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。

 

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：

1.   //++sunev
2.   ALTERA_AVALON_DM9K_INIT(dm9k);
3.   /*
4.    * At this point lwIP has been initialized, but the Ethernet interface has
5.    * not; the lwip_devices_init() call does so, adding in MicroC-OS/II
6.    * threads for low-level Ethernet MAC interface and TCP protocol timer.
7.    */
8. //++sunev  
9.    attained_ip_address_sem = OSSemCreate(1);
10.   
11.    if (!lwip_devices_init(LWIP_RX_ETHER_TASK_PRIORITY))
12.    {
13.       alt_lwIPErrorHandler(EXPANDED_DIAGNOSIS_CODE,
14. "[init_done_func] Fatal: lwip_devices_init failed, perhaps ethernet interface.");
15.    }
16. //++sunev
17. #if LWIP_DHCP == 1
18.   if(!(IORD(0, 0) & (1<<17))) sys_thread_new(dhcp_timeout_task, NULL, DHCP_TMR_PRIO);
19.   /*
20.    * If DHCP is enabled, activate a thread for the 120-second long time period
21.    * that will set a static IP address if acquisistion via DHCP times out.
22.    */
23. //--sunev
24. /*   if (!sys_thread_new(NETUTILSDHCPTimeoutTask, NULL,
25.                        NETUTILS_DHCP_TIMEOUT_TASK_PRIORITY))
26.    {
27.       alt_lwIPErrorHandler(EXPANDED_DIAGNOSIS_CODE,
28.                  "[init_done_func] Fatal: Can't add NETUTILSDHCPTimeoutTask!");
29.    }*/

（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

 

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。有2种方法：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。