十五、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜TFTP Client＞-CSDN博客

1 前言

  一般来说使用互联网的首要目的就是实现信息共享文件传输是信息共享非常重要的内容。相较于FTP等复杂的文件传输协议TFTP协议简单、轻量级适用于资源有限的嵌入式系统等场景。

  W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网FTP应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是TFTP

  TFTP是一个简单的锁定式文件传输协议能够在本地网络的计算机系统之间传输文件。它是一个简单的协议利用用户数据报协议UDP在互联网的计算机系统之间传输文件。

2.2 TFTP的优点

1. 简单TFTP协议实现简单易于理解和实现适用于在资源有限的嵌入式系统等场景下进行文件传输。
2. 轻量级TFTP协议相对于FTP来说更加轻量级适合于在资源有限的系统下进行文件传输。
3. 纯文本传输TFTP使用ASCII编码进行文件传输适用于文本文件的传输易于解析和处理。
4. 支持错误处理TFTP支持错误处理机制当出现错误时可以向对方发送错误信息进行错误处理。
5. 适用于小文件传输TFTP协议的设计目的是进行小文件传输因此它不具备通常的FTP的许多功能例如它只能从文件服务器上获得或写入文件不能列出目录不进行认证。这使得TFTP在传输小文件时具有较高的效率。
6. 支持只读和读写操作TFTP支持对文件的只读和读写操作可以用于从服务器下载文件或上传文件到服务器。

2.3 TFTP和FTP对比

TFTP和FTP是两种不同的文件传输协议它们之间存在一些明显的差异。

1. 功能FTP是一种完整、面向会话、常规用途的文件传输协议提供了比TFTP更多的功能例如目录浏览、文件重命名和权限管理等。而TFTP是一种简单、基于请求的文件传输协议只提供最基本的文件传输功能。
2. 端口FTP使用TCP端口21和20而TFTP使用UDP端口69。
3. 可靠性FTP是可靠传输协议支持断点续传和错误恢复而TFTP是不可靠传输协议没有错误恢复和重传机制。
4. 安全性FTP支持加密的SSL / TLS协议来保护传输的数据而TFTP没有提供任何加密功能。
5. 数据包大小FTP可以传输大文件因为它支持数据分割和重新组装。TFTP只能传输较小的文件因为它限制了数据包的大小。
6. 应用场景TFTP通常用于局域网中进行固件升级或配置文件的传输而FTP更适合用于从远程服务器下载或上传文件。

2.4 TFTP应用场景

尽管TFTP协议相对比较简单但它仍然可以再特定的场景下发挥重要的作用。

1. 固件升级许多硬件设备都可以通过TFTP服务器进行固件升级TFTP服务器可以将固件文件传输到设备中进行更新以改进设备的性能或修复软件漏洞。
2. 网络安装TFTP服务器可以用于网络安装例如在无盘机上预置系统以供其他机器进行 PXE 启动时自动下载。
3. 备份文件在Linux系统中TFTP服务器可以用于备份系统配置文件或运行时数据。这些备份文件可以在服务器和客户端之间传输以进行故障排除或系统恢复。
4. 小型文件传输由于TFTP协议简单且易于实现它适用于传输小型的文本文件尤其适用于嵌入式系统和网络设备等资源有限的场景。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4 MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口网络传输速度会优于W5500。
2. W6100 支持IPV6与W5100S 硬件兼容若已使用W5100S的用户需要支持IPv6可以Pin to Pin兼容。
3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 ARP网络设置示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示

4.2 准备工作核心

软件

• Visual Studio Code
• WIZnet UartTool
• Tftpd32

硬件

• W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
• Micro USB 接口的数据线
• TTL 转 USB
• 网线

4.3 连接方式

• 通过数据线连接PC的USB口主要用于烧录程序也可以虚拟出串口使用

• 通过TTL串口转USB连接UART0 的默认引脚

  • RP2040 GPIO0UART0 TX <----> USB_TTL_RX
  • RP2040 GPIO1UART0 RX <----> USB_TTL_TX

• 使用模块连接RP2040 进行接线时

  • RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
  • RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
  • RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
  • RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
  • RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST

• 通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

  我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富操作简单芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈该库又封装好了TCP/IP层之上的协议我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

接下来看到tftp_client.c文件。

第一步添加所需要的库

第二步宏定义所需要的库以及定义所用到的变量、结构体等。

第三步编写定时器回调函数和网络初始化函数。

第四步在主函数中首先我们进行芯片初始化包括串口、SPI及其相关引脚以及W5100S芯片的链路状态检测等。然后是进行DHCP获取网络地址信息。如果获取失败则会适用预设的静态地址信息进行配置。最后是TFTP客户端的初始化操作以及TFTP请求读文件操作。

int main(void)
{
    int i;
    struct repeating_timer timer; // Define the timer structure
    wiz_NetInfo get_info;

    int tftp_state;
    uint8_t tftp_read_flag = 0;
    uint32_t tftp_server_ip = inet_addr(TFTP_SERVER_IP);
    uint8_t tftp_read_file_name[] = TFTP_SERVER_FILE_NAME;

    /* MCU init */
    stdio_init_all();     // Initialize the main control peripheral
    wizchip_initialize(); // Initialize the chip interface

    /*dhcp init*/
    DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                   // DHCP initialization
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handler

    printf("wiznet chip tftp client example.\r\n");
    network_init(&net_info);              // Configuring Network Information
    print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it

    TFTP_init(TFTP_SOCKET_ID, tftp_client_socket_buffer);

    while (true)
    {
        if (tftp_read_flag == 0)
        {
            printf("tftp server ip: %s, file name: %s\r\n", TFTP_SERVER_IP, TFTP_SERVER_FILE_NAME);
            printf("send request\r\n");
            TFTP_read_request(tftp_server_ip, TFTP_SERVER_FILE_NAME);
            tftp_read_flag = 1;
        }
        else
        {
            tftp_state = TFTP_run();
            if (tftp_state == TFTP_SUCCESS)
            {
                printf("tftp read success, file name: %s\r\n", tftp_read_file_name);

                while (1)
                {
                }
            }
            else if (tftp_state == TFTP_FAIL)
            {
                printf("tftp read fail, file name: %s\r\n", tftp_read_file_name);
                while (1)
                {
                }
            }
        }
    }
}

4.5 结果演示

5 注意事项

• Tftpd32工具上必须设置目录目录下必须有请求的文件否则会请求失败。
• 如果想用WIZnet的W5500来实现本章的示例我们只需修改两个地方即可

​ (1)在library/ioLibrary_Driver/Ethernet/下找到wizchip_conf.h这个头文件将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500。

​ (2)在library下找到CMakeLists.txt文件将COMPILE_SEL设置为ON即可OFF为W5100SON为W5500。

6 相关链接

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