W7100A單片機的MACRAW模式及簡單的ARP應用

這篇文檔將會介紹如何使用W7100A中實現MACRAW。MACRAW是一個低於IP層的以太網MAC通信，它能夠靈活使用目的主機的上層協議。W7100A是全硬件的TCP/IP協議棧芯片，它不僅包括OSI的4層，還包括4層之外的應用層。因此，W7100A能夠簡單且穩定地應用於嵌入式互聯網中。

 

在第一章簡單介紹下MACRAW模式，第二章介紹MACRAW SOCKET，第三章則是ARP(地址解析協議)。希望對大家有所幫助。

 

 

1. 簡介

MACRAW是一個低於IP層的以太網MAC通信，它能夠靈活使用目的主機的上層協議。圖1顯示了通過協議棧的數據封裝形式。W7100A是全硬件的TCP/IP協議棧芯片，它不僅包括OSI的4層，還包括4層之外的應用層。因此，W7100A能夠簡單且穩定地應用於嵌入式互聯網中。如果在鏈路層需要進行數據處理，可以使用MACRAW模式下的軟件TCP/IP協議來完成。

MACRAW模式支持鏈路層的地址解析協議(ARP)。在W7100A中，ARP請求和回復都已經通過硬件邏輯進行了處理。儘管如此，它仍然可以在MACRAW模式下打開SOCKET0 (第0個  socket)(MACRAW模式下只能使用SOCKET0)。利用該SOCKET0，用戶便能夠處理軟件TCP/IP協議棧指定的協議，例如ARP等。本文主要介紹W7100A單片機的MACRAW模式以及簡單的

ARP應用。

 

<圖1>通過協議棧的數據封裝形式

2.  MACRAW SOCKET

MACRAW模式下的通信只支持SOCKET0，但是此時SOCKET1~7也能同時工作於硬件

TCP/IP協議棧下。SOCKET0作為NIC(網絡接口控制器)使用，這樣便可實現軟件TCP/IP協議棧。這就是W7100A單片機的混合TCP/IP協議棧：支持硬件TCP/IP和軟件TCP/IP協議棧。對於普通的數據傳輸，軟件TCP/IP能夠通過MACRAW模式進行處理。MACRAW模式下的SOCKET0能夠處理除了SOCKET1~7需要使用的協議之外的其它所有協議。由於MACRAW是處理純以太網數據包的通信方法，這就要求工程師具備軟件TCP/IP協議棧的知識背景。

圖2顯示了MACRAW的數據格式。MACRAW數據由兩個字節的PACKET-INF0以及數據包組成。PACKET-INFO包含數據包的字節大小，而數據包又包括6字節的目的MAC地址、6字節的源MAC地址、2字節的類型(Type)以及46~1500字節的有效載荷(payload)。其中有效載荷

(payload)具有和ARP或者IP相似的互聯網協議。具體的詳細信息，請參考：

http://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers.

<圖2>MACRAW的數據格式

2.1  打開（OPEN）

將SOCKET號設置為‘0’之後，在MACRAW模式下通過調用socket()函數打開SOCKET，之後等待直到Sn_SR寄存器的值變成SOCK_MACRAW(0x42)。Sn_SR再次調用getSn_SR()函數來查看其狀態。當Sn_SR的狀態變成SOCK_MACRAW時，表示SOCKET打開(OPEN)過程完成。

/*設置協議號  */ s = 0; // 只可使用SOCKET0. /*打開MACRAW模式下的SOCKET0*/ socket(s,Sn_MR_MACRAW,port,mode); while(getSn_SR(s)  != SOCK_MACRAW);

例2.1打開(OPEN)Socket

2.2   發送（SEND）

通過sento()函數將data_buf發送到目的地址(add)。如果主機發送的數據長度小於60字節，在實際發送以太網數據包時會利用內部的“0填充”將數據填充到60字節。

/*向指定的目的端發送Ping請求*/ //max_size_tx_buf的值必須小於TX緩存器的最大存儲空間 *  data_buf[max_size_tx_buf] = (uint8 *)0x7000;//設定數據緩存器的位置 sendto(s,(uint8  *)&data_buf,sizeof(data_buf),addr,port)

例2.2發送(SEND) 數據

2.3  接收（RECEIVE）

通過recvfrom()函數接收發送給目的地址(add)的data_buf。SOCKET仍然是在MACRAW模式下打開的，並且使用指定的端口。

/* 檢測接收到的數據*/ //rlen表示RX緩存器中接收到的數據大小 //rlen的值必須小於RX緩存器的最大存儲空間 if ( (rlen =  getSn_RX_RSR(s) ) > 0) /* 接收到的數據 */ //len包括PACKET-INFO以及DATA數據包的長度 len = (recvfrom(s, (uint8 *)data_buf,rlen,addr,&port);

例2.3接收(RECEIVE) 數據

2.4  關閉（CLOSE）

如果不再使用IPRAW SOCKETn，通過調用close()函數來關閉SOCKETn。

3.  ARP (地址解析協議)

    ARP是查找存在於網絡中的節點地址，同時將數據從源節點發送給目的節點的過程，發送的這些數據含有目標以太網的地址。目的節點接收到的信息可以使源節點唯一地識別請求的網絡系統，進而提供需要的地址。當源節點接收到來自目的端的響應時，表示地址解析過程完成，該響應包含請求的地址。為了減少ARP請求的次數，以太網地址會保存在NIC中一段時間。需要注意的是，W7100A只能保存一個以太網地址，所以在每次建立連接時都需要ARP發送請求。表4顯示了ARP信息格式。

表3.1 ARP信息格式

3.1  ARP實現

W7100A的ARP過程是通過硬件邏輯方式執行的。在W7100A初始化完成後，ARP自動執行。如果ARP應用是由軟件棧設計或者需要其他鏈路層的協議時，W7100A用戶必須直接處理RAW數據。需要注意的是，如果SOCKET0是在MACRAW模式下創建的，那麼硬件化的ARP邏輯操作就不能執行。為了能夠更簡單的定義ARP信息，見表3.1.1所示的ARPMSG結構定義。

#define  ARP_TYPE         0x0806 #define  ARP_TYPE_HI           0x08 #define  ARP_TYPE_LO     0x06 #define  ETHER_TYPE     0x0001 #define  PRO_TYPE        0x0800 #define  HW_SIZE               6 #define  PRO_SIZE          4 #define ARP_REQUEST          0x0001 #define  ARP_REPLY       0x0002   typedefstruct  _ARPMSG { uint8   dst_mac[6];   //  ff.ff.ff.ff.ff.ff uint8   src_mac[6];   uint16 msg_type;   // ARP (0x0806) uint16 hw_type;      // Ethernet (0x0001) uint16 pro_type;      // IP (0x0800) uint8   hw_size;       // 6 uint8   pro_size;      // 4 uint16 opcode; //要求(request) (0x0001), 回復(reply)(0x0002) uint8   sender_mac[6];    uint8   sender_ip[4];             uint8   tgt_mac[6];   //  00.00.00.00.00.00 uint8   tgt_ip[4]; uint8   trailer[18];    // 全部是0 }ARPMSG;

表3.1.1ARP信息結構

ARP應用程序可以設計成與W7100A驅動程序的Socket API中與UDP相關的應用程序接口（API）。表3.1.2為Socket API函數。

表3.1.2Socket API函數

通過設定目標IP地址、端口號等等，可以實現ARP應用接收來自指定目的端的ARP回復。

void arp(SOCKETs, uint16 Port, uint8 SrcIp, uint8 SrcMac, uint8 TgtIp)

表3.1.3ARP函數

void send_request(SOCKET s, uint16 port, uint8 *SrcIp,uint8 *SrcMac, uint8 *TgtIp)

表3.1.4send_request函數

 

void send_reply(SOCKET s, uint16 port, uint8 *SrcMac)

表3.1.5send_reply函數

圖3.1.1-2所示為簡單的ARP應用流程圖。ARP的請求和回復都是通過3.1節中所提到的函數來執行並且完成的。

o    調用ARP函數

要執行ARP函數，需要知道目標IP地址、源IP地址以及源MAC地址等參數。在設置ARP應用參數和網絡配置完成後，才可以執行ARP函數。ARP函數先在MACRAW模式下創建SOCKET0，然後根據第n-1個SOCKET狀態寄存器(Sn_SR)的狀態執行命令。例3.1.2所示為ARP函數的執行過程。

/* arp.c */ switch(getSn_SR(s)) { case  SOCK_CLOSED: close(s);                        // 關閉SOCEKT socket(s,Sn_MR_MACRAW,aPort,0);//在MACRAW模式下打開SOCKET break;   case  SOCK_MACRAW: send_request () ;//處理ARP請求 recv_reply();//處理ARP回復 break; default:            break; }

例3.1.2處理ARP函數

  ARP請求的處理過程

ARP請求處理進程是創建並且向目的端發送數據包的過程。Ping請求的處理過程如例3.1.3所示。當在設定數據包時，需要定義MAC地址、類型、目的（目標）端的有效載荷(Payload)、源端（發送端）的有效載荷(Payload)。在數據包的校驗和(checksum)計算完成之後，才能夠利用sendto()函數將ARP信息發送到廣播地址。

/* arp.c */ uint32 tip =  0xFFFFFFFF; uint16 i =0; for( i=0;  i<6 ; i++) { pARPMSG.dst_mac[i]  = 0xFF;//BROADCAST_MAC[i]; pARPMSG.src_mac[i]  = SrcMac[i];//BROADCAST_MAC[i]; pARPMSG.sender_mac[i]  = SrcMac[i];//SOURCE_MAC[i]; pARPMSG.tgt_mac[i]  = 0; } pARPMSG.msg_type = htons(ARP_TYPE); pARPMSG.hw_type   = htons(ETHER_TYPE); pARPMSG.pro_type  = htons(PRO_TYPE);   // IP   (0x0800) pARPMSG.hw_size   =  HW_SIZE;          // 6 pARPMSG.pro_size   = PRO_SIZE;          // 4 pARPMSG.opcode    =  htons(ARP_REQUEST); //要求(request) (0x0001), 回復(reply)(0x0002) for( i=0;  i<4 ; i++) { pARPMSG.sender_ip[i]  = SrcIp[i];//SOURCE_IP[i]; pARPMSG.tgt_ip[i]  = TgtIp[i];//TAGET_IP[i]; } sendto(s,(uint8*)&pARPMSG,sizeof(pARPMSG),(uint8  *)&tip,port)

例3.1.3ARP請求的處理過程

   ARP回復的處理過程

例3.1.4所示為ARP回復的處理過程，該過程是通過在MACRAW模式下創建好的SOCKET0調用RECEVFROM()函數來接收RAW數據。如果接收的RAW數據類型和OPCODE分別為

ARP_TYPE(0x0806)和ARP Reply(0x02),將會顯示ARP信息。

 

/* arp.c */ /*接收來自對端的數據*/ len  = recvfrom(s,(uint8 *)data_buf,rlen,mac_destip,&mac_destport); /*檢測TYPE 0x0806 */ if(  data_buf[12]==ARP_TYPE_HI && data_buf[13]==ARP_TYPE_LO ){ /*檢測ARP REPLY */ if(  ((aARPMSG->opcode) == ARP_REPLY  ) {   }else{      未知信息 } }

例 3.1.4ARP請求的處理過程

 

 

3.2  APR應用演示

在下載完成ARP應用的二進制文件後，按照下面的順序來確認iMCUW7100API中的數據包能夠實現ARP。（詳細的信息，請參考iMCUW7100 ISP用戶指南和iMCUW7100調試程序用戶指南）

 

1.    確認測試環境

o   利用UTP線直接連接PC測試機和iMCUW7100API

o   利用串口線直接連接PC測試機和iMCUW7100API

o   將5V電源適配器連接到PC測試機

2.    按照下面的流程確認PC測試機的網絡信息

o   源IP地址 : 192.168.0.2(取決於用戶的PC測試機)

o    網關IP地址 : 192.168.0.1

o    子網掩碼:255.255.255.0

3．在執行完串行終端機程序（超級終端機）後，如下進行性能設置：

表3.2設置串行終端機程序

4. 打開iMCUW7100API的電源開關

– 在上電後確認iMCUW7100API的電源指示燈LED（D13）

 

圖3.2所示的為ARP應用的執行結果。結果顯示了W7100A(本地主機)的網絡信息以及來自目的端主機的ARP回復。

<圖3.2>ARP應用的執行結果

本篇文檔介紹完畢，明天繼續新的內容，多謝關注！ 

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