十五、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜TFTP Client＞

本文主要是介绍十五、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜TFTP Client＞，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

1 前言
2 简介
- 2 .1 什么是TFTP？
- 2.2 TFTP的优点
- 2.3 TFTP和FTP对比
- 2.4 TFTP应用场景
3 WIZnet以太网芯片
4 ARP网络设置示例概述以及使用
- 4.1 流程图
- 4.2 准备工作核心
- 4.3 连接方式
- 4.4 主要代码概述
- 4.5 结果演示
5 注意事项
6 相关链接

1 前言

一般来说，使用互联网的首要目的就是实现信息共享，文件传输是信息共享非常重要的内容。相较于FTP等复杂的文件传输协议，TFTP协议简单、轻量级，适用于资源有限的嵌入式系统等场景。

W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网FTP应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是TFTP？

在这里插入图片描述

TFTP是一个简单的锁定式文件传输协议，能够在本地网络的计算机系统之间传输文件。它是一个简单的协议，利用用户数据报协议（UDP）在互联网的计算机系统之间传输文件。

2.2 TFTP的优点

简单：TFTP协议实现简单，易于理解和实现，适用于在资源有限的嵌入式系统等场景下进行文件传输。
轻量级：TFTP协议相对于FTP来说更加轻量级，适合于在资源有限的系统下进行文件传输。
纯文本传输：TFTP使用ASCII编码进行文件传输，适用于文本文件的传输，易于解析和处理。
支持错误处理：TFTP支持错误处理机制，当出现错误时，可以向对方发送错误信息进行错误处理。
适用于小文件传输：TFTP协议的设计目的是进行小文件传输，因此它不具备通常的FTP的许多功能，例如，它只能从文件服务器上获得或写入文件，不能列出目录，不进行认证。这使得TFTP在传输小文件时具有较高的效率。
支持只读和读写操作：TFTP支持对文件的只读和读写操作，可以用于从服务器下载文件或上传文件到服务器。

2.3 TFTP和FTP对比

TFTP和FTP是两种不同的文件传输协议，它们之间存在一些明显的差异。

功能：FTP是一种完整、面向会话、常规用途的文件传输协议，提供了比TFTP更多的功能，例如目录浏览、文件重命名和权限管理等。而TFTP是一种简单、基于请求的文件传输协议，只提供最基本的文件传输功能。
端口：FTP使用TCP端口21和20，而TFTP使用UDP端口69。
可靠性：FTP是可靠传输协议，支持断点续传和错误恢复，而TFTP是不可靠传输协议，没有错误恢复和重传机制。
安全性：FTP支持加密的SSL / TLS协议来保护传输的数据，而TFTP没有提供任何加密功能。
数据包大小：FTP可以传输大文件，因为它支持数据分割和重新组装。TFTP只能传输较小的文件，因为它限制了数据包的大小。
应用场景：TFTP通常用于局域网中进行固件升级或配置文件的传输，而FTP更适合用于从远程服务器下载或上传文件。

2.4 TFTP应用场景

尽管TFTP协议相对比较简单，但它仍然可以再特定的场景下发挥重要的作用。

固件升级：许多硬件设备都可以通过TFTP服务器进行固件升级，TFTP服务器可以将固件文件传输到设备中进行更新，以改进设备的性能或修复软件漏洞。
网络安装：TFTP服务器可以用于网络安装，例如在无盘机上预置系统，以供其他机器进行 PXE 启动时自动下载。
备份文件：在Linux系统中，TFTP服务器可以用于备份系统配置文件或运行时数据。这些备份文件可以在服务器和客户端之间传输，以进行故障排除或系统恢复。
小型文件传输：由于TFTP协议简单且易于实现，它适用于传输小型的文本文件，尤其适用于嵌入式系统和网络设备等资源有限的场景。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4， MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
W6100 支持IPV6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 ARP网络设置示例概述以及使用

4.1 流程图

程序的运行框图如下所示：
在这里插入图片描述

4.2 准备工作核心

软件

Visual Studio Code
WIZnet UartTool
Tftpd32

硬件

W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
Micro USB 接口的数据线
TTL 转 USB
网线

4.3 连接方式

通过数据线连接PC的USB口（主要用于烧录程序，也可以虚拟出串口使用）
通过TTL串口转USB，连接UART0 的默认引脚：
- RP2040 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
- RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX
使用模块连接RP2040 进行接线时
- RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
- RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
- RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
- RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
- RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST
通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富，操作简单，芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈，该库又封装好了TCP/IP层之上的协议，我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

接下来看到tftp_client.c文件。

第一步：添加所需要的库

第二步：宏定义所需要的库以及定义所用到的变量、结构体等。

第三步：编写定时器回调函数和网络初始化函数。

第四步：在主函数中，首先我们进行芯片初始化，包括串口、SPI及其相关引脚以及W5100S芯片的链路状态检测等。然后是进行DHCP获取网络地址信息。如果获取失败，则会适用预设的静态地址信息进行配置。最后是TFTP客户端的初始化操作以及TFTP请求读文件操作。

int main(void)
{int i;struct repeating_timer timer; // Define the timer structurewiz_NetInfo get_info;int tftp_state;uint8_t tftp_read_flag = 0;uint32_t tftp_server_ip = inet_addr(TFTP_SERVER_IP);uint8_t tftp_read_file_name[] = TFTP_SERVER_FILE_NAME;/* MCU init */stdio_init_all();     // Initialize the main control peripheralwizchip_initialize(); // Initialize the chip interface/*dhcp init*/DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                   // DHCP initializationadd_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handlerprintf("wiznet chip tftp client example.\r\n");network_init(&net_info);              // Configuring Network Informationprint_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print itTFTP_init(TFTP_SOCKET_ID, tftp_client_socket_buffer);while (true){if (tftp_read_flag == 0){printf("tftp server ip: %s, file name: %s\r\n", TFTP_SERVER_IP, TFTP_SERVER_FILE_NAME);printf("send request\r\n");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: %s\r\n", tftp_read_file_name);while (1){}}else if (tftp_state == TFTP_FAIL){printf("tftp read fail, file name: %s\r\n", tftp_read_file_name);while (1){}}}}
}