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25.1 UDP協議概述

UDP協議是TCP/IP協議棧中傳輸層協議，是一個簡單的面向數據報的協議，在傳輸層中還有一個TCP協議，UDP不提供數據包分組，組裝，無法對數據包進行排序，當報文發送出去之后無法知道是否安全，完整的到達，但是由于UDP不屬于連接性協議，所以消耗資源小，處理速度快，通常用于音頻，視頻和普通數據傳輸中，UDP數據包結構如下圖所示。

端口號表示發送和接收進程，UDP使用端口號為不同的應用保留各自的數據傳輸通道，UDP和TCP都是采用端口號的形式對同一時刻多個應用同時發送和接受數據，而數據接收方則通過目標端口接受數據，有的網絡只能使用預先預留或注冊的靜態端口，而一些網絡可以使用沒有被注冊的動態端口，由于UDP包頭使用兩個字節存放端口號，所以端口的有效范圍0~65535，一般，大于49151的端口號都代表動態端口。

數據包的長度指的是包括包頭和數據部分在內的總字節數，由于包頭的長度固定，所以這個區域主要用于計算可變長度的數據部分，數據包的最大長度根據操作環境選擇，理論上說，包括包頭在內的數據報文最大長度為65535字節。

UDP通過包頭中的校驗和來保證數據的完整性，校驗和首先在數據發送方通過特殊的算法計算出，傳遞到接收方之后，需要重新計算，如果某個數據在輸出過程中被篡改或某種原因損壞，那么發送方和接收方的校驗和就會不一致，因此，UDP協議具有檢測報文是否出錯的能力。

udp.c和udp.h這兩個文件就是負責實現UDP傳輸協議的文件，與UDP報文處理有關的函數之間的關系如下圖所示。

LWIP協議中API 編程方式是基于回調機制的，在我們初始化應用的時候必須為內核中不同的事件注冊給出對應的回調函數，當對應的事件發生后這些回調函數就會被調用，udp.c中常用的API功能函數如下表所示。

API函數	函數功能
udp_new	新建一個UDP的PCB塊
udp_remove	將一個PCB控制塊從鏈表中刪除，并釋放這個控制塊的內存
udp_bind	為UDP的PCN控制塊綁定一個本地IP地址和端口號
udp_connect	連接到指定IP地址主機的指定端口上
udp_disconnent	斷開連接，將控制塊設置為非連接狀態
udp_send	通過一個PCB控制塊發送數據
udp_recv	需要創建一個回調函數，當接受到數據的時候被調用

25.2 應用編寫

在LWIP/app/udp_demo目錄下創建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 測試全局狀態標記變量
//bit6:數據接收狀態
//bit5:連接狀態
u8 udp_demo_flag;
//設置遠端IP地址
void udp_demo_set_remoteip()
{
  u8 *tbuf ;
  LCD_Clear( WHITE ) ;
  POINT_COLOR = RED ;
  tbuf = mymalloc( SRAMIN, 100 ) ;                                  //申請內存
  if( tbuf==NULL )
    return ;
  //前三個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 ) ;                //遠端IP
  myfree( SRAMIN, tbuf ) ;
}
// UDP接收回調函數
u8 udp_demo_recvbuf[ UDP_DEMO_RX_BUFSIZE ] ;            //UDP接收數據緩沖區
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 ;
  //接收到不為空的數據時
  if( p!=NULL )
  {
    memset( udp_demo_recvbuf, 0, UDP_DEMO_RX_BUFSIZE ) ;    //數據接收緩沖區清零
    //遍歷完整個pbuf鏈表
    for( q=p; q!=NULL; q=q->next )
    {
      //拷貝數據
      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客戶端接收數組,跳出
      if( data_len>UDP_DEMO_RX_BUFSIZE )
        break ;  
    }
    upcb->remote_ip = *addr ;                  //記錄遠程主機的IP地址
    upcb->remote_port = port ;                //記錄遠程主機的端口號
    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 ;                  //標記接收到數據了
    pbuf_free( p ) ;                      //釋放內存
  }
  else
  {
    udp_disconnect( upcb ) ;
    LCD_Clear( WHITE ) ;                    //清屏
    udp_demo_flag &= ~( 1<<5 ) ;                //標記連接斷開
  }
}
// UDP服務器發送數據
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 ) ;//申請內存
  if( ptr )
  {
    ptr->payload = ( void* )tcp_demo_sendbuf ;
    udp_send( upcb, ptr ) ;                    //udp發送數據 
    pbuf_free( ptr ) ;                                        //釋放內存
  }
}
//關閉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 ) ;                  //標記連接斷開
  LCD_Clear( WHITE ) ;                      //清屏
}
// UDP測試
void udp_demo_test()
{
   err_t err ;
  struct udp_pcb *udppcb ;                    //定義一個TCP服務器控制塊
  struct ip_addr rmtipaddr ;                                      //遠端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 ) ;                //申請內存
  //內存申請失敗了,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 ) ;                //遠端IP
  sprintf( ( char* )tbuf, "Remote Port:%d", UDP_DEMO_PORT ) ;
  LCD_ShowString( 30, 190, tbuf ) ;                //客戶端端口號
  LCD_ShowString( 30, 210, "STATUS:Disconnected" ) ;
  udppcb = udp_new() ;
  //創建成功
  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
      //綁定完成
      if( err==ERR_OK )
      {
        udp_recv( udppcb, udp_demo_recv, NULL ) ;      //注冊接收回調函數
        LCD_ShowString( 30, 210, "STATUS:Connected   " ) ;  //標記連接上了
        udp_demo_flag |= 1<<5 ;              //標記已經連接上
        LCD_ShowString( 30, 230, "Receive Data:" ) ;      //提示消息
      }
      else
        res = 1 ;
    }
    else
      res = 1 ;
  }
  else
    res = 1 ;
  while( res==0 )
  {
    //是否收到數據
    if( udp_demo_flag&1<<6 )
    {
      LCD_ShowString( 30, 250, udp_demo_recvbuf ) ;      //顯示接收到的數據
      udp_demo_senddata( udppcb ) ;              //發送數據
      udp_demo_flag &= ~( 1<<6 ) ;              //標記數據已經被處理了
    } 
    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最大接收數據長度 
#define UDP_DEMO_PORT      8089              //定義udp連接的端口 
void udp_demo_test( void ) ;                    //UDP測試
#endif

25.2.3 主函數代碼編寫

#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 ) ;                        //系統時鐘設置
  SysTick_Init( 72 ) ;                          //延時初始化
  USART1_Init( 72, 115200 ) ;                      //串口初始化為115200
  LCD_Init() ;                            //初始化LCD
  TIM3_Init( 1000, 719 ) ;                        //定時器3頻率為100hz
  my_mem_init( SRAMIN ) ;                      //初始化內部內存池
  while( lwip_comm_init() ) ;                      //lwip初始化
  //等待DHCP獲取成功/超時溢出
  while( ( lwipdev.dhcpstatus!=2 )&&( lwipdev.dhcpstatus!=0xFF ) )
  {
    lwip_periodic_handle() ;                    //LWIP內核需要定時處理的函數
    lwip_pkt_handle() ;
  }
  POINT_COLOR=RED;
  LCD_ShowString( 30, 110, "LWIP Init Successed" ) ;
  //打印動態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 ) ;
  }
}