三十二、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico<UPnP示例>
文章目录
- 1 前言
- 2 简介
- 2 .1 什么是UPnP?
- 2.2 UPnP的优点
- 2.3 UPnP数据交互原理
- 2.4 UPnP应用场景
- 3 WIZnet以太网芯片
- 4 UPnP示例概述以及使用
- 4.1 流程图
- 4.2 准备工作核心
- 4.3 连接方式
- 4.4 主要代码概述
- 4.5 结果演示
- 5 注意事项
- 6 相关链接
1 前言
随着智能家居、物联网等技术的快速发展,UPnP技术的应用前景将更加广阔。未来,随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展,UPnP技术有望成为连接各种设备的核心协议之一,从而为用户带来更加智能、更加便捷的网络体验。
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UPnP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UPnP?
UPnP(Universal Plug and Play)是一种网络协议,它由“通用即插即用论坛”(UPnP™ Forum)推广,旨在使各种设备(如家庭网络、公司网络中的设备)能够相互无缝连接,并简化相关网络的实现。
UPnP的目标是让各种各样的智能设备、无线设备和个人电脑等实现遍布全球的对等网络连接。它支持TCP/IP、UDP和HTTP等协议,是一种分布式的、开放的网络架构。
2.2 UPnP的优点
UPnP的优点主要包括:
- 自动配置:UPnP能够自动配置网络设备,使其能够在网络中进行通信,无需手动设置端口映射等繁琐操作。这大大简化了设备的安装和使用过程,降低了网络配置的复杂性。
- 简化用户体验:UPnP可以让用户更方便地使用网络设备和应用程序,提供更好的用户体验。由于UPnP无需用户进行任何配置,用户只需简单地将设备连接到网络中,设备即可自动获取IP地址并与其他设备进行通信。
- 多设备互联:UPnP支持多个设备之间的互联,使得设备之间的通信和共享资源变得更加简单和便捷。这使得用户可以方便地将多个设备连接在一起,实现更丰富的应用场景。
- 远程访问:UPnP支持远程访问,使用户能够从任何地方访问他们的设备和资源。无论用户身处何地,只要能够连接到网络,即可对家中的设备进行控制和操作。
2.3 UPnP数据交互原理
UPnP的交互过程包括以下环节:
- 地址分配:设备接入网络后,通过自动或手动方式获取IP地址。
- 发现阶段:设备在网络中广播自己的存在,并寻找其他设备和服务。
- 描述阶段:设备向控制点提供详细的服务和功能描述信息。
- 控制阶段:设备通过发送请求消息来控制其他设备或获取其状态信息。
- 事件阶段:设备向控制点发送事件消息,以报告自己的状态变化或其他重要事件。
- 表达阶段:设备向控制点提供详细的设备和服务信息,以便其他设备了解和利用这些信息。
2.4 UPnP应用场景
UPnP的应用场景包括但不限于以下几种:
- 智能家居:UPnP可以用于智能家居设备的互联互通,实现自动化控制和远程控制。例如,通过UPnP协议,用户可以在家中使用手机或电脑控制家中的灯光、电视、空调等设备,也可以设置设备的定时任务。
- 物联网:在物联网领域,UPnP可以用于实现设备的互联互通和智能化管理。例如,在智能农业中,通过UPnP协议可以将农田监测设备、温室大棚监测设备等连接起来,实现农业信息的实时监测和远程控制。
- 多媒体家庭网关:UPnP可以用于将各种传输媒介连接到家庭局域网中,实现互联和控制。例如,用户可以在家中观看高清电影或聆听无损音乐,同时享受快速网络连接带来的便利。
- 智能家居设备:UPnP可以用于智能家居设备的互联和通讯,例如智能音箱、智能灯泡等。用户可以通过语音控制或手机APP控制家中的设备,享受更加便捷的生活体验。
- 安全设备串接:UPnP可以实现数字签名和认证功能,保障设备数据的安全性。例如,可由支持UPnP的IP摄像头自动配置局域网环境,也可以在UPnP上实现数字签名和认证功能,保障设备数据的安全性。
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 |
- W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口,网络传输速度会优于W5500。
- 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。
- W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。
4 UPnP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
- Socket Tester
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
- 支持UPNP的路由器
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 GPIO 0(UART0 TX) <----> USB_TTL_RX
- RP2040 GPIO 1(UART0 RX) <----> USB_TTL_TX
-
使用模块连接RP2040 进行接线时
- RP2040 GPIO 16 <----> W5100S MISO
- RP2040 GPIO 17 <----> W5100S CS
- RP2040 GPIO 18 <----> W5100S SCK
- RP2040 GPIO 19 <----> W5100S MOSI
- RP2040 GPIO 20 <----> 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。
第一步:upnp_run.c文件中加入对应的头文件。
第二步:定义相关宏,包括socket端口号、收发缓存发小、DHCP失败后重试次数、LED灯引脚号。
第三步:声明了相关函数,包括定时器回调函数,用于 DHCP 和UPNP 1s 计时处理;网络信息初始化,通过DHCP获取网络信息,失败则静态配置网络信息;LED初始化和LED灯状态控制;还初始化了相关变量等
第四步:进入主函数首先定义变量并初始化串口和spi接口,然后进行socket收发缓存的分片并写入配置信息,接着初始化LED和DHCP,并开启 1s 定时器,优先通过DHCP配置网络信息,失败则用静态网络信息;配置完成后通过 SSDP 发现设备(IGD),接着获取设备的描述并订阅事件消息,成功后进入菜单界面选择操作事件;如下所示:
#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"#include "wizchip_conf.h"
#include "w5100s.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "dhcp.h" // Use dhcp
#include "socket.h" // Use socket
#include "UPnP.h" // Use upnp#define SOCKET_ID 0 // Socket number
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 4) // Send and receive cache size
#define DHCP_RETRY_COUNT 5 // DHCP retry times
#define USER_LED_PIN 25 // Onboard led pin/*** @brief Timer callback processing function, used for dhcp timing processing* @param repeating :Timer structure* @return bool*/
bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t);/*** @brief Initialization of chip network information* @param conf_info :Static configuration information* @return none*/
void network_init(wiz_NetInfo *conf_info);/**--* @brief Initiallization led and Registration function* @param none* @return none*/
void UserLED_Init(void);/*** @brief set led status, in order to adapt data format, see details the file: snmp_custom.c 's snmpData[]* @param val: 0 -> led off, 1 -> led on* @return none*/
void setUserLEDStatus(uint8_t val);/* Network information to be configured. */
wiz_NetInfo net_info = {.mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x1e, 0xed, 0x2e}, // Configured MAC address.ip = {192, 168, 1, 10}, // Configured IP address.sn = {255, 255, 255, 0}, // Configured subnet mask.gw = {192, 168, 1, 1}, // Configured gateway.dns = {8, 8, 8, 8}, // Configured domain address.dhcp = NETINFO_DHCP}; // Configured dhcp model,NETINFO_DHCP:use dhcp; NETINFO_STATIC: use static ip.static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {0,
}; // Send and receive cachestatic uint8_t breakout_flag = 0; // Define the DHCP acquisition flag
static uint16_t tcps_port = 8000;
static uint16_t udps_port = 5000;#if (_WIZCHIP_ == W5100S)
static uint8_t tx_size[_WIZCHIP_SOCK_NUM_] = {4, 2, 2, 0};
static uint8_t rx_size[_WIZCHIP_SOCK_NUM_] = {4, 2, 2, 0};
#elif (_WIZCHIP_ == W5500)
static uint8_t tx_size[_WIZCHIP_SOCK_NUM_] = {4, 4, 2, 1, 1, 1, 1, 2};
static uint8_t rx_size[_WIZCHIP_SOCK_NUM_] = {4, 4, 2, 1, 1, 1, 1, 2};
#endifint main()
{struct repeating_timer timer; // Define the timer structurewiz_NetInfo get_info; // Stores the read configuration information/* MCU init */stdio_init_all(); // Initialize the main control peripheralwizchip_initialize(); // Initialize the chip interface/* socket rx and tx buff init */wizchip_init(tx_size, rx_size);wizchip_setnetinfo(&net_info); // Configure once first/* Onboard LED init*/UserLED_Init();/*dhcp init*/DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf); // DHCP initializationadd_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handlerprintf("wiznet chip upnp example.\r\n");network_init(&net_info); // Configuring Network Informationprint_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print itdo{printf("Send SSDP.. \r\n");} while (SSDPProcess(SOCKET_ID) != 0); // SSDP Search discoveryif (GetDescriptionProcess(SOCKET_ID) == 0) // GET IGD description{printf("GetDescription Success!!\r\n");}else{printf("GetDescription Fail!!\r\n");}if (SetEventing(SOCKET_ID) == 0) // Subscribes IGD event messageS{printf("SetEventing Success!!\r\n");}else{printf("SetEventing Fail!!\r\n");}Main_Menu(SOCKET_ID, SOCKET_ID + 1, SOCKET_ID + 2, ethernet_buf, tcps_port, udps_port); // Main menu
}
4.5 结果演示
-
DHCP获取ip成功:
-
添加端口映射成功:
-
运行TCP Server回环测试成功:
5 注意事项
- 注意socket缓存分片要足够大,避免过小导致接收数据不全,数据包解析时致错;
- 定义用于收发的暂存(缓存)数组大小要大于或等于所对应的socket缓存大小;
- 路由器要具备upnp功能,并且调试时要开启;
- 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W5100S,ON为W5500。
6 相关链接
WIZnet官网
WIZnet官方库链接
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