从零开始使用 CubeMX 创建以太网工程

前言
在前面一篇文章中，介绍了如何使用CubeMX来建立一个简单的TCPEchoserver工程。但是在新建CubeMX项目时，是通过直接选择ST的开发板的方式实现的。对于大多数实际的开发场景，可能并不是在ST的开发板上进行的，所以在这篇文章中，我将介绍如何从零开始建立一个以太网工程。
今年ST推出的Nucleo-144板子上集成了以太网接口，所以在本文中，将以STM32F746-Nucelo板为例，通过CubeMXv4.18来新建一个TCPEchoserver的程序。

用CubeMX建立基于STM32F746-Nucleo的工程
用CubeMX进行初始化配置
这回我们直接选择STM32F746-Nucleo板上对应的芯片STM32F746ZGT6U,而不是选择STM32F746-Nucleo板。
1. 新建一个Project，在向导中选择STM32F746ZGT6U。

 

这个时候我们看到的还是一个空的工程。如下图：

 
2.外设使能，引脚配置
2.1以太网外设引脚配置
Nucleo-144板上用的PHY LAN8742A，RMII接口。在Cubemx中使能ETH外设，选择RMII接口。Cubemx会自动配置对应的以太网接口。如下图：

 
STM32的很多引脚都有复用功能，同一个功能也可以remap到不同的引脚。所以这里要记得将CubeMX自动配置的引脚和实际电路中使用的引脚进行对比，保证是一致的。
从UM1974中可以找到Nucleo-144板上以太网引脚分配表。对比这张表格和CubeMX的默认配置，会发现PB11，PB12引脚在STM32F746-Nucleo板中没有用做以太网的接口，而是用作其他用途了。
STM32F746-Nucleo上的引脚分配：

 
CubeMX的默认分配：

 
在Cubemx中修改引脚配置：

修改方法见下图，用同样的方法配置PG11和PG13。配置PG11和PG13后，对应PB11和PB12会自动清除之前的配置，以免冲突。

 
到现在位置，已经将所有的GPIO口都配置好了。
在Configuration页面中，还可以看到所有配置的GPIO。并可以做进一步的配置，这里就先用默认的设置。

 
2.2使能LwIP协议栈
在这个工程内，我们会用到LwIP协议栈，所以还需要在这一页的Middlewares部分将LWIP勾选上。之后就可以在Configuration页面对LWIP协议栈进行配置了。

 

3.时钟配置
接下来进行时钟配置。CubeMX默认系统时钟16MHz，但以太网外设需要至少25MHz的系统时钟，所以这里会看到Clock Configuration页面显示   
打开Clock Configuration页面会自动跳出一个提示框，可以选择让CubeMX来帮你自动调整时钟配置，也可以自己手动进行调整。这里，我选择让CubeMX自动配置，CubeMX会自动将时钟配成216MHz。

 
4. 配置以太网参数

在Parameter Settings页面，可以配置MAC地址，PHY的地址，是否进行自动协商等。
这里，我们设置了MAC地址为本地地址02 :00 :0 :00 :00 :00。LAN8742a的PHY地址由上电时PHYAD0的状态决定。根据STM32F746-Nucleo板的原理图，设置PHY地址为0。
 
接收数据的模式有轮询和中断两种方式，中断方式需要和操作系统一起使用，这里我们没有使用任何操作系统，所以在RX Mode这一项只能选择Polling Mode。
最后一项是”TX IP Header Checksum Computation”,STM32的MAC控制器可以在发送数据时自动添加IP数据报的checksum,如果需要这项功能，就将这一项设置为“By hardware”
在Advanced Parameters页，可以根据所用的PHY修改寄存器的地址和一些MASK的设置。因为STM32F746的两款开发板上用的都是PHY LAN8742A，所以CubeMX中默认的配置是以LAN8742A为例进行设置的。所以这里，我们不需要做任何修改就可以直接用。但如果是其他的PHY，可以在PHY这一项选择“user PHY”，然后根据所用PHY的数据手册，配置下面的参数，对于部分无法通过CubeMX进行配置的参数，需要手动的修改代码。将有冲突的地方删除，或者添加某个功能。
Advanced Parameters页分为三个部分：
· External PHY Configuration 。复位延时，读/写超时的参数设置
· Common :External PHY Configuration。PHY的基础寄存器配置，这部分寄存器对于大部分PHY都是相同或类似的。
· Extended :External PHY Configuration。 PHY的扩展寄存器配置，这部分对于每个PHY都是不一样的。如果是使用非CubeMX默认的PHY，这部分内容需要特别注意。

 
4. 修改LWIP的参数
配置好以太网的参数后，点击OK，回到CubeMX的配置界面。选择LWIP继续进行参数配置。

 
首先是GeneralSettings页面，在这里我们可以看到LWIP的版本号。配置IP地址信息，可以选择通过DHCP的方式动态分配IP，也可以分配一个静态的IP地址。这里，我们选择配置静态的IP地址192.168.0.10，子网掩码255.255.255.0，网关192.168.0.1。ICMP协议打开，因为我们用的是TCP协议，所以把UDP协议关掉。
不用担心不知道每项参数是做什么用的，选择每一项参数后都会在窗口的底部显示该项参数的解释。

 
在Key Options这一页里，有更多的参数可以配置。关于接收/发送内存的配置也是在这里。选择右上方的“Show Advanced Parameters”后，还有更多的参数配置项。这里，我们也可以不做修改，使用默认值。CubeMX中每个参数项的名称和代码中的名称相同，这样也方便了在代码中进行查找。

 
到此为止，我们在CubeMX中需要做的配置就全部完成了。选择Project——>Generate Code，生成初始的工程。

添加用户代码
用IAR打开前面已经生成好的工程。我们还需要两步就可以完成一个简单的TCP EchoServer程序了。
1.新建tcp_echoserver.c文件，在tcp_echoserver.c里要做下面这几件事情：
1）新建一个tcp_echoserver_pcb（调用tcp_new函数）；
2）将新建的tcp_echoserver_pcb与要监听的端口绑定（调用tcp_bind函数）
3）转成监听状态（调用tcp_listen函数）
4）注册回调函数tcp_echoserver_accept，当有新连接建立后会调用该函数（调用tcp_accept函数）
5）注册回调函数tcp_echoserver_recv，当该连接接收到数据后会调用该函数（调用tcp_recv函数）
6）完成tcp_echoserver_recv函数，在该函数内，将收到的数据再发出去。
需要注意，本文的目的是示例如何用CubeMX建立一个简单的TCP EchoServer程序，所以考虑的都是最基本简单的情况。比如，在回发数据部分，我们假设Client发来的数据都在一个Pbuf的大小以内。
完成tcp_echoserver.c后，将其加入到工程项目中。

2. 在main函数中添加tcp_echoserver_init（），在while(1)中添加MX_LWIP_Process（）查询接收数据。记得要将代码加在/*USER CODE BEGIN*/和/*USER CODE END*/之间，这样才不会在下次用CubeMX生成代码时被覆盖掉。

 
一个简单的TCP Echoserver程序就完成了。

测试结果
我们来看一看ping测试和TCP测试工具的结果
1. 通过电脑（192.168.0.11）ping STM32F746-Nucleo板（192.168.0.10）

 
2.通过TCP测试工具模拟客户端，向STM32F746-Nucleo板发一串数据。

 



测试结果说明我们刚刚建立的TCP EchoServer程序已经能正常工作了