AVRNET 学习笔记UDP部分 (amobbs.com 阿莫电子技术论坛) -

xukai871105 发表于 2013-2-14 22:11:41

AVRNET 学习笔记UDP部分

本帖最后由 xukai871105 于 2013-2-14 22:16 编辑

1前言
   UDP协议全称为用户数据协议，是一种简单有效的运输协议。和以太网首部和IP首部相似，UDP首部也有自身的数据结构定义。从运输协议开始引入端口的概念，端口相当于一个应用程序的标识符。相对于TCP协议而言，UDP协议简单的多。本文将实现UDP协议，并通过几个简单的案例说明UDP的使用。
1.2 相关资料
ENC28J60学习笔记链接
http://www.amobbs.com/thread-5519381-1-1.html
AVRNET学习笔记 ETHERNET和ARP部分
http://www.amobbs.com/thread-5519452-1-1.html
AVRNET学习笔记 IP和ICMP部分
http://www.amobbs.com/thread-5519494-1-1.html
AVRNET项目(国外)
http://www.avrportal.com/?page=avrnet
AVR webserver项目(国外)
http://www.tuxgraphics.org/electronics/200611/article06111.shtml#0lfindex0
2 UDP部分实现
   UDP功能的实现可分为UDP首部填充，UDP缓冲区填充和UDP报文查询。UDP首部填充是一个按部就班的过程，即填充源端口，目标端口，长度和校验和。UDP缓冲区填充即往UDP负载部分逐个填充数据。UDP报文查询功能即匹配本机UDP端口号，并进行函数处理。为了实现这些功能，首先需要以下宏定义。需要注意的是以太网传输协议中数据被以大端的形式保存，即低地址存放了高字节。例如端口号的高字节存放在了0x22的位置，而端口号的低字节存放在了0x23的位置。// UDP默认端口号
#define UDP_AVR_PORT_V 3000
#define UDP_AVR_PORT_H_V(UDP_AVR_PORT_V>>8)
#define UDP_AVR_PORT_L_V(UDP_AVR_PORT_V&0xff)
// 源端口
#define UDP_SRC_PORT_H_P0x22
#define UDP_SRC_PORT_L_P0x23
// 目标端口
#define UDP_DST_PORT_H_P0x24
#define UDP_DST_PORT_L_P0x25
// UDP负载长度
#define UDP_LENGTH_H_P 0x26
#define UDP_LENGTH_L_P 0x27
// UDP校验和
#define UDP_CHECKSUM_H_P0x28
#define UDP_CHECKSUM_L_P0x29
// UDP负载起始地址
#define UDP_DATA_P    0x2A2.1 UDP首部填充
   UDP首部填充中需要明确UDP的端口号，AVRNET项目中通过常数宏定义实现
#define UDP_AVR_PORT_V 3000
#define UDP_AVR_PORT_H_V(UDP_AVR_PORT_V>>8)
#define UDP_AVR_PORT_L_V(UDP_AVR_PORT_V&0xff)
从这段代码中可以看出，AVRNET的UDP端口号为3000。void udp_generate_header ( BYTE *rxtx_buffer, WORD_BYTES dest_port, WORD_BYTES length )
{
WORD_BYTES ck;

// 默认端口号 3000
rxtx_buffer = UDP_AVR_PORT_H_V;
rxtx_buffer = UDP_AVR_PORT_L_V;

// 目标端口地址
rxtx_buffer = dest_port.byte.high;
rxtx_buffer = dest_port.byte.low;

// 负载长度
rxtx_buffer = length.byte.high;
rxtx_buffer = length.byte.low;

// 计算校验和
rxtx_buffer = 0;
rxtx_buffer = 0;
// length+8 for source/destination IP address length (8-bytes)
ck.word = software_checksum ( (BYTE*)&rxtx_buffer, length.word+8, length.word+IP_PROTO_UDP_V);
rxtx_buffer = ck.byte.high;
rxtx_buffer = ck.byte.low;
}2.2 UDP负载长度查询
   UDP首部中包含UDP长度的描述字节，长度占有两个字节并以大端格式保存，由于宏定义的提示作用，弱化了大端格式的影响。长度中也包括了UDP首部的长度，UDP首部的长度为固定的8字节。WORD udp_get_dlength( BYTE *rxtx_buffer )
{
WORD length = 0;
// 获得UDP长度
length = rxtx_buffer << 8 | rxtx_buffer;
// 去除首部长度
length = length - 8;

return length;
}2.3 UDP负载区填充
   UDP负载去填充即在UDP首部之后填充有用的数据。在这段真实负载之前包括了UDP首部，IP首部和以太网首部，分别占用了8字节，20字节和14字节。UDP负载的起始地址通过宏由UDP_DATA_P定义。对于AVR单片机的特点，为了尽一切可能节约内存使用率，在向负载区填充数据时用到了两个函数，udp_puts_data函数操作的是BYTE*类型的数据，而udp_puts_data_p操作的为PGM_P类型数据，即位于FLASH中的数据，需要通过pgm_read_byte取出。而其他类型的CPU，例如STM却没有该功能，则使用udp_puts_data即可。WORD udp_puts_data ( BYTE *rxtx_buffer, BYTE *data, WORD offset )
{
while( *data )
{
rxtx_buffer[ UDP_DATA_P + offset ] = *data++;
offset++;
}

return offset;
}
WORD udp_puts_data_p ( BYTE *rxtx_buffer, PGM_P data, WORD offset )
{
BYTE ch;

while( (ch = pgm_read_byte(data++)) )
{
rxtx_buffer[ UDP_DATA_P + offset ] = ch;
offset++;
}

return offset;
}2.4 UDP报文查询
   UDP报文的查询需要匹配接收数据包中的UDP端口号，若匹配成功则可对输入数据包进行处理，这些处理包括解析数据包的数据格式，分析出控制命令或查询命令。也可以通过udp_puts_data向发送缓冲区中填写响应数据。接着逐步生成以太网首部，IP首部和UDP首部，以太网首部中包含目标MAC地址，IP首部中包含目标IP地址，UDP首部中包含目标端口号。BYTE udp_receive ( BYTE *rxtx_buffer, BYTE *dest_mac, BYTE *dest_ip )
{
WORD dlength = 0;
// udp负载长度
WORD udp_loadlen = 0;

// 匹配UDP协议 UDP端口号
if ( rxtx_buffer != IP_PROTO_UDP_V || rxtx_buffer != UDP_AVR_PORT_H_V || rxtx_buffer[ UDP_DST_PORT_L_P ] != UDP_AVR_PORT_L_V )
return 0;

// 加入处理函数

// 生成以太网首部
eth_generate_header (rxtx_buffer, (WORD_BYTES){ETH_TYPE_IP_V}, dest_mac );
// 生成IP首部
ip_generate_header (rxtx_buffer, (WORD_BYTES){sizeof(IP_HEADER)+sizeof(UDP_HEADER)+dlength}, IP_PROTO_UDP_V, dest_ip );
// 生成UDP首部
udp_generate_header (rxtx_buffer, (WORD_BYTES){(rxtx_buffer<<8)|rxtx_buffer}, (WORD_BYTES){sizeof(UDP_HEADER)+dlength});
// 发送所有首部和UDP负载数据
enc28j60_packet_send ( rxtx_buffer, sizeof(ETH_HEADER)+sizeof(IP_HEADER)+sizeof(UDP_HEADER)+dlength );

return 1;
}3 实验
   实验部分主要是为了验证UDP协议，通过PC机上的网络调试软件开辟一个PC机的UDP端口，假定端口号为3001，IP地址为192.168.1.102；AVR的UDP默认端口号为3000，IP地址为192.168.1.105。
3.1 程序结构
   在运行UDP程序之前，需要运行ARP，IP和ICMP各部分，并保存发起发的MAC地址和IP地址。/* 获得新的IP报文 */
plen = enc28j60_packet_receive( (BYTE*)&rxtx_buffer, MAX_RXTX_BUFFER );
if(plen==0) return;

/* 保存客服端的MAC地址 */
memcpy ( (BYTE*)&client_mac, &rxtx_buffer[ ETH_SRC_MAC_P ], sizeof(MAC_ADDR) );
/* 检查该报文是不是ARP报文 */
if ( arp_packet_is_arp( rxtx_buffer, (WORD_BYTES){ARP_OPCODE_REQUEST_V} ) )
{
/* 向客户端返回ARP报文 */
arp_send_reply ( (BYTE*)&rxtx_buffer, (BYTE*)&client_mac );
return;
}

/* 保存客服端的IP地址 */
memcpy ( (BYTE*)&client_ip, &rxtx_buffer[ IP_SRC_IP_P ], sizeof(IP_ADDR) );
/* 检查该报文是否为IP报文 */
if ( ip_packet_is_ip ( (BYTE*)&rxtx_buffer ) == 0 )
{
return;
}

/* 如果是ICMP报文向发起方返回数据 */
if ( icmp_send_reply ( (BYTE*)&rxtx_buffer, (BYTE*)&client_mac, (BYTE*)&client_ip ) )
{
return;
}

// 进行UDP处理
   if (udp_receive ( (BYTE *)&rxtx_buffer, (BYTE *)&client_mac, (BYTE *)&client_ip ))
   {
      return;
   }3.2 源IP和源端口
   使用网路调试助手发送一个名称，例如UDP。在仿真环境中通过串口打印出发起方的IP地址和端口号，例如PC机的端口号设定为3001，PC机的IP地址为192.168.1.102。在udp_receive函数中需要判断UDP端口号和目标IP地址是否匹配，若匹配即可加入以下代码。首先获得UDP的负载长度，使用memcpy命令复制到udp_recbuf中，接着通过串口打印源IP地址，该参数位于IP首部，源端口号，该参数位于UDP首部中。// 获得UDP负载长度
udp_loadlen = udp_get_dlength(rxtx_buffer);

// 复制UDP负载
memcpy(udp_recbuf,(char*)&rxtx_buffer,udp_loadlen);

#ifdef UDP_DEBUG
printf("UDP Message!\n");
printf("Send Form:%d.%d.%d.%d ",\
      rxtx_buffer,rxtx_buffer,\
      rxtx_buffer,rxtx_buffer);
printf("Port:%d\n",(rxtx_buffer << 8) | rxtx_buffer);
printf("Reccive:%s\n",udp_recbuf);
#endif
图网络调试助手
网络调试助手使用时，先设定协议类型为UDP，并修改本机端口号改为3000，点击连接。然后修改目标主机的IP地址，改为AVR的IP地址，目标端口号改为3000.最后填入数据点击发送。

图 UDP 输出结果
可以看出，PC机先发送UDP命令之前先发送了一个ARP请求，找出AVR的MAC地址，接着发送UDP数据包。这个实验可以验证UDP接收数据包正确。
3.3 返回Hello UDP
   接着稍微修改一下上面的程序，接收到UDP数据包之后，在负载数据之前加入Hello字符，如果输入的为xukai871105，则返回Hello xukai871105。可以通过网络调试助手看到返回的结果。使用strcpy函数把Hello复制到udp_sendbuf数组中，接着使用strcat把udp_recbuf中的字符串连接到udp_sendbuf之后，最后调用udp_puts_date填充到发送缓冲区中，udp_puts_date的最后一个参数为缓冲区的起始字节，第一次填入时应使用0。 // 获得UDP负载长度
udp_loadlen = udp_get_dlength(rxtx_buffer);

// 复制UDP负载
memcpy(udp_recbuf,(char*)&rxtx_buffer,udp_loadlen);

#ifdef UDP_DEBUG
printf("UDP Message!\n");
printf("Send Form:%d.%d.%d.%d ",\
      rxtx_buffer,rxtx_buffer,\
      rxtx_buffer,rxtx_buffer);
printf("Port:%d\n",(rxtx_buffer << 8) | rxtx_buffer);
printf("Reccive:%s\n",udp_recbuf);
#endif

// 复制Hello
strcpy(udp_sendbuf,"Hello ");
// 连接数据
strcat(udp_sendbuf,udp_recbuf);
dlength = udp_puts_data ( rxtx_buffer,(BYTE*)udp_sendbuf, 0 );

图 UDP返回结果
   通过前面两个实验可以证明UDP的接收和发送工作正常。
3.4 LED控制
   验证了UDP的发送和接收，可以通过定义一组指令实现LED的控制。AVRNET项目中有两个LED指示灯，设计这样一组指令打开或关闭LED，例如
led1=1             打开LED1
led1=0             关闭LED1
led2=1             打开LED2
led2=0             关闭LED2
具体代码如下。通过memcmp比较UDP数据包的中前4个字符是否为led1，如果两个字符串相等，则进行led1的控制处理，在根据第5个字节（从0开始）判断操作是打开还是关闭。 // 获得UDP负载长度
udp_loadlen = udp_get_dlength(rxtx_buffer);

// 复制UDP负载
memcpy(udp_recbuf,(char*)&rxtx_buffer,udp_loadlen);

#ifdef UDP_DEBUG
printf("UDP Message!\n");
printf("Send Form:%d.%d.%d.%d ",\
      rxtx_buffer,rxtx_buffer,\
      rxtx_buffer,rxtx_buffer);
printf("Port:%d\n",(rxtx_buffer << 8) | rxtx_buffer);
printf("Reccive:%s\n",udp_recbuf);
#endif

// 命令解析led1=1
if( !memcmp((char*)&udp_recbuf,"led1",4) )
{
   // led1 = 1
   if( udp_recbuf == '1')
   {
   LED_PORT &= ~_BV ( LED_PIN1 );
   }
   else
   {
   LED_PORT |= _BV( LED_PIN1 );
   }
   dlength = udp_puts_data_p ( rxtx_buffer, PSTR("led1 command"), 0 );
}
图通过led=1命令控制LED点亮
4总结
   UDP是一个非常简答有效的协议。协议占用的Flash和RAM的空间较小，LED控制实例调试时占用的RAM空间为409字节，仅占用了AVRNET使用的ATmega32内存空间的20%。研究完UDP协议之后便可研究分析TCP协议，在熟悉的TCP协议的基础上才可实践HTTP制作WEB网页。使用嵌入式实践WEB服务器之前还需要练习静态网页动态网页的制作方法，熟悉HTTP请求格式等等工作。
最后附上工程代码！

xslff 发表于 2013-2-15 00:03:12

好人，高手，必须顶！

xukai871105 发表于 2013-2-15 13:50:54

xslff 发表于 2013-2-15 00:03 static/image/common/back.gif
好人，高手，必须顶！

只要有人顶，就继续写！下一个TCP！

php512 发表于 2013-2-15 13:51:50

楼主的帖子很全，努力研读

lhuan 发表于 2013-2-17 18:09:26

学习了 ----

NIC 发表于 2013-4-4 11:09:20

顶楼主，向楼主学习

wujin 发表于 2013-7-8 17:51:34

我想请问下伪首部好像没有看到 UDP校验不是要加伪首部吗下面贴上老外的那个校验函数我感觉似乎有伪首部但是感觉不是很明白

wujin 发表于 2013-7-8 17:51:49

uint16_t checksum(uint8_t *buf, uint16_t len,uint8_t type){
   // type 0=ip
   //    1=udp
   //    2=tcp
   uint32_t sum = 0;

   //if(type==0){
   //    // do not add anything
   //}
   if(type==1){
            sum+=IP_PROTO_UDP_V; // protocol udp
            // the length here is the length of udp (data+header len)
            // =length given to this function - (IP.scr+IP.dst length)
            sum+=len-8; // = real tcp len
   }
   if(type==2){
            sum+=IP_PROTO_TCP_V;
            // the length here is the length of tcp (data+header len)
            // =length given to this function - (IP.scr+IP.dst length)
            sum+=len-8; // = real tcp len
   }
   // build the sum of 16bit words
   while(len >1){
            sum += 0xFFFF & (((uint32_t)*buf<<8)|*(buf+1));
            buf+=2;
            len-=2;
   }
   // if there is a byte left then add it (padded with zero)
   if (len){
            sum += ((uint32_t)(0xFF & *buf))<<8;
   }
   // now calculate the sum over the bytes in the sum
   // until the result is only 16bit long
   while (sum>>16){
            sum = (sum & 0xFFFF)+(sum >> 16);
   }
   // build 1's complement:
   return( (uint16_t) sum ^ 0xFFFF);
}

xukai871105 发表于 2013-7-8 20:56:49

wujin 发表于 2013-7-8 17:51 static/image/common/back.gif
uint16_t checksum(uint8_t *buf, uint16_t len,uint8_t type){
// type 0=ip
// 1= ...

和校验的部分我并没有深究！以后有机会还是要详细看看的！

ranjiexu 发表于 2013-7-8 22:57:15

我也来顶一个，楼主继续写啊

wujin 发表于 2013-7-9 11:36:56

xukai871105 发表于 2013-7-8 20:56 static/image/common/back.gif
和校验的部分我并没有深究！以后有机会还是要详细看看的！

sum+=IP_PROTO_UDP_V; // protocol udp
            // the length here is the length of udp (data+header len)
            // =length given to this function - (IP.scr+IP.dst length)
            sum+=len-8; // = real tcp len
应该是加进了伪首部这个 ip选项是没有的前面是源地址目的地址加上协议udp 17 加长度

xukai871105 发表于 2013-7-9 20:16:04

ranjiexu 发表于 2013-7-8 22:57 static/image/common/back.gif
我也来顶一个，楼主继续写啊

点我头像下面的主题数自然可以看到了！

wweiboou 发表于 2013-7-12 15:56:04

xukai871105 发表于 2013-7-9 20:16 static/image/common/back.gif
点我头像下面的主题数自然可以看到了！

楼主我把压缩包的程序下载回去后，发现通信不了，我用内振8M的，，用电脑ping和用一些udp发送的软件调试过，发觉老是没有收到IP包，IP地址和端口都正确的，求助

xukai871105 发表于 2013-7-12 16:22:17

wweiboou 发表于 2013-7-12 15:56 static/image/common/back.gif
楼主我把压缩包的程序下载回去后，发现通信不了，我用内振8M的，，用电脑ping和用一些udp发送的软件调试 ...

请问你是在目标板上运行的吗？由于我没有AVR的设备，所以我只能仿真调试了！
请问，SPI端口等和硬件有关的设置调整了吗！

wweiboou 发表于 2013-7-12 16:41:34

xukai871105 发表于 2013-7-12 16:22 static/image/common/back.gif
请问你是在目标板上运行的吗？由于我没有AVR的设备，所以我只能仿真调试了！
请问，SPI端口等和硬件有关 ...

感谢你的回复我硬件上面的SPI接口已经按照程序上面接了

wweiboou 发表于 2013-7-12 17:11:26

wweiboou 发表于 2013-7-12 16:41 static/image/common/back.gif
感谢你的回复我硬件上面的SPI接口已经按照程序上面接了

漏了说，但还是不行的求助求助楼主

xukai871105 发表于 2013-7-12 21:08:39

wweiboou 发表于 2013-7-12 17:11 static/image/common/back.gif
漏了说，但还是不行的求助求助楼主

你能把调试环境描述的更清楚一些吗！
例如本地IP地址，ENC28J60供电情况等，越清楚越好！

wolyond 发表于 2013-8-15 17:22:10

WORD udp_get_dlength( BYTE *rxtx_buffer )
{
WORD length = 0;
// 获得UDP长度
length = rxtx_buffer << 8 | rxtx_buffer;
// 去除首部长度
length = length - 8;

return length;
}
修正楼主一个小语法错误， length = rxtx_buffer << 8 | rxtx_buffer;应该改成 length = (WORD )rxtx_buffer << 8 | rxtx_buffer;否则如果数据量大于256会出错的。

wolyond 发表于 2013-8-15 17:22:50

xukai871105 发表于 2013-8-15 20:06:30

wolyond 发表于 2013-8-15 17:22 static/image/common/back.gif
WORD udp_get_dlength( BYTE *rxtx_buffer )
{
WORD length = 0;

明白，任何细节问题都不能放过！

macaroni 发表于 2013-8-16 08:35:57

mark{:smile:}{:smile:}{:smile:}{:smile:}

enovo2468 发表于 2013-10-5 13:48:45

我想问下，这句话怎样理解？
if( memcmp((char*)&udp_recbuf,"led1",4)==0 )

xukai871105 发表于 2013-10-5 13:51:38

enovo2468 发表于 2013-10-5 13:48 static/image/common/back.gif
我想问下，这句话怎样理解？
if( memcmp((char*)&udp_recbuf,"led1",4)==0 )

比较UDP负载中的数据是不是以 led1开头
你可以查看一下memcmp函数的作用，一看就明白！

enovo2468 发表于 2013-10-5 15:05:13

xukai871105 发表于 2013-10-5 13:51 static/image/common/back.gif
比较UDP负载中的数据是不是以 led1开头
你可以查看一下memcmp函数的作用，一看就明白！ ...

知道了，比较ascII码值的{:smile:}

enovo2468 发表于 2013-10-5 22:39:50

算了一晚上，校验和就是不对，唉不算了，能用就OK{:lol:}

enovo2468 发表于 2013-10-6 18:06:05

校验和算出来了
源IP 目的IP 源端口目的端口UDP长度校验和0x0000 数据=A

A右移16位 +A=B

校验和=B取反{:lol:}

enovo2468 发表于 2013-10-6 18:48:20

enovo2468 发表于 2013-10-6 18:06 static/image/common/back.gif
校验和算出来了
源IP 目的IP 源端口目的端口UDP长度校验和0x0000 数据=A

漏了两个IP后边还要+UDP协议和 UDP长度

滴答滴答下雨啦 发表于 2013-10-12 20:03:55

先收藏了以后学习,谢谢楼主分享！

fengtianzhifeng 发表于 2013-11-13 15:21:57

终于找到了UDP全面的解释了~谢谢~正在调试UDP，直接看别人的代码有点摸不着头脑~继续关注中

pursuer99 发表于 2013-11-15 14:15:21

比较好的资料，正在学习中

swustlx 发表于 2013-12-18 13:03:28

好人啊支持一个

xukai871105 发表于 2013-12-18 22:06:40

swustlx 发表于 2013-12-18 13:03
好人啊支持一个

我再接再励！

luvemcu 发表于 2013-12-20 18:41:18

mark a mark

叶子飞翔 发表于 2013-12-22 15:18:48

楼主，你好啊，我是使用stm32+enc28j60移植uip协议实现以太网功能，我直接使用网线将enc28j60和pc机相连，程序是原子库函数版本的，我把电脑上的ip地址设置为静态的，ip为192.168.1.103，32板的iP设置为192.168.1.16，进行ping 192.168.1.16，ping不通，这是为什么呢，还是说要通过路由进行呢

xukai871105 发表于 2013-12-23 12:18:05

叶子飞翔发表于 2013-12-22 15:18
楼主，你好啊，我是使用stm32+enc28j60移植uip协议实现以太网功能，我直接使用网线将enc28j60和pc机相连， ...

你好，本周六的时候我还测试了这个代码和PC机直连，是否可以通信成功，结果是成功的。

我没有使用阅读过原子uIP部分的代码，所以我不能确定你是什么原因导致失败的！

不过我最近遇到过一次ENC28J60硬件损坏的情况！

叶子飞翔 发表于 2013-12-24 11:46:56

xukai871105 发表于 2013-12-23 12:18
你好，本周六的时候我还测试了这个代码和PC机直连，是否可以通信成功，结果是成功的。

我没有使用阅读过 ...

谢谢楼主回答，我enc28j60是可以初始化成功的，硬件方面应该是没有问题的。我想问下楼主，你电脑上的ip地址是设置为静态的吗

xukai871105 发表于 2013-12-25 09:22:18

叶子飞翔发表于 2013-12-24 11:46
谢谢楼主回答，我enc28j60是可以初始化成功的，硬件方面应该是没有问题的。我想问下楼主，你电脑上的ip地 ...

直连的时候我设置的为静态，接到路由器上的话，DHCP有路由器分配！

叶子飞翔 发表于 2013-12-25 10:11:01

xukai871105 发表于 2013-12-25 09:22
直连的时候我设置的为静态，接到路由器上的话，DHCP有路由器分配！

那请问下楼主如果ping不通是程序导致的问题，一般是哪些地方有问题呢，这样我就可以单步调试和在线仿真下看看到底哪里出问题了

DouglasXie 发表于 2014-1-10 16:27:28

MARK，学习中，谢谢分享

chenqinghua152 发表于 2014-11-1 16:54:49

非常好！！！

songjie 发表于 2015-2-5 10:27:18

先看看 UDP的格式帧再看此贴。感谢LZ的贡献~

songjie 发表于 2015-2-5 14:08:22

xukai871105 发表于 2013-2-15 13:50
只要有人顶，就继续写！下一个TCP！

Lz 帮你提供个我自己画的图！

s20120907 发表于 2015-10-14 22:46:44

failed to initialize winpcap drives 仿真时出现这个错误提示什么意思

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