RT-Thread Studio環境下lwIP+ENC28J60的啟用與除錯-有解無憂

??手邊有一塊正點原子的MiniSTM32開發板，為了學習lwIP協議堆疊，網購了一塊配套的ENC28J60模塊，正點原子的ENC28J60模塊有8只引出腳，而網上普通ENC28J60模塊一般有10只引出腳，所以雖然貴些，但為了除錯方便，也只好買原子家的了(和其開發板介面配套)，因為初接觸lwIP，對其原理和配置還沒完全搞明白，加上MiniSTM32開發板上使用的STM32F103RC記憶體只有48K，相對比較小，折騰了好幾天（網上也查了不少資料，也沒找到說明的很透徹）才調通，現把程序記錄下來，以供剛接觸lwIP和ENC28J60的人員參考，

??硬體連接說明，其連接如圖1所示：

圖1 硬體連接示意圖

??“1”為ENC28J60模塊，連接時注意方向不要弄錯，“2”為USB供電開關，模塊通過USB供電時必須按下，否則除錯時會出現慕名奇妙的錯誤，只插上J-Link或ST-LINK插頭時，板子上的電源指示燈也會亮，但debug時，因供電不足，會出錯，“3”為USB轉串口，MiniSTM32開發板有兩個USB介面，此處的USB接頭通過CH340G接STM32F103RC的UART1，用FinSH控制臺除錯時，通過此埠進行，“4”為J-Link或ST-LINK介面，

??工程的建立，打開RT-Thread Studio，選擇“檔案”–>“新建”–>“RT-Thread 專案”，在“Project name”中填入自己定義的工程名，然后按照下圖對引數進行更改：

圖2 工程配置

??芯片選擇STM32F103RC，除錯器按照自己的需求選擇J-Link或ST-LINK，其他保持默認配置，選擇好后點“完成”創建工程，

??接下來在工程中進行相關的軟體包配置，在“專案資源管理器”中，雙擊“RT-Thread Settings”，打開軟體配置中心，因ENC28J60和STM32的通信是基于SPI總線的，所以先進行SPI的配置，雙擊軟體配置中心的“SPI”，在出來的選項中使能SPI總線和ENC28J60 SPI以太網介面，操作如圖3所示：

圖3 SPI總線及ENC28J60驅動使能

??配置完SPI總線后，再回到軟體包中心配置lwIP協議堆疊，在SPI中選擇“使用ENC28J60 SPI以太網介面”后，lwIP協議堆疊自動被選中，因兩者存在依賴關系，因為STM32F103RCT6的記憶體只有48KB，所以在在lwIP中要盡量減少記憶體的占用，否自系統無法正常運行，重點需要修改以下幾個選項，第一個為“PBUF的數量”，系統默認為16個，修改為8個，一個PBUF要占用1576個位元組，而且是靜態分配的，PBUF數量越多，接收速度就越快，但也越耗記憶體，第二個是“TCP發送視窗的大小”和“發送緩沖區的大小”，都由原來的8196位元組修改為4096位元組，這兩項都是動態分配的，修改后能減少一半的記憶體占用，第三個是IP地址的配置，因本實驗采用的ENC29J60模塊通過普通網線和PC網口直連的方式進行測驗的，沒有DHCP服務器，所以要關閉“通過DHCP分配IP地址”而采用靜態配置地址的方式，靜態IP地址配置如下：

圖4 靜態IP地址的配置

??再次，要打開“使能ping功能”，還要在“網路介面設備”中選中"使能網路介面設備"，以便啟用ping和ifconfig除錯功能，最后要說明下，在lwIP配置中，lwIP默認的版本是v2.0.2，還有兩個版本可供選擇：v1.4.1和v2.1.0，選擇更新的v2.1.0版本也能正常作業，但不要選擇v1.4.1版本，因為其和2.0版的lwIP介面變動較大，會導致ENC28J60驅動不能正常作業，至此，驅動的配置階段完成，點擊IDE中“保存”以完成工程配置的更改，其整個工程目錄結構如下：

圖5 工程目錄結構

??圖5中，標紅的幾個檔案需要進行修改，首先修改SPI總線相關的宏定義，因在MiniSTM32的開發板上，ENC28J60模塊是掛載在SPI1總線上的，所以在board.h中，要定義“#define BSP_USING_SPI1”，在 stm32xxxx_hal_config.h中，要定義“#define HAL_SPI_MODULE_ENABLED”（這兩個宏在原檔案中是存在的，只是被注釋掉了，沒啟用，只要把注釋去掉就行），這樣才能啟用SPI1總線，

??另外還需要增加SPI1總線的初始化函式，這要使用STM32CubeMX或STM32CubeIDE來生成，在STM32CubeMX中選擇“STM32F103RC”，并使能SPI1，即可生成代碼，我們只需要其中的HAL_SPI_MspInit()函式，其代碼如下，如不熟悉STM32CubeMX，可直接拷貝下面的代碼即可，

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(hspi->Instance==SPI1)
  {
    /* 外設時鐘使能 */
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /**SPI1 GPIO 配置
    PA5     ------> SPI1_SCK
    PA6     ------> SPI1_MISO
    PA7     ------> SPI1_MOSI
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  }
}

把上面的代碼拷貝到board.c檔案的末尾，

??在main.c中，把LOG_D(“Hello RT-Thread!”)，移到while回圈的上面，免得除錯時在控制臺不停出現"Hello RT-Thread!"而影響除錯，至此代碼的修改全部完成，

??接下來要撰寫ENC28J60的驅動介面函式，并注冊到系統初始化流程中，首先對STM32F103RC和ENC28J60模塊的引腳連接關系做個說明，ENC28J60模塊有8個引腳，接在開發板的無線模塊NRF24L01的介面上，其對應關系如下圖所示：

圖6 引腳對應關系 ??SPI1的引腳，經過前面的配置，系統已完成對應pin的初始化，現在要關注ENC28J60的中斷INT引腳（對接PA1）和片選引腳(對接PC4)，因在RT-Thread的ENC28J60驅動中，采用軟體復位，所以其硬體復位引腳(對接PA4)可不做配置，在工程的drivers目錄中新建drv_enc28j60.c檔案，把以下代碼拷貝進去，

#include <drivers/pin.h>
#include <enc28j60.h>
#include <drv_spi.h>
#define ENC28J60_INT    1//PA1 ENC28J60中斷
static int rt_hw_enc28j60_init(void)
{
        rt_hw_spi_device_attach("spi1", "spi10", GPIOC, GPIO_PIN_4);//PC4 ENC28J60片選CS
        enc28j60_attach("spi10");
        rt_pin_mode(ENC28J60_INT, PIN_MODE_INPUT_PULLUP);
        rt_pin_attach_irq(ENC28J60_INT, PIN_IRQ_MODE_FALLING, (void(*)(void*))enc28j60_isr, RT_NULL);
        rt_pin_irq_enable(ENC28J60_INT, PIN_IRQ_ENABLE);
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_hw_enc28j60_init);

??PA1對應的引腳號為1，可在driver目錄下的drv_gpio.c的結構體pin_index中查詢得到，rt_hw_spi_device_attach()函式在SPI1總線上注冊一個名稱為“spi10”的SPI設備，函式中的引數GPIOC、GPIO_PIN_4指定“spi10”設備的片選信號為PC4引腳， enc28j60_attach(“spi10”)函式把ENC28J60模塊掛載到“spi10”設備上，rt_pin_mode()、rt_pin_attach_irq()、rt_pin_irq_enable()三個函式分別用來設定中斷引腳PA1的中斷模式、中斷處理函式和使能PA1引腳的中斷，INIT_COMPONENT_EXPORT宏用來把rt_hw_enc28j60_init()加到初始化程序中，以便系統在啟動后能自動進行lwIP和ENC28J60驅動的初始化，

??編譯工程，結果顯示Flash占用149KB，RAM占用33.8KB，沒有超過STM32F103RC的FLASH和RAM的大小，并保留了約14.2KB(48-33.8)堆空間給系統動態分配使用，

??通過J-Link或ST-LINK下載至開發板，并用網線連接ENC28J60模塊和PC的網口，PC網卡設定地址為：192.168.1.20，掩碼：255.255.255.0，網關:192.168.1.1，注意要關閉Windows的防火墻，否則會出現ping不通的現象，最后用RT-Thread Studio自帶的串行終端或其他的串口除錯工具連接開發板，波特率設定為115200，在出現的"msh>"提示符下輸入：ifconfig，可見如下結果：

msh >ifconfig
network interface device: e0 (Default)
MTU: 1500
MAC: 00 04 a3 12 34 56 
FLAGS: UP LINK_UP INTERNET_DOWN DHCP_DISABLE ETHARP BROADCAST IGMP
ip address: 192.168.1.100
gw address: 192.168.1.1
net mask  : 255.255.255.0
dns server #0: 0.0.0.0
dns server #1: 0.0.0.0

??在"msh>"提示符下輸入：ping192.168.1.20，結果如下：

msh >ping 192.168.1.20
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=0 ttl=64 time=0 ms
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=1 ttl=64 time=3 ms
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=2 ttl=64 time=3 ms
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=3 ttl=64 time=2 ms

??至此，說明lwIP協議堆疊和ENC28J60模塊的運行正常，使用和除錯已完成，可進行更高級的網路應用學習了，

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