本章，我们将向大家介绍ALIENTEK ENC28J60网络模块及其使用。本章，我们将使用ALIENTEK ENC28J60网络模块和uIP 1.0实现：TCP服务器、TCP客服端以及WEB服务器等三个功能。本章分为如下几个部分：
57.1 ENC28J60以及uIP简介
57.2 硬件设计
57.3 软件设计
57.4 下载验证
57.1 ENC28J60以及uIP简介
本章我们需要用到ENC28J60以太网控制器和uIP 1.0以太网协议栈。接下来分别介绍这两个部分。
ENC28J60 是带有行业标准串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）的独立以太网控制器。它可作为任何配备有SPI 的控制器的以太网接口。ENC28J60 符合IEEE 802.3 的全部规范，采用了一系列包过滤机制以对传入数据包进行限制。 它还提供了一个内部DMA 模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的IP校验和计算。 与主控制器的通信通过两个中断引脚和
SPI 实现，数据传输速率高达10 Mb/s。两个专用的引脚用于连接LED，进行网络活动状态指示。
ENC28J60的主要特点如下：
l 兼容IEEE802.3协议的以太网控制器
l 集成MAC和10 BASE-T物理层
l 支持全双工和半双工模式
l 数据冲突时可编程自动重发
l SPI接口速度可达10Mbps
l 8K数据接收和发送双端口RAM
l 提供快速数据移动的内部DMA控制器
l 可配置的接收和发送缓冲区大小
l 两个可编程LED输出
l 带7个中断源的两个中断引脚
l TTL电平输入
l 提供多种封装：SOIC/SSOP/SPDIP/QFN等
ENC28J60的典型应用电路如图57.1.1.1所示：
图
57.1.1.1 ENC28J60典型应用电路
ENC28J60 由七个主要功能模块组成：
1） SPI 接口，充当主控制器和ENC28J60 之间通信通道。
2） 控制寄存器，用于控制和监视ENC28J60。
3） 双端口RAM缓冲器，用于接收和发送数据包。
4） 判优器，当DMA、发送和接收模块发出请求时对RAM 缓冲器的访问进行控制。
5） 总线接口，对通过SPI 接收的数据和命令进行解析。
6） MAC(Medium Access Control)模块，实现符合IEEE 802.3 标准的MAC 逻辑。
7） PHY(物理层)模块，对双绞线上的模拟数据进行编码和译码。
ENC28J60还包括其他支持模块，诸如振荡器、片内稳压器、电平变换器（提供可以接受5V 电压的I/O 引脚）和系统控制逻辑。
ENC28J60的功能框图如图57.1.1.2所示：
图57.1.1.2 ENC28J60功能框图
ALIENTEK ENC28J60网络模块采用ENC28J60作为主芯片，单芯片即可实现以太网接入，利用该模块，基本上只要是个单片机，就可以实现以太网连接。ALIENTEK ENC28J60网络模块原理图如图57.1.1.3所示：
图57.1.1.3 ALIENTEK ENC28J60网络模块原理图
ALIENTEK ENC28J60网络模块外观图如图57.1.1.4所示：
图
57.1.1.4 ALIENTEK ENC28J60网络模块外观图
该模块通过一个8个引脚的排针与外部电路连接，这8个引脚分别是：GND、RST、MISO、SCK、MOSI、INT、CS和V3.3。其中GND和V3.3用于给模块供电，MISO/MOSI/SCK用于SPI通信，CS是片选信号，INT为中断输出引脚，RST为模块复位信号。
uIP 由瑞典计算机科学学院(网络嵌入式系统小组)的Adam Dunkels 开发。其源代码由C 语言编写，并完全公开，uIP的最新版本是1.0 版本，本指南移植和使用的版本正是此版本。
uIP 协议栈去掉了完整的TCP/IP 中不常用的功能，简化了通讯流程，但保留了网络通信必须使用的协议，设计重点放在了IP/TCP/ICMP/UDP/ARP 这些网络层和传输层协议上，保证了其代码的通用性和结构的稳定性。
由于uIP 协议栈专门为嵌入式系统而设计，因此还具有如下优越功能：
1） 代码非常少，其协议栈代码不到6K，很方便阅读和移植。
2） 占用的内存数非常少，RAM 占用仅几百字节。
3） 其硬件处理层、协议栈层和应用层共用一个全局缓存区，不存在数据的拷贝，且发送和接收都是依靠这个缓存区，极大的节省空间和时间。
4） 支持多个主动连接和被动连接并发。
5） 其源代码中提供一套实例程序：web 服务器，web 客户端，电子邮件发送程序(SMTP 客户端)，Telnet 服务器， DNS 主机名解析程序等。通用性强，移植起来基本不用修改就可以通过。
6） 对数据的处理采用轮循机制，不需要操作系统的支持。
由于uIP 对资源的需求少和移植容易，大部分的8 位微控制器都使用过uIP协议栈, 而且很多的著名的嵌入式产品和项目(如卫星，Cisco 路由器，无线传感器网络)中都在使用uIP 协议栈。
uIP相当于一个代码库，通过一系列的函数实现与底层硬件和高层应用程序的通讯，对于整个系统来说它内部的协议组是透明的，从而增加了协议的通用性。uIP协议栈与系统底层和高层应用之间的关系如图57.1.2.1所示：
图
57.1.2.1 uIP在系统中的位置
从上图可以看出，uIP协议栈主要提供2个函数供系统底层调用：uip_input和uip_periodic。另外和应用程序联系主要是通过UIP_APPCALL函数。
当网卡驱动收到一个输入包时，将放入全局缓冲区uip_buf 中，包的大小由全局变量uip_len 约束。同时将调用uip_input()函数，这个函数将会根据包首部的协议处理这个包和需要时调用应用程序。当uip_input()返回时，一个输出包同样放在全局缓冲区uip_buf 里，大小赋给uip_len。如果uip_len 是0，则说明没有包要发送。否则调用底层系统的发包函数将包发送到网络上。
uIP 周期计时是用于驱动所有的uIP 内部时钟事件。当周期计时激发，每一个TCP 连接都会调用uIP 函数uip_periodic()。类似于uip_input()函数。uip_periodic()函数返回时，输出的IP 包要放到uip_buf 中，供底层系统查询uip_len 的大小发送。
由于使用TCP/IP 的应用场景很多，因此应用程序作为单独的模块由用户实现。uIP 协议栈提供一系列接口函数供用户程序调用，其中大部分函数是作为C的宏命令实现的，主要是为了速度、代码大小、效率和堆栈的使用。用户需要将应用层入口程序作为接口提供给uIP 协议栈， 并将这个函数定义为宏UIP_APPCALL()。这样，uIP 在接受到底层传来的数据包后，在需要送到上层应用程序处理的地方，调用UIP_APPCALL( )。在不用修改协议栈的情况下可以适配不同的应用程序。
uIP协议栈提供了我们很多接口函数，这些函数在 uip.h 中定义，为了减少函数调用造成的额外支出，大部分接口函数以宏命令实现的，uIP提供的接口函数有：
1，初始化uIP协议栈：uip_init()
2．处理输入包：uip_input()
3．处理周期计时事件：uip_periodic()
4．开始监听端口：uip_listen()
5．连接到远程主机：uip_connect()
6．接收到连接请求：uip_connected()
7．主动关闭连接：uip_close()
8．连接被关闭：uip_closed()
9．发出去的数据被应答：uip_acked()
10．在当前连接发送数据：uip_send()
11．在当前连接上收到新的数据：uip_newdata()
12．告诉对方要停止连接：uip_stop()
13．连接被意外终止：uip_aborted()
接下来，我们看看uIP的移植过程。首先，uIP1.0的源码包里面有如下内容，如图57.1.2.2所示：
图
57.1.2.2 uIP 1.0源码包内容
其中apps文件夹里面是uip提供的各种参考代码，本章我们主要有用到里面的webserver部分。doc文件夹里面是一些uip的使用及说明文件，是学习uip的官方资料。lib文件夹里面是用于内存管理的一个代码，本章我们没有用到。uip里面就是uip 1.0的源码了，我们全盘照收。unix里面提供的是具体的应用实例，我们移植参考主要是依照这个里面的代码。
移植第一步：实现在unix/tapdev.c里面的三个函数。首先是tapdev_init函数，该函数用于初始化网卡（也就是我们的ENC28J60），通过这个函数实现网卡初始化。其次，是tapdev_read函数，该函数用于从网卡读取一包数据，将读到的数据存放在uip_buf里面，数据长度返回给uip_len。最后，是tapdev_send函数，该函数用于向网卡发送一包数据，将全局缓存区uip_buf里面的数据发送出去（长度为uip_len）。其实这三个函数就是实现最底层的网卡操作。
第二步，因为uIP协议栈需要使用时钟，为TCP和ARP的定时器服务，因此我们需要STM32提供一个定时器做时钟，提供10ms计时（假设clock-arch.h里面的CLOCK_CONF_SECOND为100），通过clock-arch.c里面的clock_time函数返回给uIP使用。
第三步，配置uip-conf.h里面的宏定义选项。主要用于设置TCP最大连接数、TCP监听端口数、CPU大小端模式等，这个大家根据自己需要配置即可。
通过以上3步的修改，我们基本上就完成了uIP的移植。在使用uIP的时候，一般通过如下顺序：
1） 实现接口函数（回调函数）UIP_APPCALL。
该函数是我们使用uIP最关键的部分，它是uIP和应用程序的接口，我们必须根据自己的需要，在该函数做各种处理，而做这些处理的触发条件，就是前面提到的uIP提供的那些接口函数，如uip_newdata、uip_acked、uip_closed等等。另外，如果是UDP，那么还需要实现UIP_UDP_APPCALL回调函数。
2） 调用tapdev_init函数，先初始化网卡。
此步先初始化网卡，配置MAC地址，为uIP和网络通信做好准备。
3） 调用uip_init函数，初始化uIP协议栈。
此步主要用于uip自身的初始化，我们直接调用就是。
4） 设置IP地址、网关以及掩码
这个和电脑上网差不多，只不过我们这里是通过uip_ipaddr、uip_sethostaddr、uip_setdraddr和uip_setnetmask等函数实现。
5） 设置监听端口
uIP根据你设定的不同监听端口，实现不同的服务，比如我们实现Web Server就监听80端口(浏览器默认的端口是80端口)，凡是发现80端口的数据，都通过Web Server的APPCALL函数处理。根据自己的需要设置不同的监听端口。不过uIP有本地端口（lport）和远程端口（rport）之分，如果是做服务端，我们通过监听本地端口（lport）实现；如果是做客户端，则需要去连接远程端口（rport）。
6） 处理uIP事件
最后，uIP通过uip_polling函数轮询处理uIP事件。该函数必须插入到用户的主循环里面（也就是必须每隔一定时间调用一次）。
57.2 硬件设计
本节实验功能简介：开机检测ENC28J60，如果检测不成功，则提示报错。在成功检测到ENC28J60之后，初始化uIP，并设置IP地址（192.168.1.16）等，然后监听80端口和1200端口，并尝试连接远程1400端口，80端口用于实现WEB Server功能，1200端口用于实现TCP Server功能，连接1400端口实现TCP Client功能。此时，我们在电脑浏览器输入http://192.168.1.16 ，就可以登录到一个界面，该界面可以控制开发板上两个LED灯的亮灭，还会显示开发板的当前时间以及开发板STM32芯片的温度（每10秒自动刷新一次）。另外，我们通过网络调试软件（做TCP Server时，设置IP地址为：192.168.1.103，端口为1400；做TCP Client时，设置IP地址为：192.168.1.16，端口为1200）同开发板连接，即可实现开发板与网络调试软件之间的数据互发。按KEY0，由开发板的TCP Server端发送数据到电脑的TCP Client端。按KEY2，则由开发板的TCP Client端发送数据到电脑的TCP Server端。LCD显示当前连接状态。
所要用到的硬件资源如下：
1） 指示灯DS0 、DS1
2） KEY0/KEY2两个按键
3） 串口
4） TFTLCD模块
5） ENC28J60网络模块
前面4部分都已经详细介绍过，本章，我们重点看看ALIENTEK ENC28J60网络模块同ALIENTEK 战舰STM32开发板的连接，前面我们介绍了ALIENTEK ENC28J60网络模块的接口，我们通过杜邦线（或排线）连接网络模块和开发板的P12端口，连接关系如表56.2.1所示：
表
56.2.1 ENC28J60网络模块同战舰STM32开发板连接关系表
上表可以看出，其实网络模块同战舰STM32开发板的线序是一一对应的，所以如果你有一个1*8的排线，就可以直接对插即可。这里需要注意，本来开发板的P12端口是用来连接SD卡，实现SPI读写SD卡的，如果要连接网络模块，我们需要把跳线帽连接到P10和P11，这样还是可以通过SDIO访问SD卡。
在开发板连接网络模块以后，我们还需要一根网线（自备），连接网络模块和路由器，这样我们才能实现和电脑的连接。
57.3 软件设计
本章，我们在第二十八章实验 （实验23 ）的基础上修改，在该工程源码下面加入uIP-1.0文件夹，存放uIP1.0源码，再新建uIP-APP文件夹，存放应用部分代码，因为uIP自己有一个timer.c和timer.h的文件，所以我们还需要修改HARDWARE里面的timer.c和timer.h为不同的名字，本章我们改为timerx.c和timerx.h，我们还需要实现ENC28J60的驱动代码，存放在HARDWARE文件夹下的ENC28J60文件夹里面。详细的步骤我们就不一一阐述了，全部改好之后，工程如图57.3.1所示：
图57.3.1 移植完后，MDK工程图
图中uIP-1.0文件夹里面的代码全部是uIP提供的协议栈源码，而uIP-APP里面的代码则部分是我们自己实现的，部分是uIP提供的，其中：
clock-arch.c，属于uIP协议栈，uIP通过该代码里面的clock_time函数获取时钟节拍。
tapdev.c，同样是uIP提供，用来实现uIP与网卡的接口，该文件实现tapdev_init、tapdev_read和tapdev_send三个重要函数。
tcp_demo.c，完成UIP_APPCALL函数的实现，即tcp_demo_appcall函数。该函数根据端口的不同，分别调用不同的appcall函数，实现不同功能。同时该文件还实现了uip_log函数，用于打印日志。
tcp_client_demo.c，完成一个简单的TCP客户端应用，实现与电脑TCP服务端的数据收发。
tcp_server_demo.c，完成一个简单的TCP服务端应用，实现与电脑TCP客户端的数据收发。
httpd.c、httpd-cgi.c、httpd-fs.c和httpd-strings.h，属于uIP提供的WEB服务器参考代码，我们通过修改部分代码，实现一个简单的WEB服务器。
本章代码很多，我们仅挑一些重点和大家介绍。
首先是tapdev.c里面的三个函数，代码如下：
//MAC地址,必须唯一
//如果你有两个战舰开发板,想连入路由器,则需要修改MAC地址不一样!
const u8 mymac[6]={0x04,0x02,0x35,0x00,0x00,0x01}; //MAC地址
//配置网卡硬件，并设置MAC地址
//返回值：0，正常；1，失败；
u8 tapdev_init(void)
{
u8 i,res=0;
res=ENC28J60_Init((u8*)mymac); //初始化ENC28J60
//把IP地址和MAC地址写入缓存区
for (i = 0; i < 6; i++)uip_ethaddr.addr=mymac;
//指示灯状态:0x476 is PHLCON LEDA(绿)=links status, LEDB(红)=receive/transmit
//PHLCON：PHY 模块LED 控制寄存器
ENC28J60_PHY_Write(PHLCON,0x0476);
return res;
}
//读取一包数据
uint16_t tapdev_read(void)
{
return ENC28J60_Packet_Receive(MAX_FRAMELEN,uip_buf);
}
//发送一包数据
void tapdev_send(void)
{
ENC28J60_Packet_Send(uip_len,uip_buf);
}
tapdev_init函数，该函数用于初始化网卡，即初始化我们的ENC28J60，初始化工作主要通过调用ENC28J60_Init函数实现，该函数在enc28j60.c里面实现，同时该函数还用于设置MAC地址，这里请确保MAC地址的唯一性。在初始化enc28j60以后，我们设置enc28j60的LED控制器工作方式，即完成对ENC28J60的全部初始化工作。该函数的返回值用于判断网卡初始化是否成功。
tapdev_read函数，该函数调用ENC28J60_Packet_Receive函数，实现从网卡（ENC28J60）读取一包数据，数据被存放在uip_buf里面，同时返回读到的包长度（包长度一般是存放在uip_len里面的）。
tapdev_send函数，该函数调用ENC28J60_Packet_Send函数，实现从网卡（ENC28J60）发送一包数据到网络，数据内容存放在uip_buf，数据长度为uip_len。
再来看看tcp_demo.c里面的tcp_demo_appcall函数，该函数代码如下：
//TCP应用接口函数(UIP_APPCALL)
//完成TCP服务(包括server和client)和HTTP服务
void tcp_demo_appcall(void)
{
switch(uip_conn->lport)//本地监听端口80和1200
{
case HTONS(80):
httpd_appcall();
break;
case HTONS(1200):
tcp_server_demo_appcall();
break;
default: break;
}
switch(uip_conn->rport) //远程连接1400端口
{
case HTONS(1400):
tcp_client_demo_appcall();
break;
default: break;
}
}
该函数即UIP_APPCALL函数，是uIP同应用程序的接口函数，该函数通过端口号选择不同的appcall函数，实现不同的服务。其中80端口用于实现WEB服务，通过调用httpd_appcall实现；1200端口用于实现TCP服务器，通过调用tcp_server_demo_appcall函数实现；1400是远程端口，用于实现TCP客户端，调用tcp_client_demo_appcall函数实现。
接着，我们来看看这3个appcall函数，首先是WEB服务器的appcall函数：httpd_appcall，该函数在httpd.c里面实现，源码如下：
//http服务（WEB）处理
void httpd_appcall(void)
{
struct httpd_state *s = (struct httpd_state *)&(uip_conn->appstate);//读取连接状态
if(uip_closed() || uip_aborted() || uip_timedout())//异常处理（这里无任何处理）
else if(uip_connected())//连接成功
{
PSOCK_INIT(&s->sin, s->inputbuf, sizeof(s->inputbuf) - 1);
PSOCK_INIT(&s->sout, s->inputbuf, sizeof(s->inputbuf) - 1);
PT_INIT(&s->outputpt);
s->state = STATE_WAITING;
/* timer_set(&s->timer, CLOCK_SECOND * 100);*/
s->timer = 0;
handle_connection(s);//处理
}else if(s!=NULL)
{
if(uip_poll())
{
++s->timer;
if(s->timer >= 20)uip_abort();
else s->timer = 0;
}
handle_connection(s);
}else uip_abort();//
}
该函数在连接建立的时候，通handle_connection函数处理http数据，handle_connection函数代码如下：
//分析http数据
static void handle_connection(struct httpd_state *s)
{
handle_input(s); //处理http输入数据
if(s->state==STATE_OUTPUT)handle_output(s);//输出状态，处理输出数据
}
该函数调用handle_input处理http输入数据，通过调用handle_output实现http网页输出。对我们来说最重要
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