十六、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜HTTP Client上传数据到OneNET＞

文章目录

  • 1 前言
  • 2 简介
    • 2 .1 什么是HTTP？
    • 2.2 HTTP Client的优点
    • 2.3 HTTP Client工作原理
    • 2.4 HTTP Client应用场景
  • 3 WIZnet以太网芯片
  • 4 HTTP Client网络设置示例概述以及使用
    • 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

  随着移动互联网的普及，HTTP Client也将会更加注重移动设备的支持和优化。例如，现在已经有许多的HTTP Client库可以支持异步请求和响应，以及在移动设备上优化网络连接和数据传输的效率。未来，随着5G等更高速网络技术的普及，HTTP client也将会更加注重高速度、低延迟和高效能等方面的优化。

  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DHCP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HTTP？

  超文本传输协议HTTP是一种通信协议，它使用TCP协议工作，默认端口号为80.它允许将超文本标记语言（HTML）文档从Web服务器传送到Web浏览器。HTMl是一种创建文档的标记语言，这些文档包含相关的链接。可以单击一个链接来访问其他文档、图像或者多媒体对象，并获得关于链接项的附加信息。

2.2 HTTP Client的优点

  HTTP Client具有以下特点：

  1. 支持同步和异步请求：HTTP Client可以发送同步和异步的HTTP请求。同步请求会阻塞当前线程，直到收到响应或发生超时。异步请求则不会阻塞线程，可以通过回调函数或Future对象来处理响应。
  2. 连接管理：HTTP Client可以自动管理HTTP连接的生命周期，包括连接的建立、重用和释放。它支持连接池，可以重用已经建立的连接，减少连接的建立和关闭的开销。
  3. 请求和响应拦截器：HTTP Client提供了拦截器机制，可以在发送请求和处理响应的过程中进行自定义操作。拦截器可以用于添加认证信息、修改请求头、处理响应等。
  4. 支持HTTPS协议：HTTP Client支持HTTPS协议，可以进行安全的HTTP通信。
  5. 插件式的自定义认证方案和Cookie策略：HTTP Client可以通过插件式的自定义认证方案和Cookie策略来扩展功能。
  6. 便携可靠的套接字工厂：HTTP Client使用便携可靠的套接字工厂，使它更容易的使用第三方解决方案。
  7. 设置连接超时的能力：HTTP Client可以设置连接超时的能力，以控制连接的超时时间。

2.3 HTTP Client工作原理

在这里插入图片描述

HTTP Client的流程步骤如下：

  1. 建立连接：首先，HTTP客户端需要与服务器建立TCP连接。客户端会向服务器发送一个SYN报文，请求建立连接。服务器在收到SYN报文后，会向客户端发送一个SYN-ACK报文，确认连接建立。
  2. 发送请求：一旦建立了连接，HTTP客户端会以ASCII码的形式发送一个HTTP请求报文。请求报文包括请求行、请求头部和请求主体。
    • 请求行：包括HTTP方法（如GET、POST等）、请求的URI（即网页的URL）和HTTP协议的版本。
    • 请求头部：包含了一些关于请求的附加信息，如Host（指定服务器的域名或IP地址）、User-Agent（指定客户端的用户代理信息，用于识别客户端类型）、Accept（指定客户端能接收的内容类型）等。
    • 请求主体：包含请求的具体内容，如提交的表单数据或要上传的文件内容等。
  3. 接收响应：服务器在收到客户端的请求后，会对其进行处理，并返回一个HTTP响应报文。响应报文同样包括响应行、响应头部和响应主体。
    • 响应行：包含HTTP协议的版本、状态码（表示请求的处理结果）和原因短语（对状态码的简单文字描述）。
    • 响应头部：包含了一些关于响应的附加信息，如Server（指定服务器的名称和版本）、Content-Type（指定响应的内容类型）等。
    • 响应主体：包含服务器返回的具体内容，如网页的HTML代码或下载的文件内容等。
  4. 关闭连接：客户端和服务器在完成数据传输后，会关闭TCP连接。通常，客户端会发送一个FIN报文，表示要关闭连接。服务器在收到FIN报文后，会向客户端发送一个ACK报文，确认连接关闭。随后，服务器也会发送一个FIN报文，表示自己也要关闭连接。客户端在收到ACK报文后，也会发送一个FIN报文，完成连接的关闭。

2.4 HTTP Client应用场景

HTTP Client的应用场景非常广泛，以下是其中一些常见的应用场景：

  1. 移动端开发：移动端设备通常使用HTTP协议进行网络通信，HTTP Client可以用于发送HTTP请求和处理响应，实现各种移动端的功能。
  2. REST API调用：在微服务架构中，各个服务之间的通信通常使用REST API进行，HTTP Client可以用于发送HTTP请求和接收响应，实现各个服务之间的通信和数据交互。
  3. 爬虫项目：HTTP Client可以用于发送HTTP请求和接收响应，从网站上获取数据。爬虫项目可以使用HTTP Client来模拟浏览器行为，访问网站并提取所需信息。
  4. 桌面应用程序：HTTP Client可以用于桌面应用程序的网络通信。例如，桌面应用程序可以通过HTTP Client发送HTTP请求来获取天气信息、新闻资讯等数据。
  5. Web应用程序：Web应用程序可以使用HTTP Client来发送HTTP请求和处理响应，实现各种功能，如用户登录、提交表单、获取数据等。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

ModelEmbedded CoreHost I/FTX/RX BufferHW SocketNetwork Performance
W5100STCP/IPv4， MAC & PHY8bit BUS, SPI16KB4Max.25Mbps
W6100TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY8bit BUS, Fast SPI32KB8Max.25Mbps
W5500TCP/IPv4, MAC & PHYFast SPI32KB8Max 15Mbps
  1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
  2. 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。
  3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 HTTP Client网络设置示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示：

在这里插入图片描述

4.2 准备工作核心

软件

  • Visual Studio Code
  • WIZnet UartTool
  • One_NET平台

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

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 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
    • RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX

  • 使用模块连接RP2040 进行接线时

    • RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
    • RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
    • RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
    • RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
    • RP2040 GPIO20 <----> 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：HTTP_client.c文件中加入对应的.h文件。

第二步：定义DHCP配置需要的宏。

第三步：网络信息的配置,开启DHCP模式，定义和初始化HTTP服务器IP和端口号。

第四步：编写定时器回调处理函数，用于 DHCP 1s滴答定时器处理函数。

第五步：主函数先是定义了一个定时器结构体参数用来触发定时器回调函数，对串口和SPI进行初始化，然后写入W5100S的网络配置参数，初始化DHCP后开始DHCP获取IP，获取到就打印获取到的IP，获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP，主循环直接调用HTTP 的头文件里的运行函数，所需要传入的参数是socket号 缓存buff，服务器ip和端口进行连接服务器并进行数据传输。

#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"

#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "dhcp.h"       // Use dhcp
#include "socket.h"     // Use socket
#include "HTTPclient.h" // Use HTTP client

#define SOCKET_ID 0                      // Socket number
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2) // Send and receive cache size
#define DHCP_RETRY_COUNT 5               // DHCP retry times

/**
 * @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);

/* 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 

static uint8_t destip[4] = {183, 230, 40, 34}; // OneNET HTTP access IP
static uint16_t destport = 80;                 // OneNET HTTP access port
static uint8_t breakout_flag = 0;              // Define the DHCP acquisition flag

int main()
{
    struct repeating_timer timer; // Define the timer structure
    wiz_NetInfo get_info;         // Stores the read configuration information

    /* MCU init */
    stdio_init_all();     // Initialize the main control peripheral
    wizchip_initialize(); // Initialize the chip interface

    /*dhcp init*/
    DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                   // DHCP initialization
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handler

    printf("wiznet chip HTTP client example.\r\n");
    network_init(&net_info);              // Configuring Network Information
    print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it

    while (true)
    {
        do_HTTP_client(SOCKET_ID, ethernet_buf, destip, destport); // run HTTP client connect OneNET and upload data stream.
        sleep_ms(2000);                                            // Add latency to make it easier to see data flow changes on the platform
    }
}

void network_init(wiz_NetInfo *conf_info)
{
    int count = 0;
    uint8_t dhcp_retry = 0;

    if (conf_info->dhcp == NETINFO_DHCP)
    {
        while (true)
        {
            switch (DHCP_run()) // Do the DHCP client
            {
            case DHCP_IP_LEASED: // DHCP resolves the domain name successfully
            {
                if (breakout_flag == 0)
                {
                    printf("DHCP success\r\n");
                    getIPfromDHCP((*conf_info).ip);
                    getGWfromDHCP((*conf_info).gw);
                    getSNfromDHCP((*conf_info).sn);
                    getDNSfromDHCP((*conf_info).dns);
                    wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
                    close(SOCKET_ID);              // After dhcp close the socket, avoid errors in later use
                    breakout_flag = 1;
                }
                break;
            }
            case DHCP_FAILED:
            {
                printf(" DHCP failed \r\n");
                count++;
                if (count <= DHCP_RETRY_COUNT) // If the number of times is less than or equal to the maximum number of times, try again
                {
                    printf("DHCP timeout occurred and retry %d \r\n", count);
                }
                else if (count > DHCP_RETRY_COUNT) // If the number of times is greater than DHCP fails
                {
                    breakout_flag = 1; // if DHCP fail, use the static
                    DHCP_stop();       // Stop processing DHCP protocol
                    conf_info->dhcp = NETINFO_STATIC;
                    wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
                    break;
                }
                break;
            }
            }
            if (breakout_flag)
            {
                printf("config succ\r\n");
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
    }
}

bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t)
{
    DHCP_time_handler(); // DHCP 1s Tick Timer handler
    return true;
}

4.5 结果演示

在这里插入图片描述

1.打开WIZ UartTool，填入参数：选择串口对应的com port，波特率115200，8位数据位，1位停止位，无校验位，无流控，填完参数后点击open打开。

2.网页上打开One NET并打开已经创建好的HTTP 服务端。按下复位键，我们可以看到当获取到ip之后，连接上HTTP服务端，HTTP 服务端能接收到代码中已经写好的数据进行上传到服务端。

5 注意事项

  • HTTP服务器默认端口号是80，所以在使用的时候不要随便使用其他端口。
  • 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

本章例程链接

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