STM32物联网之TFTP文件传输

感言：专注物联网应用开发，分享物联网技术经验。
软件平台：IAR6.5
TCP/IP协议栈：LWIP1.4.1
硬件平台：STM32F103C8T6有线通信板

1、TCP/IP协议栈LWIP1.1、LWIP认识

LWIP是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈，是Light Weight (轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LWIP提供三种API，分别是RAW API、LWIP API 、BSD API。其中RAW API把协议栈和应用程序放到一个进程里边，该接口基于函数回调技术来实现的，适合于无操作系统的场合运行，如单片机。本文使用的就是LWIP的RAW API来实现网络层的通信的。

1.2、TFTP在LWIP中的实现

关于LWIP的移植，就不在本文中多讲，读者可以在网上找到众多资料或在另外的专题中再详细讲解，在这里我们专注其应用。在LWIP中实现一个TFTP服务器非常简单，根据RAW API的编程方法，在初始化的时候创建一个UDP PCB（TFTP使用UDP协议通信），且绑定69端口（TFTP默认通信端口），最后指定该UDP PCB的数据接收回调函数即可。

以上的创建TFTP服务器的方法需要在LWIP初始化，并启动网卡后进行：

[cpp] view plaincopy

LwIP_Config();
printf("ipaddr:%d.%d.%d.%drn", net_ip[0], net_ip[1], net_ip[2], net_ip[3]);
tftpd_init();

在tftpd_init函数中创建TFTP服务器：

[cpp] view plaincopy

void tftpd_init(void)
{
err_t err;
unsigned port = 69;
/* create a new UDP PCB structure */
UDPpcb = udp_new();
if (!UDPpcb)
{ /* Error creating PCB. Out of Memory */
return;
}
/* Bind this PCB to port 69 */
err = udp_bind(UDPpcb, IP_ADDR_ANY, port);
if (err != ERR_OK)
{ /* Unable to bind to port */
return;
}
/* TFTP server start */
udp_recv(UDPpcb, recv_callback_tftp, NULL);
}

OK，到这里就完成了TFTP服务器在LWIP中建立起来了，接下来的主要事情就是根据TFTP协议进行协议解释、数据处理。

2、TFTP协议分析2.1、TFTP通信基本流程（摘自网络）

2.2、TFTP报文格式（摘自网络）

2.3、TFTP协议理解

从以上两张图片，我们了解到什么有用信息呢？

每一次文件传输，首先需要发起一个请求，根据请求帧的操作码判断是读文件还是写文件。
每一帧都有一个操作码用来标识读写。
数据包的长度有一个块编号用来表示数据包的顺序。
数据包中的数据长度为512个字节（在后面的软件我们可以了解到这个长度是可以设定的）。

3、实现TFTP文件传输3.1、文件传输协议实现

有了第2节的协议分析，我们基本了解了TFTP通信的协议，在这里，我们来实现TFTP的服务器端代码。

在监听的回调函数被触发调用时，首先从请求帧中获取操作码：

[cpp] view plaincopy

typedef enum {
TFTP_RRQ = 1,
TFTP_WRQ = 2,
TFTP_DATA = 3,
TFTP_ACK = 4,
TFTP_ERROR = 5
} tftp_opcode;
tftp_opcode tftp_decode_op(char *buf)
{
return (tftp_opcode)(buf[1]);
}

根据操作码进行相应的处理：

[cpp] view plaincopy

tftp_opcode op = tftp_decode_op(pkt_buf->payload);
switch (op)
{
case TFTP_RRQ: /* TFTP RRQ (read request) */
tftp_extract_filename(FileName, pkt_buf->payload);
tftp_process_read(upcb, addr, port, FileName);
break;
case TFTP_WRQ: /* TFTP WRQ (write request) */
tftp_extract_filename(FileName, pkt_buf->payload);
//在这个加入擦FALSH
tftp_process_write(upcb, addr, port, FileName);
break;
default:
/* sEndTransfera generic access violation message */
tftp_send_error_message(upcb, addr, port, TFTP_ERR_ACCESS_VIOLATION);
/* TFTP unknown request op */
/* no need to use tftp_cleanup_wr because no "tftp_connection_args" struct has been malloc'd */
udp_remove(upcb);
break;
}

这里当STM32接收到写操作请求时，通过tftp_extract_filename函数把文件名读出来。接下来通过tftp_process_write函数来完成文件数据的传输：

[cpp] view plaincopy

int tftp_process_write(struct udp_pcb *upcb, struct ip_addr *to, int to_port, char *FileName)
{
... ...
udp_recv(upcb, wrq_recv_callback, args);
tftp_send_ack_packet(upcb, to, to_port, args->block);
return 0;
}

设定数据传输回调函数后，根据TFTP协议，回复一个ACK，之后TFTP客户端开始传输文件数据，从而触发调用wrq_recv_callback[cpp] view plaincopy

void wrq_recv_callback(void *_args, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *pkt_buf, struct ip_addr *addr, u16_t port)
{
tftp_connection_args *args = (tftp_connection_args *)_args;
int n = 0;
if (pkt_buf->len != pkt_buf->tot_len)
{
return;
}
/* Does this packet have any valid data to write? */
if ((pkt_buf->len > TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN) &&
(tftp_extract_block(pkt_buf->payload) == (args->block + 1)))
{
/* 在这里处理接收到的数据pkt_buf->payload */
/* update our block number to match the block number just received */
args->block++;
/* update total bytes */
(args->tot_bytes) += (pkt_buf->len - TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN);
/* This is a valid pkt but it has no data. This would occur if the file being
written is an exact multiple of 512 bytes. In this case, the args->block
value must still be updated, but we can skip everything else. */
}
else if (tftp_extract_block(pkt_buf->payload) == (args->block + 1))
{
/* update our block number to match the block number just received */
args->block++;
}
/* SEndTransferthe appropriate ACK pkt (the block number sent in the ACK pkt echoes
* the block number of the DATA pkt we just received - see RFC1350)
* NOTE!: If the DATA pkt we received did not have the appropriate block
* number, then the args->block (our block number) is never updated and
* we simply sEndTransfera "duplicate ACK" which has the same block number as the
* last ACK pkt we sent. This lets the host know that we are still waiting
* on block number args->block+1. */
tftp_send_ack_packet(upcb, addr, port, args->block);
/* If the last write returned less than the maximum TFTP data pkt length,
* then we've received the whole file and so we can quit (this is how TFTP
* signals the EndTransferof a transfer!)
*/
if (pkt_buf->len < TFTP_DATA_PKT_LEN_MAX)
{
tftp_cleanup_wr(upcb, args);
pbuf_free(pkt_buf);
}
else
{
pbuf_free(pkt_buf);
return;
}
}

OK!至此STM32就完成了整个TFTP协议文件的接收。
3.2、保存文件数据

接收到完整的文件数据之后，我们需要把数据写到STM32的FLASH中，保存起来。

由于STM32内存较小，不可能开辟一个大的内存空间把文件数据保存起来再写到FLASH，

所以需要边接收边写FLASH。

首先在接收到写操作请求后，把存储区域的FLASH擦除：

[cpp] view plaincopy

case TFTP_WRQ: /* TFTP WRQ (write request) */
... ...
FlashDestination = HtmlDataAddress;
* Erase the needed pages where the user application will be loaded */
/* Define the number of page to be erased */
NbrOfPage = FLASH_PagesMask(HtmlTotalSize);//擦除HTML区域
/* Erase the FLASH pages */
FLASH_Unlock();
for (EraseCounter = 0; (EraseCounter < NbrOfPage) && (FLASHStatus == FLASH_COMPLETE); EraseCounter++)
{
FLASHStatus = FLASH_ErasePage(HtmlSizeAddress + (PageSize * EraseCounter));
}
FLASH_Lock();