單芯片解決方案，開啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復(fù)雜工控場(chǎng)景設(shè)計(jì)。它擁有66個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、5個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN、1個(gè)USB2.0以及1個(gè)SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對(duì)工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對(duì)復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

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第十四章 W55MH32 TFTP示例

本篇文章，我們將詳細(xì)介紹如何在W55MH32芯片上面實(shí)現(xiàn)TFTP協(xié)議。并通過實(shí)戰(zhàn)例程，為大家講解如何使用TFTP客戶端模式向服務(wù)器獲取文本文件。

該例程用到的其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如DHCP請(qǐng)參考相關(guān)章節(jié)。有關(guān)W55MH32的初始化過程，也請(qǐng)參考Network Install章節(jié)，這里將不再贅述。

1 TFTP協(xié)議簡(jiǎn)介

TFTP（TrivialFileTransferProtocol）協(xié)議是一種輕量級(jí)的文件傳輸協(xié)議，它通常用于需要快速、簡(jiǎn)單的文件交換場(chǎng)景，尤其是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備啟動(dòng)和配置過程中。與FTP（文件傳輸協(xié)議）不同，TFTP設(shè)計(jì)得非常簡(jiǎn)單，僅提供基本的文件讀寫功能，并且使用UDP作為傳輸層協(xié)議，因而不具備TCP的復(fù)雜性和重傳機(jī)制。

2 TFTP協(xié)議特點(diǎn)

簡(jiǎn)單性：TFTP協(xié)議設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，它的報(bào)頭格式簡(jiǎn)潔，操作命令種類少，這使得實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)容易，對(duì)資源的需求也較低。

輕量級(jí)：TFTP協(xié)議不需要復(fù)雜的連接建立和管理過程，開銷小，因此適合在一些對(duì)性能要求不高、資源有限的環(huán)境中使用。

基于UDP：TFTP使用UDP作為傳輸層協(xié)議，利用了UDP的快速傳輸和無連接特性，從而能夠快速地傳輸數(shù)據(jù)。不過，這也意味著TFTP本身不提供可靠的傳輸保證，需要在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)可靠性機(jī)制。

端口固定：TFTP使用固定的端口69來監(jiān)聽客戶端的請(qǐng)求。數(shù)據(jù)傳輸使用的端口是動(dòng)態(tài)分配的，每次傳輸會(huì)在此基礎(chǔ)上選擇一個(gè)臨時(shí)端口。

數(shù)據(jù)塊大小限制：每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文最多只能傳輸512字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果文件較大，會(huì)分多次傳輸，每次發(fā)送一個(gè)512字節(jié)的數(shù)據(jù)塊。最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊可能小于512字節(jié)，表示文件的結(jié)束。

3 TFTP協(xié)議應(yīng)用場(chǎng)景

接下來，我們了解下在W55MH32上，可以使用TFTP協(xié)議完成哪些操作及應(yīng)用呢？

固件升級(jí):對(duì)于路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，TFTP協(xié)議常用于將固件傳輸?shù)竭@些設(shè)備以進(jìn)行固件更新。TFTP協(xié)議能夠確保固件文件快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)侥繕?biāo)設(shè)備。

配置文件傳輸:TFTP協(xié)議也常用于管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置文件。將配置文件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)設(shè)備以進(jìn)行配置更新，或者從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下載配置文件進(jìn)行備份或分析。

IOT設(shè)備固件升級(jí):TFTP協(xié)議因其簡(jiǎn)單性和高效性，成為IOT設(shè)備固件升級(jí)的一種常用協(xié)議。

4 TFTP協(xié)議基本工作流程

請(qǐng)求發(fā)送：客戶端向服務(wù)器發(fā)送讀請(qǐng)求（RRQ，Read Request）或?qū)懻?qǐng)求（WRQ，Write Request）。這些請(qǐng)求包含了要讀取或?qū)懭氲奈募约皞鬏斈Ｊ剑ㄈ缍M(jìn)制或ASCII碼）。

建立連接：服務(wù)器接收到客戶端的請(qǐng)求后，根據(jù)請(qǐng)求中的文件名和傳輸模式，打開相應(yīng)的文件（對(duì)于寫請(qǐng)求）或準(zhǔn)備發(fā)送文件數(shù)據(jù)（對(duì)于讀請(qǐng)求），并向客戶端發(fā)送確認(rèn)信息，從而建立連接。

數(shù)據(jù)傳輸：在寫請(qǐng)求的情況下，客戶端開始發(fā)送文件數(shù)據(jù)到服務(wù)器，服務(wù)器接收并寫入文件。數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊的形式發(fā)送，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的大小通常為512字節(jié)（但可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況調(diào)整）。

在讀請(qǐng)求的情況下，服務(wù)器開始發(fā)送文件數(shù)據(jù)到客戶端，客戶端接收并保存文件。同樣，數(shù)據(jù)也是以數(shù)據(jù)塊的形式發(fā)送的。

回應(yīng)與確認(rèn)：每當(dāng)客戶端或服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)塊后，接收方會(huì)發(fā)送一個(gè)回應(yīng)包（ACK，Acknowledgment）來確認(rèn)接收到了該數(shù)據(jù)塊。這個(gè)回應(yīng)包包含了接收到的數(shù)據(jù)塊的編號(hào)，以確保數(shù)據(jù)的順序和完整性。

繼續(xù)傳輸或結(jié)束：根據(jù)回應(yīng)包，發(fā)送方會(huì)繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)塊，直到整個(gè)文件傳輸完成。如果傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，服務(wù)器會(huì)向客戶端發(fā)送錯(cuò)誤信息包（ERROR），中斷傳輸過程。

關(guān)閉連接：文件傳輸完成后，客戶端和服務(wù)器會(huì)關(guān)閉連接。

5 TFTP協(xié)議報(bào)文解析

常見的操作碼：

1：讀請(qǐng)求（RRQ），用于請(qǐng)求讀取服務(wù)器上的文件。

2：寫請(qǐng)求（WRQ），用于請(qǐng)求向服務(wù)器上寫入文件。

3：數(shù)據(jù)（DATA），用于傳輸文件數(shù)據(jù)。

4：回應(yīng)（ACK），用于確認(rèn)接收到的數(shù)據(jù)塊。

5：錯(cuò)誤信息（ERROR），用于報(bào)告?zhèn)鬏斶^程中發(fā)生的錯(cuò)誤。

常見操作碼的報(bào)文格式如下：

報(bào)文示例：

客戶端讀請(qǐng)求報(bào)文：

|報(bào)文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Read Request (1) （操作碼為01，讀請(qǐng)求報(bào)文）
    Source File: tftp_test_file.txt （明確要讀取的文件名為tftp_test_file.txt）
    Type: octet （傳輸模式為octet）
    Option: timeout = 5

|報(bào)文原文|
00 01 74 66 74 70 5f 74 65 73 74 5f 66 69 6c 65 2e 74 78 74 00 6f 63 74 65 74 00 74 69 6d 65 6f 75 74 00 35 00

服務(wù)器響應(yīng)報(bào)文：

|報(bào)文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Option Acknowledgement (6) （操作碼為06，擴(kuò)展操作碼）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
Option: timeout = 5

|報(bào)文原文|
00 06 74 69 6d 65 6f 75 74 00 35 00

客戶端響應(yīng)報(bào)文：

|報(bào)文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Acknowledgement (4) （操作碼為04，回應(yīng)報(bào)文）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
    Block: 0 （數(shù)據(jù)塊標(biāo)號(hào)為00 00）
    [Full Block Number: 0]

|報(bào)文原文|
00 04 00 00

服務(wù)器響應(yīng)報(bào)文：

|報(bào)文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Data Packet (3) （操作碼為03，數(shù)據(jù)報(bào)文）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
    Block: 1 （數(shù)據(jù)塊標(biāo)號(hào)為00 01）
    [Full Block Number: 1]
Data (36 bytes)
    Data: 736461666173646661736466617364666666666666666641617364666173666166736466 （數(shù)據(jù)）
[Length: 36]

|報(bào)文原文|
00 03 00 01 73 64 61 66 61 73 64 66 61 73 64 66 61 73 64 66 66 66 66 66 66 66 66 41 61 73 64 66 61 73 66 61 66 73 64 66 

客戶端響應(yīng)報(bào)文：

|報(bào)文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Acknowledgement (4) （操作碼為04，回應(yīng)報(bào)文）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
    Block: 1 （數(shù)據(jù)塊標(biāo)號(hào)為00 01）
   [Full Block Number: 1]

|報(bào)文原文|
00 04 00 01

6實(shí)現(xiàn)過程

接下來，我們?cè)赪55MH32上實(shí)現(xiàn)TFTP協(xié)議讀取文件。

注意：測(cè)試實(shí)例需要PC端和W55MH32處于同一網(wǎng)段。

在主函數(shù)中調(diào)用do_tftp_client()函數(shù)不斷檢查和處理 TFTP客戶端的狀態(tài)，并根據(jù)讀取的結(jié)果（成功或失敗）進(jìn)入相應(yīng)的處理狀態(tài)。

1.  do_tftp_client(SOCKET_ID, ethernet_buf);

do_tftp_client()函數(shù)如下：

 void do_tftp_client(uint8_t sn, uint8_t *buff)
{
   uint32_t tftp_server_ip       = inet_addr(TFTP_SERVER_IP);
   uint8_t  tftp_read_file_name[] = TFTP_SERVER_FILE_NAME;
   TFTP_init(sn, buff);
   
   while (1)
   {
       if (tftp_read_flag == 0)
       {
           printf("tftp server ip: %s, file name: %srn", TFTP_SERVER_IP, TFTP_SERVER_FILE_NAME);
           printf("send requestrn");
           TFTP_read_request(tftp_server_ip, TFTP_SERVER_FILE_NAME);
           tftp_read_flag = 1;
       }
       else
       {
           tftp_state = TFTP_run();
           
           if (tftp_state == TFTP_SUCCESS)
           {
               printf("tftp read success, file name: %srn", tftp_read_file_name);
               while (1)
               {
                   // 成功后進(jìn)入死循環(huán)
               }
           }
           else if (tftp_state == TFTP_FAIL)
           {
               printf("tftp read fail, file name: %srn", tftp_read_file_name);
               while (1)
               {
                   // 失敗后進(jìn)入死循環(huán)
               }
           }
       }
   }
}

進(jìn)入do_tftp_client()函數(shù)后開始進(jìn)行TFTP客戶端處理，步驟如下：

步驟一：TFTP初始化

調(diào)用TFTP_init()函數(shù)對(duì)TFTP客戶端進(jìn)行初始化，參數(shù)sn和buff分別是socket號(hào)，socket緩存。

void TFTP_init(uint8_t socket, uint8_t *buf)
{
   init_tftp();
   g_tftp_socket = open_tftp_socket(socket);
   g_tftp_rcv_buf = buf;
}
static void init_tftp(void)
{
   g_filename[0] = 0;
   set_server_ip(0);
   set_server_port(0);
   set_local_port(0);
   set_tftp_state(STATE_NONE);
   set_block_number(0);
   // timeout flag
   g_resend_flag = 0;
   tftp_retry_cnt = tftp_time_cnt = 0;
   g_progress_state = TFTP_PROGRESS;
}
   

步驟二：發(fā)送 TFTP讀請(qǐng)求

當(dāng)tftp_read_flag為 0時(shí)，表示尚未發(fā)送讀取請(qǐng)求。此時(shí)，打印 TFTP服務(wù)器的 IP地址和要讀取的文件名，然后調(diào)用TFTP_read_request()函數(shù)向服務(wù)器發(fā)送讀取請(qǐng)求。發(fā)送請(qǐng)求后，將tftp_read_flag設(shè)置為 1，表示已發(fā)送請(qǐng)求。

void TFTP_read_request(uint32_t server_ip, uint8_t *filename)
{
   set_server_ip(server_ip);
   
#ifdef __TFTP_DEBUG__
   DBG_PRINT(INFO_DBG, "[%s] Set Tftp Server : %xrn", __func__, server_ip);
#endif
   g_progress_state = TFTP_PROGRESS;
   send_tftp_rrq(filename, (uint8_t *)TRANS_BINARY, &default_tftp_opt, 1);
}
   

步驟三：運(yùn)行 TFTP協(xié)議并處理結(jié)果

當(dāng) tftp_read_flag為 1時(shí)調(diào)用 TFTP_run()函數(shù)處理 TFTP協(xié)議操作，依據(jù)其返回的 tftp_state判斷結(jié)果：若為 TFTP_SUCCESS則打印成功信息并進(jìn)入無限循環(huán)，若為 TFTP_FAIL則打印失敗信息并進(jìn)入無限循環(huán)。

TFTP_run()函數(shù)如下：

int TFTP_run(void)
{
   int      len;
   uint16_t from_port;
   uint32_t from_ip;
   /* Timeout Process */
   if (g_resend_flag)
   {
       if (tftp_time_cnt >= g_timeout)
       {
           switch (get_tftp_state())
           {
               case STATE_WRQ:
                   break;
               case STATE_RRQ:
                   send_tftp_rrq(g_filename, (uint8_t *)TRANS_BINARY, &default_tftp_opt, 1);
                   break;
               case STATE_OACK:
               case STATE_DATA:
                   send_tftp_ack(get_block_number());
                   break;
               case STATE_ACK:
                   break;
               default:
                   break;
           }
           tftp_time_cnt = 0;
           tftp_retry_cnt++;
           if (tftp_retry_cnt >= 5)
           {
               init_tftp();
               g_progress_state = TFTP_FAIL;
           }
       }
   }
   /* Receive Packet Process */
   len = recv_udp_packet(g_tftp_socket, g_tftp_rcv_buf, MAX_MTU_SIZE, &from_ip, &from_port);
   if (len < 0)
   {
#ifdef __TFTP_DEBUG__
       DBG_PRINT(ERROR_DBG, "[%s] recv_udp_packet errorrn", __func__);
#endif
       return g_progress_state;
   }
   recv_tftp_packet(g_tftp_rcv_buf, len, from_ip, from_port);
   return g_progress_state;
}
   

在處理接收到的TFTP數(shù)據(jù)包時(shí)，首先調(diào)用recv_tftp_packet()函數(shù)。

recv_tftp_packet()函數(shù)如下：

static void recv_tftp_packet(uint8_t *packet, uint32_t packet_len, uint32_t from_ip, uint16_t from_port)
{
   uint16_t opcode;
   /* Verify Server IP */
   if (from_ip != get_server_ip())
   {
#ifdef __TFTP_DEBUG__
       DBG_PRINT(ERROR_DBG, "[%s] Server IP faultsrn", __func__);
       DBG_PRINT(ERROR_DBG, "from IP : %08x, Server IP : %08xrn", from_ip, get_server_ip());
#endif
       return;
   }
   opcode = ntohs(*((uint16_t *)packet));
   /* Set Server Port */
   if ((get_tftp_state() == STATE_WRQ) || (get_tftp_state() == STATE_RRQ))
   {
       set_server_port(from_port);
#ifdef __TFTP_DEBUG__
       DBG_PRINT(INFO_DBG, "[%s] Set Server Port : %drn", __func__, from_port);
#endif
   }
   switch (opcode)
   {
       case TFTP_RRQ:  /* When Server */
           recv_tftp_rrq(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_WRQ:  /* When Server */
           recv_tftp_wrq(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_DATA:
           recv_tftp_data(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_ACK:
           recv_tftp_ack(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_OACK:
           recv_tftp_oack(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_ERROR:
           recv_tftp_error(packet, packet_len);
           break;
       default:
           // Unknown Message
           break;
   }
}
   

進(jìn)入該函數(shù)后，第一步驗(yàn)證接收到的數(shù)據(jù)包的源IP地址，只有當(dāng)它與服務(wù)器IP地址一致時(shí)才繼續(xù)處理，若不一致則直接返回。接著，從數(shù)據(jù)包中獲取操作碼（opcode）。根據(jù)獲取到的操作碼，調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)：如果是TFTP讀請(qǐng)求（RRQ），則調(diào)用 recv_tftp_rrq()函數(shù)；若是寫請(qǐng)求（WRQ），則調(diào)用recv_tftp_wrq()函數(shù)；對(duì)于接收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包，調(diào)用 recv_tftp_data()函數(shù)；確認(rèn)數(shù)據(jù)包則由recv_tftp_ack()函數(shù)處理；OACK數(shù)據(jù)包由recv_tftp_oack()函數(shù)處理；若遇到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包，調(diào)用recv_tftp_error()函數(shù)來解析錯(cuò)誤代碼和錯(cuò)誤信息。最后，返回g_progress_state，以此表示當(dāng)前TFTP操作的狀態(tài)。

7運(yùn)行結(jié)果

燒錄例程運(yùn)行后，首先進(jìn)行了PHY鏈路檢測(cè)，然后是DHCP獲取網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)果，最后打印服務(wù)器IP和文本名稱，讀取文本內(nèi)容，如下圖所示：

8總結(jié)

本文講解了如何在 W55MH32芯片上實(shí)現(xiàn) TFTP協(xié)議，通過實(shí)戰(zhàn)例程詳細(xì)展示了使用 TFTP客戶端模式從服務(wù)器獲取文本文件的過程，涵蓋 TFTP初始化、發(fā)送讀請(qǐng)求、運(yùn)行協(xié)議并處理結(jié)果等核心步驟。文章還對(duì) TFTP協(xié)議的簡(jiǎn)介、特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景、基本工作流程和報(bào)文解析進(jìn)行了分析，幫助讀者理解其在文件傳輸中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

下一篇文章將聚焦 SNMP協(xié)議，解析其核心原理及在網(wǎng)絡(luò)管理中的應(yīng)用，同時(shí)講解如何在相關(guān)設(shè)備上實(shí)現(xiàn) SNMP功能，敬請(qǐng)期待！

WIZnet是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP卸載引擎）技術(shù)，基于獨(dú)特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU?面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

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審核編輯 黃宇