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uIP 嵌入式 Web 服务器演示
使用 FreeRTOS SAM7X ARM 移植
[嵌入式以太网示例]



Studio Cadrage
本页描述了 FreeRTOS SAM7X 嵌入式以太网 TCP/IP 示例应用程序。 该演示使用 FreeRTOS IAR SAM7 ARM 移植和 Adam Dunkels 开源 uIP 堆栈，在 AT91SAM7X-EK 开发板上创建嵌入式 Web 服务器 （如果您想使用其他开发板，我们也提供了相关说明 ）。 还提供了一个替代项目，用于演示如何使用 GCC 编译器 来使用功能更丰富的 LWIP TCP/IP 堆栈。

自此演示创建以来，FreeRTOS 已对 uIP 堆栈做出一些修改。 请参阅嵌入式以太网示例列表页面，获取更多详细信息。

此演示：

  • 完全由开源软件组成。
  • 包括用于 SAM7X 集成 EMAC （以太网媒体访问控制器）外围设备的基本驱动程序。
  • 演示 uIP 与 FreeRTOS 的集成。
  • 演示使用简单的 CGI 脚本语言（由 Adam Dunkels 编写）创建动态数据。
  • 除 Web 服务器任务和闲置任务之外，还创建了 31 个标准演示任务。
uIP TCP/IP 堆栈与 FreeRTOS 分开授权。 用户必须熟悉 uIP 许可。

注意：如果项目构建失败，可能是使用的 IAR 嵌入式工作台版本过低。 如果构建失败， 那么也可能是项目文件（在无提示的情况下）已经损坏，因此需要 将其恢复至初始状态，然后才能使用新版本的 IAR 构建项目。

重要提示！SAM7X Web 服务器演示使用说明

使用此 RTOS 移植之前，请阅读以下所有要点。

  1. 源代码组织
  2. 演示应用程序
  3. 配置和使用详情
另请参阅常见问题：我的应用程序未运行，问题可能出在哪里？

源代码组织

FreeRTOS 下载文件包含所有 FreeRTOS 移植的源代码，因此包含的文件多于此演示使用的文件。 请参阅源代码组织部分，获取 下载文件的描述和有关创建新项目的信息。

此 SAM7X Web 服务器演示使用标准 FreeRTOS IAR SAM7 移植。 uIP IAR 演示项目工作区 rtosdemo.eww 位于 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7 目录中，应从 Embedded Workbench IDE 中打开。

Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/SrcIAR 和 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/resource 目录 包含 Atmel 库和构建环境的支持文件。

Adam Dunkels 的 uIP 代码位于 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/uIP 目录中。 演示使用的 HTML 文件 位于 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/uIP/fs 目录中。

最后，Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/EMAC 目录包含 EMAC 驱动程序。

演示应用程序

演示应用程序设置

直接使用点对点（交叉）电缆，或使用标准以太网电缆通过集线器或交换机， 将所选开发板连接到运行 Web 浏览器的计算机上。 点对点连接时，原型板应该也允许使用标准以太网电缆， 但我尚未测试此配置。

演示使用的 IP 地址由 文件 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/uIP/uipopts.h 中的常量 UIP_IPADDR0 to 到 UIP_IPADDR3 设置。 运行 Web 浏览器的计算机使用的 IP 地址必须和原型板使用的 IP 地址相兼容。 为此，可以将二者 IP 地址中的前三个八位元组设置成相同的值。 例如，如果运行 Web 浏览器的计算机所用 IP 地址是 192.168.100.1，那么原型板的 IP 地址可以使用 192.168.100.2 到 192.168.100.254 范围内的任何地址 （任何网络上的现有地址除外）。

演示使用的 MAC 地址由常量 UIP_ETHADDR0 至 UIP_ETHADDR5 进行设置，这些常量也位于 uipopts.h 中。 请务必确保所配置的 MAC 地址在原型板所连接的网络上具有唯一性。

Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/EMAC/SAM7_EMAC.c 包含定义 USE_RMII_INTERFACE。 必须针对硬件 进行适当设置。 将 USE_RMII_INTERFACE 设置为 1，可将 MAC 配置为在 RMII 模式下运行。 将 USE_RMII_INTERFACE 设置为 0， 可将 MAC 配置为在 MII 模式下运行。

演示应用程序使用原型板中内置的 LED，因此不需要其他硬件设置。


构建用于调试的演示应用程序

目前提供两种项目配置。 “Flash Debug”使用最小优化，可轻松与 J-Link JTAG 调试接口 一起使用。 “Flash Release”使用完全优化（减去静态群集）。

只需从 IAR Embedded Workbench IDE 中打开 rtosdemo.eww 工作区文件，务必选择 flash debug 配置 （见下图） ，然后在 IDE "Project" 菜单中选择 "Built Target"。

ewprojselect.jpg
选择 flash debug 配置


运行演示应用程序

IAR 移植无法使用 IAR 模拟器执行，因此必须在目标硬件上执行。

  1. 确保 J-Link JTAG 调试接口已连接，并且原型板已接通电源。
  2. 确保以太网电缆已按上文所述完成连接。
  3. 在 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Debug"。
  4. 嵌入式微控制器闪存将自动使用演示应用程序进行编程，并且调试器 会在重置的矢量处（地址 0）中断。 在 IDE 的 "Debug" 菜单中选择 "Go"， 以开始执行应用程序。


功能

演示应用程序可创建 33 个任务，主要包括标准演示应用程序任务 （请参阅演示应用程序部分，了解各个任务的详细信息）。 此外，还可创建一个 uIP 任务，用于实现嵌入式网络服务器、"Check"（检查）任务和空闲任务。

如果演示应用程序正确执行，其表现如下：

  • 目标硬件将向标准 Web 浏览器提供网页。 要连接到目标，请执行下列操作：

    1. 在连接的计算机上打开浏览器。
    2. 先在浏览器地址栏中输入 "HTTP://"，再输入目标 IP 地址。


      在浏览器中输入 IP 地址
      （当然，根据您的系统，使用正确的 IP 地址）

  • LED DS1、DS2 和 DS3 处于 "flash" （闪烁）任务的控制之下。 每个 LED 都将以恒定的频率闪烁，其中 LED DS1 速度最快，LED DS3 速度最慢。

  • 并非所有任务都会改变 LED，所以没有可见的指示来表明它们运行正常。 因此，系统创建了一个检查 (Check) 任务，用于确保所有其他任务中没有检测到任何错误。

    LED DS4 由 "Check" 任务控制。 每 3 秒， "Check" 任务就会检查将系统中的所有任务检查一次， 以确保任务执行无误。 然后会切换至 LED DS4。 如果 LED DS4 每 3 秒钟切换一次， 则说明没有检测到错误。 如果切换频率提高到 500 毫秒，则表示“检查”任务 至少发现了一处错误。

配置和用法详情

HTML 页面

HTML 页面被转换为内置在闪存映像中的 C 语言常量结构体。 这可以使用 Perl 脚本 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/uIP/makdefsdata 实现。 Perl 脚本需要 Linux，或者 我使用的 Cygwin shell。


CGI 脚本

提供的每个网页都包括一些动态数据，以展示 uIP CGI 脚本编写工具的使用。 有关更多信息， 请参阅 uIP 文档。

RTOS CGI 文件会生成一个表格，其中包含在演示中执行的每个任务的信息。 此表格可供演示， 但由于在其创建过程中必须长时间禁用中断， 因此不推荐用于具有严格实时要求的应用程序。


Web 服务器和 EMAC 操作

Web 服务器功能包含在文件 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/uIP_Task.c 中。

借助 EMAC DMA 操作，EMAC 外围设备与 Web 服务器任务之间的交互变得非常简单。 uIP 的单缓冲区内存管理 进一步简化了两者之间的交互。 LwIP 堆栈实现了更灵活（复杂）的内存管理方案， 因此， lwIP 演示应用程序包含更全面的 EMAC 驱动程序。

由 EMAC 接收的数据在 DMA 的控制下缓冲。 如果缓冲区可用于处理 EMAC 中断， 则会产生 EMAC 中断。 中断服务程序所做的只是通过信号量向 uIP 任务发出数据可用于处理的信号。 信号量立即解除对 uIP 任务的阻塞，该任务处理数据，并在必要时生成响应。

uIP 任务在信号量上阻塞（具有超时）。 因此，如果没有数据可用于处理，则 uIP 任务将定期解除阻塞， 以执行 TCP/IP 堆栈所需的定期处理。

EMAC 可用的接收缓冲区数量由文件 Demo/uIP_Demo_IAR_ARM7/SrcIAR/emac.h 中的常量 NB_RX_BUFFERS 设置。 每个接收缓冲区为 128 字节。

EMAC 可用的传输缓冲区数量由 emac.h 中的 constant NB_TX_BUFFERS 设置。 每个 传输缓冲区的大小等于 uIP 缓冲区的大小。

下载中包含的驱动程序使用 EMAC 的最基本配置。


EMAC 驱动器重入

由于 uIP 任务 是唯一访问 uIP 缓冲区的任务，因此此演示无需显式重入。 这与 lwIP 演示相反， 在 lwIP 演示中，通过在网络接口层面使用信号量显式地处理互斥。


性能

uIP 堆栈每次仅允许一个数据包处于未确认状态。 它会等待每个数据包单独完成确认 。 因此，通过将动态生成的数据作为一个大数据包而非多个小数据包传输， 可显著提高性能。 这可以通过源代码下载中的 CGI 脚本示例来演示。 用于生成任务表的 CGI 脚本将整张表放入一个数据包中传输，因此加载速度较快。 用于生成文件表和 TCP/IP 统计表的 CGI 脚本会单独传输各自表中的每行数据， 因此页面加载时间较长。


对 uIP 代码的修改

在 httpd.c 中的函数 next_scriptstate() 中对标准 uIP 源代码进行了唯一的修改。 变量 i 的类型 从 u8_t 更改为长整型，因此 CGI 脚本的最大行的长度可超过 255 个字节。


RTOS 配置

SAM7X 演示使用标准 SAM7 RTOS 移植。 请参阅 SAM7S 演示文档， 以了解更多详细信息。

注意！ 启动 RTOS 调度器时（vTaskStartScheduler 被调用），处理器必须处于监管器模式 。 FreeRTOS 下载中包含的演示应用程序， 会在 main 函数调用前切换到监管器模式。 如果您没有使用 这些演示应用程序，那么在调用 vTaskStartScheduler 函数之前，请确保处理器已进入特权模式。


MAC 接口

确保已针对硬件正确配置了 USE_RMII_INTERFACE。 请参阅上述演示应用程序硬件设置说明。




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