使用 LwIP TCP/IP 栈，在 STM32Cube 上开发应用

前言

STM32F4x7/9xx 和 STM32F2x7xx 微控制器配有高质量 10/100 Mbit/s 以太网外设，支持媒体独立接口 （MII）和缩减的媒体独立接口 （RMII），以便与物理层 （PHY）接口。
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当使用以太网通信接口时，会使用 TCP/IP 软件协议栈以实现局域网或者广域网中的通信。

本用户手册说明了怎样使用 STM32CubeF2 和 STM32CubeF4 HAL 驱动程序，将一个免费中间件 TCP/IP 栈分别集成到基于 STM32F2x7xx 和 STM32F4x7/9xx 微控制器的嵌入式应用（请参考第 1 章节以获得 STM32Cube 的详细信息）。该中间件 TCP/IP 栈为 LwIP （轻量级IP），专为嵌入式应用开发的开源协议栈。
4 Q6 r, c4 a2 z6 W$ k7 G$ M9 r6 v
对于每款评估 板，此包都包含了九个运行于 LwIP 栈之上的应用：
• 基于 Raw API，运行于独立模式 （没有 RTOS）的应用：
– Web 服务器
– TFTP 服务器
' `0 O+ _! c3 i7 f# Q – TCP 回响客户端应用
5 n9 \! r6 a- Q/ G9 k! p* A! d1 X – TCP 回响服务器应用
: U4 B! [) \  ?* S" w1 L – UDP 回响客户端应用
– UDP 回响服务器应用
# ], p: k% E- q3 `7 Z
• 运行于 FreeRTOS 操作系统的应用：
– 基于 netconn API 的 Web 服务器
2 H- P% b  B2 v) o1 @: L4 e1 s – 基于 socket API 的 Web 服务器
– 基于 netconn API 的 TCP/UDP 回响服务器应用。
1 R# i+ K  q( ]1 C* g3 i/ u6 G
注 : 在本文中， STM32Cube™ 指的是 STM32CubeF2 和 STM32CubeF4， STM32F4xx 指的是STM32F4x7xx 和 STM32F4x9xx 微控制器， STM322xx-EVAL 和 STM324xx-EVAL 指的是STM3221x-EVAL、 STM324xG-EVAL 和 STM324x9I-EVAL 评估板。
) R9 ^1 U+ Q- I* ?6 i, Y- I
) B4 \& u! U1 O! T& K本文提供的截屏和文件名对应的是运行于 STM32F4 微控制器上的应用样例。然而，它们也适用于 STM32F2x7xx。
" f( E: }! S$ Y# ?8 f+ q# ?
1 STM32Cube™ 概述
: z# W1 X9 W% R/ s3 B  ^
& R& q- J2 V- q! @& [$ jSTM32Cube™ 计划源自意法半导体，旨在通过减少开发的工作量、时间与成本，使开发者受益。 STM32Cube 涵盖 STM32 产品组合。

STM32Cube 1.x 版包括：
• 图形软件配置工具 STM32CubeMX，可通过图形向导生成初始化 C 代码。
• 针对每个系列提供综合的嵌入式软件平台 （例如 STM32CubeF2 用于 STM32F2 系列，STM32CubeF4 用于 STM32F4 系列）
1 @* ^2 V$ P) {5 }8 B: P5 a – STM32 抽象层嵌入式软件 STM32Cube HAL，确保在 STM32 各个产品之间实现最大限度的可移植性
– 一套一致的中间件，比如 RTOS、 USB、 TCP/IP、图形
7 _: |3 q/ j" u( k' x – 所有嵌入式软件实用工具均配备一套完整的示例。
5 D; B4 h4 }+ ^7 r8 t  o$ x1 \. ]+ q

2 LwIP TCP/IP 栈描述
8 v" @* |. m+ E& u' L) |/ @! n: y
% G) l$ [2 R; ?! t2 y6 T6 T2.1 栈特性
/ y1 Q8 D' y0 j  ~1 V% _
- ^4 Y( V! I0 ]$ Z/ r. b) CLwIP 为免费 TCP/IP 栈，由 Adam Dunkels 在瑞典计算机科学院 （SICS）开发，由修正的BSD 许可授权。

LwIP TCP/IP 实现的侧重点为在全面保持 TCP/IP 栈的同时，尽可能的减少 RAM 的使用。这使得 LwIP 特别适合在嵌入式系统中使用。
4 S. a/ J9 c: K1 _& H
LwIP 具有下列协议：
6 A  V3 k; m0 Q! t! r1 X • IPv4 和 IPv6 （网际协议 v4 和 v6）
• ICMP （互联网控制消息协议），用于网络维护和调试
* ?! P7 s' P. L1 V • IGMP （互联网组管理协议），用于多播流量的管理
( @' I4 k. g8 ]( g9 p7 @+ o! Q • UDP （用户数据报协议）
• TCP （传输控制协议）
  [3 V# P% u$ {$ d3 V+ J$ N • DNS （域名服务器）
• SNMP （简单网络管理协议）
• DHCP （动态主机配置协议）
• PPP （点到点协议）
: N6 c1 Y6 M2 N • ARP （地址解析协议）
5 s0 l6 P( v4 u7 A- ]" c& W  J( {8 O
- A- A# n3 n6 h: `5 vLwIP 具有三种应用编程接口 （API）：
- k: `+ P6 b' B2 C7 f% A% _& b • Raw API 为原始的 LwIP API。它通过事件回调机制进行应用开发。该 API 提供了最好的性能和优化的代码长度，但增加了应用开发的复杂性。
• Netconn API 为高层有序 API，需要实时操作系统 （RTOS）的支持 （提供进程间通讯的方法）。 Netconn API 支持多线程工作。
• BSD Socket API：类似 Berkeley 的套接字 API （开发于 Netconn API 之上）LwIP 栈的源代码可从 http://savannah.nongnu.org 下载。
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