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WIZnet软件包对接RT-Thread SAL套接字抽象层实现对BSD Socket APIs的支持

1、介绍
WIZnet 软件包是 RT-Thread 基于 WIZnet 官网 ioLibrary_Driver 代码库的移植实现,目前只支持 W5500 设备。该软件包在原代码库功能的基础上,对接 RT-Thread SAL 套接字抽象层,实现对标准 BSD Socket APIs 的支持,完美的兼容多种软件包和网络功能实现,提高 WIZnet 设备兼容性。
1.1 目录结构
WIZnet 软件包目录结构如下所示:
wiznet
├───inc                             // RT_Thread 移植头文件
├───iolibrary                       // WIZnet 官方库文件
│   └───Ethernet                    // WIZnet 官方 Socket APIs 和 WIZCHIP 驱动
│   │ └───W5500                   // WIZCHIP 驱动
│   │   wizchip_conf.c              // Socket 配置文件
│   │   wizchip_socket.c            // Socket APIs 文件
│   └───Internet                    // WIZnet 官方网络功能实现
│   │ └───DHCP                    // DHCP 功能实现
│   └───────DNS                     // DNS 功能实现
├───src                             // RT_Thread 移植源码文件
│   └───wiz_af_inet.c               // WIZnet BSD Socket 注册到 SAL
│   │ wiz_device.c                // WIZnet 设备初始化
│   │   wiz_ping.c                  // WIZnet 设备 Ping 命令实现
│   │ wiz_socket.c                // WIZnet BSD Socket APIs 实现
│   └───wiz.c                       // WIZnet 初始化(设备初始化、网络初始化)
│   LICENSE                         // 软件包许可证
│   README.md                       // 软件包使用说明
└───SConscript                      // RT-Thread 默认的构建脚本
1.2 许可证
WIZnet 软件包遵循 Apache-2.0 许可,详见 LICENSE 文件。
1.3 依赖
RT-Thread 4.0.1+
SAL 组件
netdev 组件
SPI 驱动:WIZnet 设备使用 SPI 进行数据通讯,需要系统 SPI 驱动框架支持;
PIN 驱动:用于处理设备复位和中断引脚;
2、获取软件包
使用 WIZnet 软件包需要在 RT-Thread 的包管理中选中它,具体路径如下:
WIZnet: WIZnet TCP/IP chips SAL framework implement
        WIZnet device type (W5500)  --->
        WIZnet device configure  --->
            (spi30) SPI device name
            (10) Reset PIN number
            (11) IRQ PIN number
  [ ]   Enable alloc IP address through DHCP
            WIZnet network configure  --->
                (192.168.1.10) IPv4: IP address
                (192.168.1.1) IPv4: Gateway address
                (255.255.255.0) IPv4: Mask address
  [ ]   Enable Ping utility
  [ ]   Enable debug log output
        Version (latest)  --->
WIZnet device type :配置支持的设备类型(目前只支持 W5500 设备 )
WIZnet device configure :配置使用设备的参数
SPI device name:配置使用 SPI 的设备名称(注意需设置为非 SPI 总线设备)
Reset PIN number:配置设备连接的复位引脚号(根据实际使用引脚号修改)
IRQ PIN number:配置设备连接的中断引脚号(同上)
Enable alloc IP address through DHCP: 配置是否使用 DHCP 分配 IP 地址(默认开启)
WIZnet network configure:如果不开启 DHCP 功能,需要配置静态连接的 IP 地址、网关和子网掩码
Enable Ping utility: 配置开启 Ping 命令 (默认开启)
Enable debug log output:配置开启调试日志显示
Version:软件包版本选择
3、使用软件包
WIZnet 软件包初始化函数如下所示:
int wiz_init(void);
该函数支持组件初始化,如果开启组件自动初始化功能,则应用层无需在调用该函数 ,函数主要完成功能有,
设置默认 MAC 地址;
设备配置和初始化(配置 SPI 设备,配置复位和中断引脚);
网络配置和初始化(DHCP 分配 IP 地址,配置 socket 参数 );
注册实现的 BSD Socket APIs 到 SAL 套接字抽象层中,完成 WIZnet 设备适配;
每个 WIZnet 设备需要唯一的 MAC 地址,用户可以在应用层程序中调用如下函数设置 WIZnet 设备 MAC 地址,如果不调用该函数,设备将使用默认的 MAC 地址,默认 MAC 地址为 00-E0-81-DC-53-1A(注意:同一个局域网中如果存在相同 MAC 地址的设备,可能导致设备网络异常) 。
int wiz_set_mac(const char *mac);
设备上电初始化完成,设置设备 MAC 地址成功,然后可以在 FinSH 中输入命令 wiz_ifconfig 查看设备 IP 地址、MAC 地址等网络信息,如下所示:
msh />ifconfig
network interface device: W5500 (Default)        ## 设备名称
MTU: 1472                                        ## 网络最大传输单元
MAC: 00 e0 81 dc 53 1a                           ## 设备 MAC 地址
FLAGS: UP LINK_UP INTERNET_UP                    ## 设备标志
ip address: 192.168.12.26                        ## 设备 IP 地址
gw address: 192.168.10.1                         ## 设备网关地址
net mask  : 255.255.0.0                          ## 设备子网掩码
dns server #0: 192.168.10.1                      ## 域名解析服务器地址0
dns server #1: 0.0.0.0                           ## 域名解析服务器地址1
获取 IP 地址成功之后,如果开启 Ping 命令功能,可以在 FinSH 中输入命令 ping + 域名地址 测试网络连接状态, 如下所示:
msh />wiz_ping baidu.com
32 bytes from 220.181.57.216 icmp_seq=0 ttl=128 time=31 ticks
32 bytes from 220.181.57.216 icmp_seq=1 ttl=128 time=31 ticks
32 bytes from 220.181.57.216 icmp_seq=2 ttl=128 time=32 ticks
32 bytes from 220.181.57.216 icmp_seq=3 ttl=128 time=32 ticks
ping 命令测试正常说明 WIZnet 设备网络连接成功,之后可以使用 SAL(套接字抽象层) 抽象出来的标准 BSD Socket APIs 进行网络开发(MQTT、HTTP、MbedTLS、NTP、Iperf 等),WIZnet 软件包支持的协议簇类型为:主协议簇为 AF_WIZ、次协议簇为 AF_INET(具体区别和使用方式可查看 SAL 编程指南 )。
4、常见问题
SPI 设备初始化时断言问题
(wiz_device->parent.type == RT_Device_Class_SPIDevice) assertion failed at function:wiz_spi_init, line number:126
出现上述断言问题,可能原因是 ENV 中配置 WIZnet 使用的 SPI 设备名称填写不正确,请区分 SPI DEVICE 与 SPI BUS 的关系。如果 BSP 工程中没有 SPI 设备或者只有 SPI 总线设备,需要手动在驱动中挂载 SPI 设备到 SPI 总线,并正确配置 WIZnet 软件包中使用的 SPI 设备名称。
WIZnet 软件包最新版本已支持作为 server 服务器模式(V1.1.0 版本之前不支持)。
WIZNet 软件包初始化出现 [E/wiz.dev] You should attach [wiznet] into SPI bus firstly.错误,是因为没有挂载 winzet 设备到 SPI 总线导致的;请参考 wiz_init 函数中的注释,解决软件包初始化失败的问题。
在使用 RT-Thread 仓库的既往代码时,请比对 [components/net/sal_socket/src/sal_socket.c]的内容,尤其是关于此处 PR 的内容,注意 sal_closesocket 的内容。当你总是申请 socket(-1) 失败时,请确保你所使用的 RT-Thread 的代码是与该 PR 的意图相符合的。
当出现申请 socket 时错误为 0x22 错误,注意 wiznet 的开发分支处于 master 版本或者大于 V1.1.0 的版本。请留意 wiz_socket_init() 的执行顺序,因为 sal_check_netdev_internet_up 联网检测函数,会主动申请 socket 以判断 w5500 是否具有网络能力,而网络状态变更会导致 sal_check_netdev_internet_up 被调用,造成 0x22 错误。
5、注意事项
获取软件包时,需要注意正确配置使用的 SPI 设备名称、复位引脚号和中断引脚号;
初始化完成之后,建议使用 wiz_set_mac() 函数设置设备 MAC 地址,防止使用默认 MAC 地址产生冲突。

原作者:yangjie11

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