转载 基于NicheStack协议栈的TCP/IP实现

一、摘要

　　Altera软件NIOS II高版本（7.2版本以上，本例程中使用的是9.0版本）中实现TCP/IP所用的协议栈为NicheStack，常用的例程有2个，web_server和simple_socket_server，这篇文章只叙述simple_socket_server例程实现的过程。这里DM9000A的驱动和上篇博文中基于LWIP的驱动不同。

二、实验平台

软件平台：Quartus II 9.0 + Nios II 9.0

硬件平台：DIY_DE2

三、实验内容——>实现simple_socket_server

1、采用SOPC定制软核

定制软核的详细步骤不再赘述，以上为定制的软核。

cpu_0需要设置的地方：

Reset Vector：cfi_flash_0、

Exception Vector：sram_16bit_512k_0

必须要添加sys_timer_0，供uC/OS系统所使用

第二个标签页：Data Master处，Data Cache设置为None

之后分配地址，分配中断号，生成即可。

2、硬件电路

采用原理图的形式，创建顶层文件。

（1）添加生成的软核；

（2）调用锁相环IP核；

（3）连线、分配管脚；

（4）编译、综合，生成配置文件。

最后原理图如下图所示。

需要注意的问题：

（1）软核程序在SDRAM里面运行，为了使软核的速度提升，因此SDRAM的频率和cpu的频率都设置为100M。cpu时钟clk_100和sdram操作时钟clk_50都接PLL的c0，100M，无相位偏移；SDRAM的时钟管脚SDRAM_CLK连接PLL的c1，100M，偏移-3ns。

（2）DM9000A的时钟管脚接50M，直接连接晶振的输入端即可。

（3）复位管脚接高电平VCC即可。

（4）CFI_FLASH的复位管脚FLASH_RESET接高电平VCC即可。

3、软件方面

（1）打开NIOS II，新建工程，调用simple_socket_server工程模板。

（2）添加DM9000A驱动：dm9000a.h和dm9000a.c，将上述两个文件复制到上步建立的工程文件夹下。

（3）打开network_utilities.c文件，将附录代码覆盖原始代码，这里采用的是使用静态IP的方法（IP的值将在后面给出说明），并且赋给MAC值。

（4）打开iniche_init.c文件，

添加头文件#include"dm9000a.h"，

添加DM9000A接口语句DM9000A_INSTANCE(DM9000A_0, dm9000a_0);

在函数void SSSInitialTask(void *task_data)中，

添加DM9000A的初始化语句DM9000A_INIT(DM9000A_0, dm9000a_0);

（5）编译、下载、运行，之前要先将.sof的配置文件下载到FPGA内。在DOS下输入ping命令：ping 192.168.2.1，如下图所示，则可以正常ping通。

再输入telnet命令：telnet 192.168.2.1，则得到如下图所示：

在PC键盘输入0-7数字，则DIY_DE2上的8个LED就会相应的亮或者灭。至此，说明，telnet正常。

4、工程文件解读

（1）alt_error_handler.h、alt_error_handler.c：错误类型句柄文件；

（2）dm9000a_regs.h、dm9000a.h、dm9000a.c：DM9000A的驱动；

（3）network_utilities.h、network_utilities.c：设置IP，设置MAC；

（4）simple_socket_server.h、simple_socket_server.c：工程的主体程序，包括任务调度优先级、缺省IP设置、套接字、各种任务调度等等工作；

（5）led.c：LED、七段数码管显示程序；

（6）iniche_init.c：程序主函数。

四、实验结果分析

NIOS II运行结果：

稍过2分钟后，得到如下结果：

　　实验现象，程序一开始运行，先赋给静态IP，这时候ping能够跑通，但telnet却不能跑通。稍过2分钟之后（这个默认时间在LWIP协议栈实现的时候可以调整，但在NicheStack协议栈中不能调整，至少在工程文件里是这样），出现上面第二幅结果图的时候，能够ping正常，telnet正常。

　　分析可得，虽赋予静态IP，但是系统仍是先通过DHCP获取IP，获取超时，使用缺省IP，缺省IP的设置在simple_socket_server.h中。而真正能够ping正常，telnet正常的却是事先赋予的静态IP。

注：取消DHCP的方法同上一篇博文。

五、实验的几点说明

1、IP值设置：

　　因为是采用局域网通信，所以要将PC和DIY_DE2的IP的前3位设置为相同，最后一位不同。

2、MAC值设置：

　　直接采用程序设定即可，或者是将MAC值存储在FLASH中，上电读取即可。本例采用的是前一种方法。

3、端口设定：

　　telnet的时候，需要侦听端口，当侦听的端口号和DIY_DE2中设定的相同的时候，才能正常通信。方法：telnet 192.168.2.1时，会有一个专用的端口23，将DIY_DE2中设定的端口号改为23即可（在文件simple_socket_server.h中#define SSS_PORT 23）。

4、关于这个例程在NIOS II方面：

　　关于Software Components这个按钮下Lightweight TCP/IP Stack下选项为灰色的原因，其实这个不必理他。这一点也得到了友晶科技的证实。如果用LAN91c111这个网卡，上述位置的选项则可以正常使用，这说明NIOS II软件只认SOPC中原装的器件。

附录：

network_utilities.c文件

#include <alt_types.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/alt_flash.h>
#include "includes.h"
#include "io.h"
#include "simple_socket_server.h"

#include <alt_iniche_dev.h>

#include "ipport.h"
#include "tcpport.h"
#include "network_utilities.h"

#define IP4_ADDR(ipaddr, a,b,c,d) ipaddr = \
    htonl((((alt_u32)(a & 0xff) << 24) | ((alt_u32)(b & 0xff) << 16) | \
          ((alt_u32)(c & 0xff) << 8) | (alt_u32)(d & 0xff)))

/*
* get_mac_addr
*
* Read the MAC address in a board specific way
*
*/
static unsigned char macaddr[6] = { 0x00, 0x07, 0xed, 0xff, 0x06, 0x00 };

int get_mac_addr(NET net, unsigned char mac_addr[6])
{
  int rv = -1;

  /* first 3 bytes are altera's vendor id */
  /* last 3 bytes are picked from serial number sticker */
  mac_addr[0] = macaddr[0];
  mac_addr[1] = macaddr[1];
  mac_addr[2] = macaddr[2];
  mac_addr[3] = macaddr[3];
  mac_addr[4] = macaddr[4];
  mac_addr[5] = macaddr[5];

  /* return the mac address in the array */
  rv = 0;

  return rv;
}

/*
 * get_ip_addr()
 *
 * This routine is called by InterNiche to obtain an IP address for the
 * specified network adapter. Like the MAC address, obtaining an IP address is
 * very system-dependant and therefore this function is exported for the
 * developer to control.
 *
 * In our system, we are either attempting DHCP auto-negotiation of IP address,
 * or we are setting our own static IP, Gateway, and Subnet Mask addresses our
 * self. This routine is where that happens.
 */
int get_ip_addr(alt_iniche_dev *p_dev,
                ip_addr* ipaddr,
                ip_addr* netmask,
                ip_addr* gw,
                int* use_dhcp)
{

    IP4_ADDR(*ipaddr, 192, 168, 2, 1);
    IP4_ADDR(*gw, 192, 168, 2, 1);
    IP4_ADDR(*netmask, 255, 255, 255, 0);

#ifdef DHCP_CLIENT
    *use_dhcp = 1;
#else /* not DHCP_CLIENT */
    *use_dhcp = 0;

    printf("Static IP Address is %d.%d.%d.%d\n",
        ip4_addr1(*ipaddr),
        ip4_addr2(*ipaddr),
        ip4_addr3(*ipaddr),
        ip4_addr4(*ipaddr));
#endif /* not DHCP_CLIENT */

    /* Non-standard API: return 1 for success */
    return 1;
}