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2)客户主动打开连接,向服务器进程发送WRQ报文,报文中包含写入文件的文件名; 3)TFTP服务器进程选择一个新的端口和TFTP客户进程进行通信,并向TFTP客户进程发送块编号为0的的ACK报文; 4)客户端收到服务器的ACK报文后发送DATA报文,数据段为512Byte,少于512Byte表明是文件的最后的数据,块编号逐次递增; 5)TFTP服务器校验收到的DATA报文的块编号,如果校验正确则将数据写入文件,并发送ACK报文表明已接收到数据,ACK报文的块编号为本次接收的DATA报文的块编号。另外还判断数据段长度是否小于512 Byte,小于则表明文件传输完成,关闭连接,如果等于512Byte,则重复步骤4-5,直到所有请求的数据发送完毕。 从上面的传输过程可以看出,TFTP 是一种类似于停止等待协议(不是真正的停止等待协议,在停止等待协议中,接收方发送的 ack 表示期望收到的下一个分组,而在 TFTP 的 ACK 报文中,ACK的块号表示的是本次成功收到的数据块,而不是下一个期望的下一个数据块)。TFTP 客户端只有收到服务器的确认报文ACK后才会接着向服务器发送新的数据。 另外需要注意的是TFTP 协议中,用于读文件的连接和用于写文件的连接的建立方式不同:建立读连接的时候,客户首先向服务器发送 RRQ 读报文,服务器收到该报文后,直接发回给该客户 DATA 报文,并且包含第一个数据块(块号为 1)。而建立写连接的时候,客户首先先服务器发送 WRQ 写报文,服务器收到该报文后,则发回给客户 ACK 报文,使用的块号为 0;当然上面两种情况如果遇到请求报文出错时,均会发回 ERROR 报文作为响应。 35.2实验任务 本章的实验任务是使用LWIP协议栈搭建TFTP服务器,PC电脑上的客户端可以从TFTP服务器读取文件也可向TFTP服务器写入文件,文件存放在SD卡中。 35.3硬件设计 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 35.3.1 系统框图 在图 5.3.1中,UART用于打印程序相关的信息,LWIP通过以太网传输数据,SD用于存放文件,包括服务器创建的文件和客户端写入的文件。 step1:创建Vivado工程 本次实验的硬件设计可以在《LWIP echo server》实验的基础上添加SD卡。 1-1 我们先打开《LWIP echo server》实验的Vivado工程,打开后将工程另存为 “lwip_tftp_server”工程,然后点击“OK”按钮。 step2:使用IP Integrator创建Processing System 2-1 在Vivado界面左侧的Flow Navigator中,点击IP INTEGRATOR下的Open Block Design以打开Diagram窗口。 2-2 在打开的下图Diagram窗口,双击打开ZYNQ7 Processing System重定义窗口。 图 35.3.2 重定义ZYNQ7 Processing System 2-3 在下图所示的重定义窗口,如同《SD卡读写TXT文本实验》那样配置SD卡。点击左侧的MIO Configuration,在右侧的界面中展开“I/O Peripherals”,勾选“SD 0”,在“IO”列选择SD 0的IO为“MIO40…45”,如下图所示。 图 35.3.3 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 HDL Wrapper”。 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“Include bitstream”,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。 35.4软件设计 下面步骤操作比较麻烦,实际意义也不大,可以直接使用我们提供的例程里的SDK软件工程。 此处我们删除《LWIP echo server》实验的应用工程,保留bsp工程。下面我们开始第五步——创建应用工程。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”, 在弹出的界面中,输入工程名“lwip_tftp_server”,然后选择“Next >”,在下一界面选择“Empty Application”,然后点击“Finish”按钮。 5-2 在Project Explorer中,鼠标右键点击“lwip_tftp_server _bsp”,在弹出的菜单中选择“Board Support Package Settings”,如下图所示: 弹出对BSP的设置界面,勾选“lwip202”和“xilffs”以启用lwip和文件系统,如图 35.4.1所示。 如果没有开启DHCP服务可以开启DHCP服务,点击standalone下的lwip202,在右侧界面中到“dhcp_options”,将其下的两个选项的“Value”设置为“true”,如图 35.4.2所示。 图 35.4.1 BSP的设置界面 图 35.4.2 开启DHCP 5-3 由于Xilinx提供的lwip例程里有TFTP server的源代码,所以我们无需自己手动编写,直接添加即可。 双击打开“lwip_tftp_server”目录下的system.mss文件。在system.mss文件的底部单击“Import Example”,如下图所示。 图 35.4.3 Import lwip Example 5-4 在弹出的下图所示界面中,点击下方的“Examples Directory”。 图 35.4.4 platform_config.h文件内容 5-5 打开例程所在文件的目录,里面有Xilinx关于lwip的全部例程源文件。我们选择本次实验需要的源文件,如图 35.4.6所示,并单击鼠标右键选择复制。复制完成后,在打开的图 35.4.5界面中,点击“Cancel”退出。 图 35.4.6 例程所在文件的目录 5-6 单击SDK软件的lwip_tftp_server/src目录,按下粘贴快捷键“Ctrl-v”,将复制的文件粘贴到该src目录下,如下图所示。 图 35.4.7 src目录 5-7 为了方便分析,我们将刚才复制到src目录的源文件重命名,主要是删除不需要的前缀,其中“lwip_example_tftpserver_common.h”改为“lwip_tftp_server.h”,如下图所示: 图 35.4.8 删除不相关文件后的src文件夹内容 5-8 修复错误。 由于重命名了“lwip_example_tftpserver_common.h”,所以需要将lwip_tftp_server.c源文件的 #include "lwip_tftpserver_common.h"修改为#include "lwip_tftp_server.h",如下图所示: 图 35.4.9 修改为#include "lwip_tftp_server.h" 此处为了方便显示,将其注释,实际在文件内直接修改第34行即可。 打开platform_fs.c源文件,添加BYTE work[FF_MAX_SS](第9行),修改f_mkfs函数的调用,第15行,修改后的内容如下:
该文件在初始化平台时由init_platform函数调用,用于挂载SD卡,挂载不成功就将SD卡格式化成FAT32,格式化成功后再尝试挂载。 5-9 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 35.4.10 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代码与我们《lwip echo server实验》的main.c代码基本相同,区别在于本次TFTP server实验没有使用IPv6,所以没有IPv6的预编译指令,其他完全相同,main.c代码讲解见《lwip echo server实验》。 5-10本实验可以说是在《lwip echo server实验》的基础上增加了文件系统,然后将Echo server的实现文件echo.c文件改写成了TFTP Server的实现文件。因而本实验的主要代码是TFTP Server的实现,该实现在lwip_tftp_server.h和lwip_tftp_server.c中,由于这两个文件的总代码有近500行,因此我们挑选部分代码进行讲解。此处以客户端写文件为例讲解lwip_tftp_server.c中的写文件实现源码。讲解以函数调用顺序进行。 首先我们看main函数中调用的start_application函数,该函数实现如下:
可以看到该函数首先通过调用tftp_create_test_file函数创建了测试文件,用于tftp客户端读取tftp服务器的文件数据,测试文件名为sample#.txt,其中“#”为数字1、2、3中的任一值,其文件内容为“----- This is a test file for TFTP server application -----”。如果不执行客户端的读取文件请求,可删除该函数的调用及其实现。 由于TFTP基于UDP协议,从start_application函数可以看到lwip中使用UDP协议很简单。首先通过udp_new函数创建一个新的UDP PCB,然后调用udp_bind函数绑定端口号,IP_ADDR_ANY表明为任意本地地址,TFTP_PORT是在lwip_tftp_server.h宏定义的端口号,其值为69,即TFTP的默认端口。最后调用udp_recv函数设置接收回调函数就完成了UDP服务的创建,服务端的功能几TFTP协议由回调函数实现。回调函数代码如下:
当TFTP客户端发起写入或读取文件的请求后,lwip协议栈调用回调函数tftp_server_recv_cb。该回调函数通过tftp_get_opcode宏获取客户端发送报文的操作码,不同的操作码执行该函数switch分支中的不同的case,如对于写入文件请求,则执行“case TFTP_WRQ”分支语句,该分支语句调用TFTP处理写文件请求函数tftp_process_write,该函数实现如下:
该函数首先在文件系统中创建一个文件,文件名为客户端写入的文件名,然后为新创建的UDP PCB设置接收回调函数,用于处理后面接收客户端传入的文件,最后发送块编号为0的ACK报文以应答客户端启动传输。TFTP写入请求的接收回调函数实现如下:
从该回调函数可以看到,TFTP服务端对客户端发送的数据报文的块编号进行校验,如果不是我们期望的块编号就重发上一次发送的ACK报文,如果是期望的块编号,就将数据写入文件中,然后递增块编号,并发送ACK报文给客户端以确认收到数据。 在该函数的最后判断接收到的数据段长度是否小于指定的字节数TFTP_DATA_PACKET_MSG_LEN,如果是,则表明已经接收了整个文件,因此可以结束连接。TFTP_DATA_PACKET_MSG_LEN在lwip_tftp_server.h宏定义为512。 以上大概的讲解了TFTP Server接收客户端写入文件的实现。下面我们进行实际操作,看看TFTP客户端是否能向服务器写入文件。 35.5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。连接完成后,在开发板上插入SD 卡或者插入带卡套(适配器)的 TF 卡(SD 卡插槽位于开发板背面)。最后连接开发板的电源,并打开电源开关。如下图所示: 图 35.5.1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。下载完成后,可以看到串口打印的结果如下: 图 35.5.2 显示打印结果 其中“File system initialization successful”表明SD卡可以正常工作。打印的最后一句表明了该实验如何使用。由于是TFTP服务器实验,所以我们需要TFTP客户端,可以从网上下载,也可以使用Windows系统的CMD命令行界面,如果开启了TFTP客户端,开启方法见步骤6-6。 6-3 下面我们先创建一个文件用来传输到TFTP服务器。文件存放位置任意,文件内容任意。 我们在Vivado工程目录新建一个名为“test”的文件夹,里面新建一个名为testfile.txt的文件,文件内容为“这只是一个测试文件。”,如下图所示: 图 35.5.3 新建一个名为test_file.txt的文件 6-4 我们打开电脑的CMD(按win+r键后输入cmd),然后输入命令“cd /D F:ZYNQEmbedded_Systemlwip_tftp_servertest”切换到 “F:ZYNQEmbedded_Systemlwip_tftp_servertest”目录下,如下图所示: 图35.5.4 切换到上传文件所在的目录 然后输入“tftp -i 192.168.1.10 PUT testfile.txt”命令,回车,会显示传输成功字样,如下图所示: 图 35.5.5 进行tftp连接 此时SDK串口终端也会打印如下信息: 图 35.5.6 串口终端打印写入完成信息 如果回车后出现像下图所示界面所示“tftp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tftp客户端功能,开启方式见6-5。 图 35.5.7 未启用tftp客户端时的界面 向服务器写入文件刚才测试完成了,现在测试从服务器端读取文件,可以读取刚才写入的文件,也可以读取服务器程序创建的测试文件。下面我们以读取服务器程序创建的测试文件为例,进行读取文件测试。 在CMD中输入“tftp -i 192.168.1.10 GET sample1.txt”命令,然后回车,会显示传输成功字样,如下图所示: 图 35.5.8 输入读取文件命令 此时SDK串口终端也会打印如下信息: 图 35.5.9 读取成功 此时我们打开test文件夹,会看到其中新增了sample1.txt,双击打开,其内容如下: 图 35.5.10 读取的sample1.txt文件 可以看到读取文件测试成功。现在我们把SD卡插到电脑上,查看其内容如下: 图 35.5.11 SD卡上的文件 可以看到客户端上传给TFTP服务器的文件确实写到SD卡中。 6-5 下面我们介绍一下如何开启Windows的tftp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 35.5.12 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 35.5.13 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 35.5.14 点击“启用或关闭Windows功能” 在弹出的“Windows功能”界面中,找到“Tftp Client”,并勾选,如下图所示: 图 35.5.15 勾选tftp 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。现在 Windows的tftp客户端服务已启用。 至此,本实验完成。 |
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