25.1 UDP協(xié)議概述

UDP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議棧中傳輸層協(xié)議，是一個(gè)簡(jiǎn)單的面向數(shù)據(jù)報(bào)的協(xié)議，在傳輸層中還有一個(gè)TCP協(xié)議，UDP不提供數(shù)據(jù)包分組，組裝，無法對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序，當(dāng)報(bào)文發(fā)送出去之后無法知道是否安全，完整的到達(dá)，但是由于UDP不屬于連接性協(xié)議，所以消耗資源小，處理速度快，通常用于音頻，視頻和普通數(shù)據(jù)傳輸中，UDP數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如下圖所示。

端口號(hào)表示發(fā)送和接收進(jìn)程，UDP使用端口號(hào)為不同的應(yīng)用保留各自的數(shù)據(jù)傳輸通道，UDP和TCP都是采用端口號(hào)的形式對(duì)同一時(shí)刻多個(gè)應(yīng)用同時(shí)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)接收方則通過目標(biāo)端口接受數(shù)據(jù)，有的網(wǎng)絡(luò)只能使用預(yù)先預(yù)留或注冊(cè)的靜態(tài)端口，而一些網(wǎng)絡(luò)可以使用沒有被注冊(cè)的動(dòng)態(tài)端口，由于UDP包頭使用兩個(gè)字節(jié)存放端口號(hào)，所以端口的有效范圍0~65535，一般，大于49151的端口號(hào)都代表動(dòng)態(tài)端口。

數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度指的是包括包頭和數(shù)據(jù)部分在內(nèi)的總字節(jié)數(shù)，由于包頭的長(zhǎng)度固定，所以這個(gè)區(qū)域主要用于計(jì)算可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)部分，數(shù)據(jù)包的最大長(zhǎng)度根據(jù)操作環(huán)境選擇，理論上說，包括包頭在內(nèi)的數(shù)據(jù)報(bào)文最大長(zhǎng)度為65535字節(jié)。

UDP通過包頭中的校驗(yàn)和來保證數(shù)據(jù)的完整性，校驗(yàn)和首先在數(shù)據(jù)發(fā)送方通過特殊的算法計(jì)算出，傳遞到接收方之后，需要重新計(jì)算，如果某個(gè)數(shù)據(jù)在輸出過程中被篡改或某種原因損壞，那么發(fā)送方和接收方的校驗(yàn)和就會(huì)不一致，因此，UDP協(xié)議具有檢測(cè)報(bào)文是否出錯(cuò)的能力。

udp.c和udp.h這兩個(gè)文件就是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)UDP傳輸協(xié)議的文件，與UDP報(bào)文處理有關(guān)的函數(shù)之間的關(guān)系如下圖所示。

LWIP協(xié)議中API編程方式是基于回調(diào)機(jī)制的，在我們初始化應(yīng)用的時(shí)候必須為內(nèi)核中不同的事件注冊(cè)給出對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，當(dāng)對(duì)應(yīng)的事件發(fā)生后這些回調(diào)函數(shù)就會(huì)被調(diào)用，udp.c中常用的API功能函數(shù)如下表所示。

25.2 應(yīng)用編寫

在LWIP/app/udp_demo目錄下創(chuàng)建udp_demo.c和udp_demo.h文件。

25.2.1 udp_demo.c代碼編寫

#include "udp_demo.h" 
#include "delay.h"
#include "usart1.h"
#include "lcd.h"
#include "malloc.h"
#include "string.h"
#include "comm.h"
#include "lwip/pbuf.h"
#include "lwip/udp.h"
#include "lwip/tcp.h"
//UDP 測(cè)試全局狀態(tài)標(biāo)記變量
//bit6:數(shù)據(jù)接收狀態(tài)
//bit5:連接狀態(tài)
u8 udp_demo_flag;
//設(shè)置遠(yuǎn)端IP地址
void udp_demo_set_remoteip()
{
  u8 *tbuf ;
  LCD_Clear( WHITE ) ;
  POINT_COLOR = RED ;
  tbuf = mymalloc( SRAMIN, 100 ) ;                                  //申請(qǐng)內(nèi)存
  if( tbuf==NULL )
    return ;
  //前三個(gè)IP保持和DHCP得到的IP一致
  lwipdev.remoteip[ 0 ] = lwipdev.ip[ 0 ] ;
  lwipdev.remoteip[ 1 ] = lwipdev.ip[ 1 ] ;
  lwipdev.remoteip[ 2 ] = lwipdev.ip[ 2 ] ;
  lwipdev.remoteip[ 3 ] = 113 ;
  sprintf( ( char* )tbuf, "Remote IP:%d.%d.%d.", lwipdev.remoteip[0], lwipdev.remoteip[1], lwipdev.remoteip[2] ) ;
  LCD_ShowString( 30, 150, tbuf ) ;                //遠(yuǎn)端IP
  myfree( SRAMIN, tbuf ) ;
}
// UDP接收回調(diào)函數(shù)
u8 udp_demo_recvbuf[ UDP_DEMO_RX_BUFSIZE ] ;            //UDP接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
void udp_demo_recv( void *arg, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *p, struct ip_addr *addr, u16_t port )
{
  u32 data_len=0 ;
  struct pbuf *q ;
  //接收到不為空的數(shù)據(jù)時(shí)
  if( p!=NULL )
  {
    memset( udp_demo_recvbuf, 0, UDP_DEMO_RX_BUFSIZE ) ;    //數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)清零
    //遍歷完整個(gè)pbuf鏈表
    for( q=p; q!=NULL; q=q->next )
    {
      //拷貝數(shù)據(jù)
      if( q->len>( UDP_DEMO_RX_BUFSIZE-data_len ) )
        memcpy( udp_demo_recvbuf+data_len, q->payload, UDP_DEMO_RX_BUFSIZE-data_len ) ;
      else
        memcpy( udp_demo_recvbuf+data_len, q->payload, q->len ) ;
      data_len += q->len ;
      //超出TCP客戶端接收數(shù)組,跳出
      if( data_len>UDP_DEMO_RX_BUFSIZE )
        break ;  
    }
    upcb->remote_ip = *addr ;                  //記錄遠(yuǎn)程主機(jī)的IP地址
    upcb->remote_port = port ;                //記錄遠(yuǎn)程主機(jī)的端口號(hào)
    lwipdev.remoteip[ 0 ] = upcb->remote_ip.addr&0xFF ;      //IADDR4
    lwipdev.remoteip[ 1 ] = ( upcb->remote_ip.addr>>8 )&0xFF ;  //IADDR3
    lwipdev.remoteip[ 2 ] = ( upcb->remote_ip.addr>>16 )&0xFF ;  //IADDR2
    lwipdev.remoteip[ 3 ] = ( upcb->remote_ip.addr>>24 )&0xFF ;  //IADDR1 
    udp_demo_flag |= 1<<6 ;                  //標(biāo)記接收到數(shù)據(jù)了
    pbuf_free( p ) ;                      //釋放內(nèi)存
  }
  else
  {
    udp_disconnect( upcb ) ;
    LCD_Clear( WHITE ) ;                    //清屏
    udp_demo_flag &= ~( 1<<5 ) ;                //標(biāo)記連接斷開
  }
}
// UDP服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)
const u8 *tcp_demo_sendbuf="STM32F103 UDP send data\\r\\n";
void udp_demo_senddata( struct udp_pcb *upcb )
{
  struct pbuf *ptr ;
  ptr = pbuf_alloc( PBUF_TRANSPORT, strlen( ( char* )tcp_demo_sendbuf ), PBUF_POOL ) ;//申請(qǐng)內(nèi)存
  if( ptr )
  {
    ptr->payload = ( void* )tcp_demo_sendbuf ;
    udp_send( upcb, ptr ) ;                    //udp發(fā)送數(shù)據(jù) 
    pbuf_free( ptr ) ;                                        //釋放內(nèi)存
  }
}
//關(guān)閉UDP連接
void udp_demo_connection_close( struct udp_pcb *upcb )
{
  udp_disconnect( upcb ) ;
  udp_remove( upcb ) ;                      //斷開UDP連接 
  udp_demo_flag &= ~( 1<<5 ) ;                  //標(biāo)記連接斷開
  LCD_Clear( WHITE ) ;                      //清屏
}
// UDP測(cè)試
void udp_demo_test()
{
   err_t err ;
  struct udp_pcb *udppcb ;                    //定義一個(gè)TCP服務(wù)器控制塊
  struct ip_addr rmtipaddr ;                                      //遠(yuǎn)端ip地址
  u8 *tbuf ;
  u8 res=0 ;
  udp_demo_set_remoteip() ;                    //先選擇IP
  LCD_Clear( WHITE ) ;                      //清屏
  tbuf = mymalloc( SRAMIN, 200 ) ;                //申請(qǐng)內(nèi)存
  //內(nèi)存申請(qǐng)失敗了,直接退出
  if( tbuf==NULL )
    return ;
  sprintf( ( char* )tbuf, "Local IP:%d.%d.%d.%d", lwipdev.ip[0], lwipdev.ip[1], lwipdev.ip[2], lwipdev.ip[3] ) ;
  LCD_ShowString( 30, 150, tbuf ) ;                //服務(wù)器IP
  sprintf( ( char* )tbuf, "Remote IP:%d.%d.%d.%d", lwipdev.remoteip[0], lwipdev.remoteip[1], lwipdev.remoteip[2], lwipdev.remoteip[3] ) ;
  LCD_ShowString( 30, 170, tbuf ) ;                //遠(yuǎn)端IP
  sprintf( ( char* )tbuf, "Remote Port:%d", UDP_DEMO_PORT ) ;
  LCD_ShowString( 30, 190, tbuf ) ;                //客戶端端口號(hào)
  LCD_ShowString( 30, 210, "STATUS:Disconnected" ) ;
  udppcb = udp_new() ;
  //創(chuàng)建成功
  if( udppcb )
  { 
    IP4_ADDR( &rmtipaddr, lwipdev.remoteip[0], lwipdev.remoteip[1], lwipdev.remoteip[2], lwipdev.remoteip[3] ) ;
    err = udp_connect( udppcb, &rmtipaddr, UDP_DEMO_PORT ) ;  //UDP客戶端連接到指定IP地址和端口
    if( err==ERR_OK )
    {
      err = udp_bind( udppcb, IP_ADDR_ANY, UDP_DEMO_PORT ) ; //綁定本地IP地址與端口號(hào)
      //綁定完成
      if( err==ERR_OK )
      {
        udp_recv( udppcb, udp_demo_recv, NULL ) ;      //注冊(cè)接收回調(diào)函數(shù)
        LCD_ShowString( 30, 210, "STATUS:Connected   " ) ;  //標(biāo)記連接上了
        udp_demo_flag |= 1<<5 ;              //標(biāo)記已經(jīng)連接上
        LCD_ShowString( 30, 230, "Receive Data:" ) ;      //提示消息
      }
      else
        res = 1 ;
    }
    else
      res = 1 ;
  }
  else
    res = 1 ;
  while( res==0 )
  {
    //是否收到數(shù)據(jù)
    if( udp_demo_flag&1<<6 )
    {
      LCD_ShowString( 30, 250, udp_demo_recvbuf ) ;      //顯示接收到的數(shù)據(jù)
      udp_demo_senddata( udppcb ) ;              //發(fā)送數(shù)據(jù)
      udp_demo_flag &= ~( 1<<6 ) ;              //標(biāo)記數(shù)據(jù)已經(jīng)被處理了
    } 
    lwip_periodic_handle() ;
    lwip_pkt_handle() ;
    delay_ms( 2 ) ;
  }
  udp_demo_connection_close( udppcb ) ;
  myfree( SRAMIN, tbuf ) ;
}

25.2.2 udp_demo.h代碼編寫

#ifndef _UDP_DEMO_H_
#define _UDP_DEMO_H_
#include "sys.h"
#define UDP_DEMO_RX_BUFSIZE  2000              //定義udp最大接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 
#define UDP_DEMO_PORT      8089              //定義udp連接的端口 
void udp_demo_test( void ) ;                    //UDP測(cè)試
#endif

25.2.3 主函數(shù)代碼編寫

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart1.h"
#include "tim.h"
#include "lcd.h"
#include "malloc.h"
#include "dm9000.h"
#include "lwip/netif.h"
#include "comm.h"
#include "lwipopts.h"
#include "udp_demo.h"
int main()
{
  u8 buf[ 30 ];
   STM32_Clock_Init( 9 ) ;                        //系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置
  SysTick_Init( 72 ) ;                          //延時(shí)初始化
  USART1_Init( 72, 115200 ) ;                      //串口初始化為115200
  LCD_Init() ;                            //初始化LCD
  TIM3_Init( 1000, 719 ) ;                        //定時(shí)器3頻率為100hz
  my_mem_init( SRAMIN ) ;                      //初始化內(nèi)部?jī)?nèi)存池
  while( lwip_comm_init() ) ;                      //lwip初始化
  //等待DHCP獲取成功/超時(shí)溢出
  while( ( lwipdev.dhcpstatus!=2 )&&( lwipdev.dhcpstatus!=0xFF ) )
  {
    lwip_periodic_handle() ;                    //LWIP內(nèi)核需要定時(shí)處理的函數(shù)
    lwip_pkt_handle() ;
  }
  POINT_COLOR=RED;
  LCD_ShowString( 30, 110, "LWIP Init Successed" ) ;
  //打印動(dòng)態(tài)IP地址
  if( lwipdev.dhcpstatus==2 )
    sprintf( ( char* )buf, "DHCP IP:%d.%d.%d.%d", lwipdev.ip[0], lwipdev.ip[1], lwipdev.ip[2], lwipdev.ip[3] ) ;
  //打印靜態(tài)IP地址
  else
    sprintf( ( char* )buf, "Static IP:%d.%d.%d.%d", lwipdev.ip[0], lwipdev.ip[1], lwipdev.ip[2], lwipdev.ip[3] ) ;
  LCD_ShowString( 30, 130, buf ) ; 
  //得到網(wǎng)速
  if( ( DM9000_Get_SpeedAndDuplex()&0x02 )==0x02 )
    LCD_ShowString( 30, 150, "Ethernet Speed:10M" ) ;
  else
    LCD_ShowString( 30, 150, "Ethernet Speed:100M" ) ;
   while( 1 )
  {
    udp_demo_test();
    lwip_periodic_handle() ;
    lwip_pkt_handle() ;
    delay_ms( 2 ) ;
  }
}

25.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果