DIY_DE2之DM9000A网卡调试系列例程（三）——基于LWIP协议栈的TCP/IP实现

一、摘要

Altera 软件 NIOS II 低版本（7.2 版本以下，本例程中使用的是 6.0 版本）中实现 TCP/IP 所用的协议栈为 LWIP，常用的例程有 2 个，web_server 和 simple_socket_server，这篇文章将叙述这 2 个例程实现的过程。这两个例程参考了友晶科技的 DE2_WEB 例程。

二、实验平台

软件平台：Quartus II 6.0 + Nios II 6.0

硬件平台：DIY_DE2

三、实验内容 1——>实现 web_server

1、采用 SOPC 定制软核

定制软核的详细步骤不再赘述，以上为定制的软核。

cpu_0 需要设置的地方：

Reset Vector：cfi_flash_0、

Exception Vector：sdram_0

必须要添加 timer_0，供 uC/OS 系统所使用

第二个标签页：Data Master 处，Data Cache 设置为 None

之后分配地址，分配中断号，生成即可。

2、硬件电路

采用原理图的形式，创建顶层文件。

（1）添加生成的软核；

（2）调用锁相环 IP 核；

（3）连线、分配管脚；

（4）编译、综合，生成配置文件。

最后原理图如下图所示。

需要注意的问题：

（1）软核程序在 SDRAM 里面运行，为了使软核的速度提升，因此 SDRAM 的频率和 cpu 的频率都设置为 100M。cpu 时钟 clk_100 和 sdram 操作时钟 clk_50 都接 PLL 的 c0，100M，无相位偏移；SDRAM 的时钟管脚 SDRAM_CLK 连接 PLL 的 c1，100M，偏移-3ns。

（2）DM9000A 的时钟管脚接 50M，直接连接晶振的输入端即可。

（3）复位管脚接高电平 VCC 即可。

（4）CFI_FLASH 的复位管脚 FLASH_RESET 接高电平 VCC 即可。

3、软件方面

（1）打开 NIOS II，新建工程，调用 web_server 工程模板。

（2）添加 DM9000A 驱动：dm9000a.h 和 dm9000a.c，将上述两个文件复制到上步建立的工程文件夹下。

（3）打开文件 network_utilities.c，赋予静态 IP。

（4）编译、下载、运行，之前要先将.sof 的配置文件下载到 FPGA 内。在 DOS 下输入 ping 命令：ping 192.168.2.1，如下图所示，则可以正常 ping 通。

如果事先将网页数据烧录到 FLASH 中，在 PC 打开浏览器，则可以在浏览器上看到 FLASH 中的网页内容。这个实验之前在 DE2 板子上做过，这里就不再重复了。

4、工程文件解读

（1）http.c、http.h：网页相关文件；

（2）Dm9000a.h、dm9000a.c：DM9000A 的驱动；

（3）User.h：任务调度优先级、缺省 IP 设置等等；

（4）network_utilities.c：设置 IP，设置 MAC；

（5）Web_server：主函数所在文件。

四、实验内容 2——>实现 simple_socket_server

1、建立工程及文件解读

在上一步的基础上，直接在 NIOS II 中新建工程，调用 simple_socket_server 工程模板。添加 DM9000A 的驱动，将 dm9000a.h、dm9000a.c 添加到建立的工程文件夹下。工程文件主要包括以下几个：

（1）alt_error_handler.h、alt_error_handler.c：错误类型句柄文件；

（2）dm9000a.h、dm9000a.c：DM9000A 的驱动；

（3）network_utilities.c：设置 IP，设置 MAC；

（4）simple_socket_server.h、simple_socket_server.c：工程的主体程序，包括任务调度优先级、缺省 IP 设置、套接字、各种任务调度等等工作；

（5）led.c：LED、七段数码管显示程序；

（6）lwip_init.c：程序主函数。

2、需要修改的地方

依照 web_server 例程，对 simple_socket_server 例程进行部分修改：

（1）simple_socket_server.h 文件，

添加分配 DHCP 优先级：#define DHCP_TMR_PRIO 8

添加语句：void die_with_error(char err_msg[]);

添加 DHCP 超时任务函数：void dhcp_timeout_task();

添加语句：#define DIE_WITH_ERROR_BUFFER 256

（2）lwip_init.c 文件

添加 DM9000A 驱动：#include “dm9000.h”

添加 DM9000A 接口语句：ALTERA_AVALON_DM9K_INSTANCE(DM9000A, dm9k);

添加语句：OS_EVENT *attained_ip_address_sem;

在 static void init_done_func(void *arg)添加以下语句：

//++sunev
  ALTERA_AVALON_DM9K_INIT(dm9k);
  /*
   * At this point lwIP has been initialized, but the Ethernet interface has
   * not; the lwip_devices_init() call does so, adding in MicroC-OS/II
   * threads for low-level Ethernet MAC interface and TCP protocol timer.
   */
//++sunev  
   attained_ip_address_sem = OSSemCreate(1);
   
   if (!lwip_devices_init(LWIP_RX_ETHER_TASK_PRIORITY))
   {
      alt_lwIPErrorHandler(EXPANDED_DIAGNOSIS_CODE,
"[init_done_func] Fatal: lwip_devices_init failed, perhaps ethernet interface.");
   }
//++sunev
#if LWIP_DHCP == 1
  if(!(IORD(0, 0) & (1<<17))) sys_thread_new(dhcp_timeout_task, NULL, DHCP_TMR_PRIO);
  /*
   * If DHCP is enabled, activate a thread for the 120-second long time period
   * that will set a static IP address if acquisistion via DHCP times out.
   */
//--sunev
/*   if (!sys_thread_new(NETUTILSDHCPTimeoutTask, NULL,
                       NETUTILS_DHCP_TIMEOUT_TASK_PRIORITY))
   {
      alt_lwIPErrorHandler(EXPANDED_DIAGNOSIS_CODE,
                 "[init_done_func] Fatal: Can't add NETUTILSDHCPTimeoutTask!");
   }*/

（3）将 web_server 中的 network_utilities.c 文件直接替换掉 simple_socket_server 中的 network_utilities.c 文件。

3、编译、下载、运行

之前要先将.sof 的配置文件下载到 FPGA 内。在 DOS 下输入 ping 命令：ping 192.168.2.1，如下图所示，则可以正常 ping 通。

再输入 telnet 命令：telnet 192.168.2.1，则得到如下图所示：

在 PC 键盘输入 0-7 数字，则 DIY_DE2 上的 8 个 LED 就会相应的亮或者灭。至此，说明，telnet 正常。

五、实验结果分析

这个实验结果分析，对上述 2 个实验内容均为一致。

解读上述程序，在 network_utilities.c 文件中，可以得知，设置 IP 的 3 种方法：第一种，程序设定静态 IP；第二种，DHCP 获得动态 IP；第三种，缺省 IP。其优先级及顺序如下：

(1)当设定静态 IP 之后，DHCP 能获得一个动态 IP，但以设置的静态 IP 为有效 IP。

(2)当未设定静态 IP 之后，DHCP 则不能获得一个动态 IP，但过了设定的 DHCP 超时时间后（以上 2 个例程中的超时时间为 120s），使用的是缺省 IP，缺省 IP 为有效 IP。

设定静态 IP 时，NIOS II 运行结果

未设定静态 IP 时，需等待 2 分钟（DHCP 超时可在 simple_socket_server.h 中设定），NIOS II 运行结果

注：可以在 network_utilities.c 文件中将

#if LWIP_DHCP == 1
*use_dhcp = 1;

中的

*use_dhcp = 1;

设置为

*use_dhcp = 0;

来取消 DHCP 功能。

六、实验的几点说明

1、IP 值设置：

因为是采用局域网通信，所以要将 PC 和 DIY_DE2 的 IP 的前 3 位设置为相同，最后一位不同。

2、MAC 值设置：

直接采用程序设定即可，或者是将 MAC 值存储在 FLASH 中，上电读取即可。本例采用的是前一种方法。

3、端口设定：

telnet 的时候，需要侦听端口，当侦听的端口号和 DIY_DE2 中设定的相同的时候，才能正常通信。方法：telnet 192.168.2.1 时，会有一个专用的端口 23，将 DIY_DE2 中设定的端口号改为 23 即可（在文件 simple_socket_server.h 中#define SSS_PORT 23）。

4、关于这个例程在 NIOS II 方面：

关于 Software Components 这个按钮下 Lightweight TCP/IP Stack 下选项为灰色的原因，其实这个不必理他。这一点也得到了友晶科技的证实。如果用 LAN91c111 这个网卡，上述位置的选项则可以正常使用，这说明 NIOS II 软件只认 SOPC 中原装的器件。

扫码关注尚为网微信公众号