STM32CubeMX+LAN8720+LWIP+FreeRTOS实现网络通讯

使用STM32CubeMX可以非常方便的将FreeRTOS+LWIP移植到工程中，本文就是介绍如何利用STM32CubeMX移植FreeRTOS+LWIP到STM32F429开发板中。移植的流程如下示：

1. 原理图分析

本文使用的硬件开发环境是STM32F429、LAN8720和RJ45(内置网络变压器)，其连接原理图如下图所示：
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LAN8720与STM32F429开发板的连接采用了RMII接口，其引脚连接如下表示：

LAN8720引脚	STM32F429引脚
ETH_MDIO	PA2
ETH_MDC	PC1
RMII_TXD0	PG13
RMII_TXD1	PG14
RMII_TX_EN	PB11
RMII_RXD0	PC4
RMII_RXD1	PC5
RMII_CRS_DV	PA7
RMII_REFCLK	PA1
ETH_RESET	PCF8574T_P7

2. PHY手册分析

LAN8720是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准。LAN8720支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，支持10Mbps和100Mbps。LAN8720可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式)。支持HP Auto-MDIX自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。

LAN8720功能框图如下图示
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LAN8720的配置及使用详见LAN8720数据手册，下面简单介绍几种常用功能设置

中断管理：当中断事件发生且相应事件的中断位使能，LAN8720就会在nINT(14脚)产生一个低电平有效的中断信号。提供主中断和复用中断两种模式
PHY地址设置：MAC层通过SMI总线对PHY进行读写操作，LAN8720通过设置RXER/PHYAD0引脚来设置PHY地址，芯片内部自带下拉电阻，当硬复位结束后，LAN8720会读取该引脚电平，作为器件的SMI地址；若该引脚接下拉电阻时（浮空也可，因为内部自带下拉电阻），SMI地址为0；若该引脚接上拉电阻，SMI地址为1；这里采用的是引脚浮空，即设置LAN8720地址为0
nINT/REFCLKO配置：nINTSEL(2脚)用于设置nINT/REFCLKO(14脚)引脚的功能
内部寄存器：BCR/BSR/PHY等寄存器

3. 以太网及其他外设初始化

RCC设置外接HSE，时钟设置为180M

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使能USART1，选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
PB0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
使能SWD接口，激活ST-LINK的SW调试模式

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配置IO扩展PCF8574芯片，PCF8574与STM32F429的I2C2口（PH4/PH5）相连接；使能I2C2,默认设置

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激活ETH的RMII模式，设置PHY Address为0，Rx Mode设置为中断模式，其余默认设置；设置user PHY，PHY name改为LAN8720A，其余默认设置

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配置ETH GPIO，根据原理图更改相应的IO口（此处PB12/PB13改为PG13/PG14）

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4. FreeRTOS配置

激活FreeRTOS，使用默认任务，分配堆栈为1024个字

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使用FreeRTOS操作系统，一定要将HAL库的Timebase Source从SysTick改为其他定时器，选好定时器后，系统会自动配置TIM

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5. LWIP配置

使能LWIP，禁止DHCP服务，配置网卡IP地址信息；其余默认设置

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生成工程后，在KEIL里编写相关程序

创建IO扩展驱动文件pcf8574.c和头文件pcf8574.h

/*初始化PCF8574*/
uint8_t PCF8574_Init(void){uint8_t temp=0;uint8_t data = 0xf0;    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,PCF8574_ADDR,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);if(HAL_OK == HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,PCF8574_ADDR|0x01,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff)){printf("TEMP = %x!\r\n",temp);}return temp;
}/*读取PCF8574的8位IO值；返回读到的数据*/
uint8_t PCF8574_ReadOneByte(void){				  uint8_t temp=0;		  	    																 HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,PCF8574_ADDR|0x01,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);    return temp;
}/*向PCF8574写入8位IO值；DataToWrite为要写入的数据*/
void PCF8574_WriteOneByte(uint8_t DataToWrite){HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,PCF8574_ADDR,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&DataToWrite,1,0xff);
}/*设置PCF8574某个IO的高低电平*/
//bit:要设置的IO编号，0~7
//sta:IO的状态，0或1
void PCF8574_WriteBit(uint8_t bit,uint8_t sta){uint8_t data;data=PCF8574_ReadOneByte(); //先读出原来的数据if(sta==0)data&=~(1<<bit);     else data|=1<<bit;PCF8574_WriteOneByte(data); //写入新的数据
}/*读取PCF8574某个IO的值*/
//bit:要设置的IO编号，0~7
//返回值:IO的值，0或1
uint8_t PCF8574_ReadBit(uint8_t bit){uint8_t data;data=PCF8574_ReadOneByte(); //先读取8位IO的值 if(data&(1<<bit))return 1;else return 0;   
}

在ethernetif.c文件中的low_level_init()函数中添加PCF8574复位代码

  /* USER CODE BEGIN MACADDRESS */PCF8574_WriteBit(ETH_RESET_IO,1);HAL_Delay(50);PCF8574_WriteBit(ETH_RESET_IO,0);HAL_Delay(50);/* USER CODE END MACADDRESS */

注意：STM32CubeMX生成的代码中有时并没有填充IP地址，在lwip.c文件中的MX_LWIP_Init()函数中将相应的IP地址信息填充进去（若已填充则忽略此步骤）

  /* IP addresses initialization */IP_ADDRESS[0] = 192;IP_ADDRESS[1] = 168;IP_ADDRESS[2] = 1;IP_ADDRESS[3] = 10;NETMASK_ADDRESS[0] = 255;NETMASK_ADDRESS[1] = 255;NETMASK_ADDRESS[2] = 255;NETMASK_ADDRESS[3] = 0;GATEWAY_ADDRESS[0] = 192;GATEWAY_ADDRESS[1] = 168;GATEWAY_ADDRESS[2] = 1;GATEWAY_ADDRESS[3] = 1;/* Initilialize the LwIP stack without RTOS */

在main.c文件中添加相应测试程序

int main(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_I2C2_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */PCF8574_Init();printf("ETH test\r\n");/* USER CODE END 2 *//* Call init function for freertos objects (in freertos.c) */MX_FREERTOS_Init(); /* Start scheduler */osKernelStart();while (1){}
}

在freertos.c文件中的默认任务里面添加代码

void StartDefaultTask(void const * argument){/* init code for LWIP */MX_LWIP_Init();/* USER CODE BEGIN StartDefaultTask *//* Infinite loop */for(;;){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_0);osDelay(100);}/* USER CODE END StartDefaultTask */
}