目录
一、引言
二、硬件准备
三、软件准备
四、LWIP 协议栈的配置与初始化
五、创建 TCP 服务器
1.创建 TCP 控制块
2.绑定端口
3. 进入监听状态
4.设置接收回调函数
六、处理多个客户端连接
七、数据处理与通信管理
八、错误处理与资源管理
九、总结
一、引言
在嵌入式系统开发中，常常需要实现设备之间的网络通信。STM32 作为一款广泛应用的微控制器，结合网络通信功能可以实现与多个设备的交互。本文将介绍如何在 STM32 上实现 TCP 服务器端，以便与多个设备进行通讯。
二、硬件准备
- STM32 开发板：选择一款带有以太网接口的 STM32 开发板，如 STM32F429 系列等。
- 以太网模块（可选）：如果开发板没有内置以太网接口，可以选择一个外接的以太网模块，如 W5500 等。
- 网络连接：将开发板连接到同一局域网内，确保其他设备可以通过网络访问到 STM32 开发板。
三、软件准备
- 开发环境：如 Keil MDK、IAR Embedded Workbench 等。
- LWIP（Lightweight IP）协议栈：LWIP 是一个轻量级的 TCP/IP 协议栈，适用于嵌入式系统。可以从 LWIP 官方网站下载并集成到开发环境中。
- STM32 库：使用 STM32 的官方库或者其他第三方库来进行硬件驱动和开发。
四、LWIP 协议栈的配置与初始化
- 将 LWIP 协议栈的源文件添加到 STM32 项目中，并设置正确的编译选项。
- 在项目的初始化代码中，调用 LWIP 的初始化函数
lwip_init()，完成协议栈的初始化。 - 根据实际需求，配置 LWIP 的参数，如 IP 地址、子网掩码、默认网关等。可以通过修改
lwipopts.h文件来实现。
五、创建 TCP 服务器
1.创建 TCP 控制块
使用 LWIP 的 API 函数tcp_new()创建一个新的 TCP 控制块。
struct tcp_pcb *tcp_server_pcb;tcp_server_pcb = tcp_new();2.绑定端口
使用tcp_bind()函数将 TCP 控制块绑定到一个特定的端口号。通常选择一个未被其他应用程序占用的端口。
err_t err = tcp_bind(tcp_server_pcb, IP_ADDR_ANY, SERVER_PORT);if (err!= ERR_OK) {// 处理绑定失败的情况}这里的SERVER_PORT是服务器监听的端口号。
3. 进入监听状态
使用tcp_listen()函数使 TCP 控制块进入监听状态，等待客户端的连接请求。
tcp_server_pcb = tcp_listen(tcp_server_pcb);4.设置接收回调函数
使用tcp_accept()函数设置一个接收回调函数，当有客户端连接请求时，该回调函数将被调用。
tcp_accept(tcp_server_pcb, tcp_accept_callback);tcp_accept_callback是自定义的回调函数，用于处理客户端的连接请求。
六、处理多个客户端连接
1.在接收回调函数中，接受客户端的连接请求，并为每个连接创建一个新的 TCP 控制块来处理与该客户端的通信。
void tcp_accept_callback(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb, err_t err){if (err == ERR_OK) {// 处理新的连接// 可以为每个连接分配一些资源，如缓冲区等tcp_recv(newpcb, tcp_receive_callback, NULL);}}
2.为每个连接设置接收回调函数，以便在有数据到达时进行处理。
void tcp_receive_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err){if (err == ERR_OK && p!= NULL) {// 处理接收到的数据// 可以根据需要将数据转发给其他连接或者进行其他处理tcp_write(tpcb, p->payload, p->len, TCP_WRITE_FLAG_COPY);// 释放接收到的数据包缓冲区pbuf_free(p);}}3.使用数据结构管理多个连接
可以使用链表、数组等数据结构来管理多个客户端连接。例如，可以创建一个链表，每个节点存储一个客户端连接的信息，包括 TCP 控制块、客户端地址等。
typedef struct _client_connection{struct tcp_pcb *pcb;ip_addr_t client_ip;u16_t client_port;struct _client_connection *next;} client_connection_t;client_connection_t *client_list = NULL;在连接建立时，将新的连接添加到链表中；在连接关闭时，从链表中删除相应的节点。
void add_client_connection(struct tcp_pcb *pcb, const ip_addr_t *client_ip, u16_t client_port){client_connection_t *new_connection = (client_connection_t *)malloc(sizeof(client_connection_t));new_connection->pcb = pcb;new_connection->client_ip = *client_ip;new_connection->client_port = client_port;new_connection->next = client_list;client_list = new_connection;}void remove_client_connection(struct tcp_pcb *pcb){client_connection_t *prev = NULL;client_connection_t *current = client_list;while (current!= NULL) {if (current->pcb == pcb) {if (prev == NULL) {client_list = current->next;} else {prev->next = current->next;}free(current);break;}prev = current;current = current->next;}}七、数据处理与通信管理
1.在接收回调函数中，可以根据接收到的数据进行相应的处理。例如，可以解析数据、执行特定的操作或者将数据转发给其他连接。
void tcp_receive_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err){if (err == ERR_OK && p!= NULL) {// 处理接收到的数据char *data = (char *)p->payload;// 根据数据内容进行处理// 可以将数据转发给其他连接client_connection_t *current = client_list;while (current!= NULL) {if (current->pcb!= tpcb) {tcp_write(current->pcb, data, strlen(data), TCP_WRITE_FLAG_COPY);}current = current->next;}// 释放接收到的数据包缓冲区pbuf_free(p);}}2.如果需要向特定的客户端发送数据，可以遍历链表找到相应的客户端连接，并使用tcp_write函数进行数据发送。
void send_data_to_client(const ip_addr_t *client_ip, u16_t client_port, char *data){client_connection_t *current = client_list;while (current!= NULL) {if (ip_addr_cmp(¤t->client_ip, client_ip) && current->client_port == client_port) {tcp_write(current->pcb, data, strlen(data), TCP_WRITE_FLAG_COPY);break;}current = current->next;}}八、错误处理与资源管理
1.在整个通信过程中，需要进行适当的错误处理。例如，当连接失败、数据发送失败或接收超时等情况发生时，需要采取相应的措施，如重新连接、报告错误或释放资源等。
void tcp_error_callback(void *arg, err_t err){// 处理错误情况struct tcp_pcb *tpcb = (struct tcp_pcb *)arg;remove_client_connection(tpcb);}2.当连接关闭时，需要及时释放相关的资源，如缓冲区、TCP 控制块等，以避免内存泄漏。
void tcp_close_callback(void *arg, err_t err){// 处理连接关闭情况struct tcp_pcb *tpcb = (struct tcp_pcb *)arg;remove_client_connection(tpcb);}九、总结
通过以上步骤，我们可以在 STM32 上实现一个 TCP 服务器，与多个设备进行通信。在实际应用中，可以根据具体的需求进行进一步的优化和扩展，例如添加安全认证、数据加密、流量控制等功能。同时，还需要注意网络稳定性和可靠性，以确保通信的正常进行。
希望本文对大家在 STM32 上实现 TCP 服务器与多个设备通信有所帮助。如果有任何问题或建议，欢迎在评论区留言交流。
