地址为串口打印的地址，此处为：192.168.1.10，服务器端口号为：7，然后点击连接，即可连上开发板的 TCP Sever，如下图所示：

图33.5.3 电脑端网络调试助手TCP Client测试界面

6-5 本实验除了可以使用网络调试助手软件外，还可以使用telnet。

我们打开电脑的CMD（按win+r键后输入cmd），输入“telnet192.168.1.10 7”，如下图所示：

图33.5.4 进行telnet连接

回车后，进入下图所示界面：

图 33.5.5 连接成功后的界面

如果回车后出现像下图所示界面所示“telnet不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件”，则表明未开启Windows的telnet客户端功能，开启方式见6-5。

图33.5.6 未启用telnet客户端时的界面

此时我们按键盘上的字母和数字键，如123abc，控制台显示如下：

图33.5.7 控制台显示

可以看到除了1只有一个外，其它字符都显示两个，一个是我们按下的，另一个是开发板的lwip echo server应答的。可见功能基本正确，不过从使用上看还是有问题的，一是第一次按下的字符没有回显；二是不能输入字符串，这些问题主要是windows自带的telnet的问题。如果使用第三方提供的telnet工具，例如使用Win10系统的读者可以开启WSL，从而使用linux系统提供的telnet功能进行连接，如下图（通过WSL使用Ubuntu系统）：

图33.5.8  功能完全正常

可以看到一点问题也没有。按“Ctrl+]”可以退出输入界面，然后输入“quit”即可退出telnet连接。

注：Telnet 协议是TCP/IP 协议族中的一员，是 Internet 远程登录服务的标准协议和主要方式。它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。在终端使用者的电脑上使用telnet 程序，用它连接到服务器。终端使用者可以在telnet程序中输入命令，这些命令会在服务器上运行，就像直接在服务器的控制台上输入一样。可以在本地就能控制服务器。

6-6 下面我们介绍一下如何开启Windows的telnet客户端功能。在Win10或Win7系统中，按“Win+r”快捷键后，在下图所示界面中输入“control”。

图33.5.9 打开控制面板界面

进入下图所示控制面板界面，将查看方式设置为“类别”，单击“程序”下的“卸载程序”，如下图所示：

图33.5.10 点击进入“程序和功能”界面

在弹出的界面中，单击“启用或关闭Windows功能”，如下图所示：

图33.5.11 点击“启用或关闭Windows功能”

在弹出的“Windows功能”界面中，找到“Telnet Client”，并勾选，如下图所示：

图33.5.12 勾选telnet client

单击确定后，如果出现“Windows需要重启电脑才能完成安装所请求的更改”字样，重新启动电脑即可，至此，Windows的telnet客户端服务已启用。

此时我们进行telnet连接会连接成功，但也有部分电脑会出现下图所示现象：

图33.5.13 无法连接

出现这种情况是因为本地连接（Win10为以太网）设置有问题，需要重新设置。在控制面板界面，单击“网络和Internet”下的“查看网络状态和任务”，如下图所示：

图33.5.14 打开“查看网络和状态”

进入下图所示界面：

图33.5.15 更改适配器设置

点击箭头所指的“更改适配器设置”，进入下图所示界面：

图33.5.16 打开属性界面

点击“以太网”（或者本地连接，如果有）后出现“更改此连接的设置”，点击“更改此连接的设置”，进入“属性”界面，点击“Internet协议版本4（TCP/IPv4）”，如下图所示：

图33.5.17 进入IPv4设置

进入下图所示界面后，按下图的设置进行修改。

图33.5.18 设置IPv4

经过这些设置后，基本上就可以使用telnet了。

至此，本实验完成。