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实验平台

硬件：银杏科技GT7000双核心开发板-ARM-STM32H743XIH6，银杏科技iToolXE仿真器
软件：最新版本STM32CubeH7固件库，STM32CubeMX v6.10.0，开发板环境MDK v5.35，TCP&UDP测试工具
网盘资料包：链接: https://pan.baidu.com/s/1Y3nwaY4SMxfoUsdqPm2R3w?pwd=inba 提取码: inba

UDP

  在之前TCP_CLIENT章节我们介绍了物联网的OSI七层模型，其中传输层包括TCP、UDP，本章我们来详细介绍下UDP。
  UDP是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是OSI参考模型中的传输层协议，它是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP的正式规范是IETF RFC768。UDP在IP报文的协议号是17。
在这里插入图片描述
  UDP 是一个无连接的、不可靠的传输层协议。它专注于快速地将数据包从源端发送到目的端，但不保证数据包一定能到达、不保证按顺序到达，也不提供重传或拥塞控制机制。
可以把它想象成寄送明信片：

  • 你写好就扔进邮筒（发送出去）。

  • 你不会确认对方是否收到（无连接）。

  • 明信片可能会丢失（不可靠）。

  • 如果你寄了很多张，它们到达的顺序可能和你寄出的顺序不同（不保证顺序）。

  • 但它非常快捷，省去了挂号信的繁琐手续（开销小）。

UDP报文

在这里插入图片描述

1）源端口（2 字节）：发送方端口号
2）目的端口（2 字节 ）：接收方端口号
3）报文长度（2 字节）：UDP 用户数据报的总长度，以字节为单位。
4）校验和（2 字节）：检测 UDP 用户数据报在传输中是否有错，有错就丢弃。
　　用于校验 UDP 数据报的数字段和包含 UDP 数据报首部的“伪首部”。
伪首部， 又称为伪包头（Pseudo Header）：是指在 TCP 的分段或 UDP 的数据报格式中，在数据报首部前面增加源 IP 地址、目的 IP 地址、IP 分组的协议字段、TCP 或 UDP 数据报的总长度等共12字节，所构成的扩展首部结构。此伪首部是一个临时的结构，它既不向上也不向下传递，仅仅只是为了保证可以校验套接字的正确性。
5）数据：UDP 的数据部分如果不为偶数需要用 0 填补，就是说，如果数据长度为奇数，数据长度加“1”。

UDP的单播、广播、组播

1、UDP特点单播：用于两个主机之间端对端的通信。即一对一（客户端与服务器端点到点连接）。
2、广播：用于一个主机对整个局域网上所有主机通信。即一对所有。广播禁止在Internet宽带网上传输（广播风暴）。
3、组播（多播）：对一组特定的主机进行通信，而不是整个局域网上的所有主机。即一对一组
将网络中同一业务类型主机进行了逻辑上的分组，进行数据收发的时候其数据仅仅在同一分组中进行，其他的主机没有加入此分组不能收发对应的数据。

  单播和广播是两个极端，要么对一个主机进行通信，要么对整个局域网上的主机进行通信。实际情况下，经常需要对一组特定的主机进行通信，而不是整个局域网上的所有主机，这就是组播的用途。
注意：只有UDP才有广播、组播的传递方式。而TCP是一对一连接通信。组播的重点是高效的把同一个包尽可能多的发送到不同的，甚至可能未知的设备。但是TCP连接是一对一明确的。
  想了解UDP更多内容的读者可以阅读UDP协议是什么？作用是什么？这篇文章

UDP特点

无连接传输
  UDP的无连接特性使得数据可以快速传输。发送方无需等待接收方的响应，可以直接发送数据报。这种机制减少了延迟，但也带来了数据包丢失的风险。
数据报分组与组装
  UDP将数据分割成独立的数据报，每个数据报包含源端口、目标端口、长度和校验和。接收方接收到数据报后，负责将其组装成完整的数据。如果数据报丢失或顺序错乱，接收方无法自动恢复。
简单校验和机制
  UDP使用简单的校验和机制来检测数据报在传输过程中的错误。校验和覆盖了UDP头部和数据部分，但它的错误检测能力有限，无法像TCP那样确保数据的完整性。

UDP的应用场景
  UDP适用于对传输速度要求较高、容忍一定数据丢失的场景：
视频流媒体：如YouTube和Netflix，视频流媒体对数据传输的实时性要求高，UDP能够减少延迟，提高用户体验。
在线游戏：游戏中的实时交互对延迟非常敏感，UDP的低延迟特性使其成为在线游戏的首选。
DNS查询：DNS查询需要快速响应，UDP的简单机制能够满足这一需求。

TCP和UDP区别

特征点 TCP UDP
传输可靠性 面向连接 面向非连接
应用场景 传输数据量大 传输量小
速度 慢 快

  UDP传输与IP传输非常类似，它的传输方式也是"Best Effort"的，所以UDP协议也是不可靠的。我们知道TCP就是为了解决IP层不可靠的传输层协议，既然UDP是不可靠的，为什么不直接使用IP协议而要额外增加一个UDP协议呢？
  1、一个重要的原因是IP协议中并没有端口(port)的概念。IP协议进行的是IP地址到IP地址的传输，这意味者两台计算机之间的对话。但每台计算机中需要有多个通信通道，并将多个通信通道分配给不同的进程使用。一个端口就代表了这样的一个通信通道。UDP协议实现了端口，从而让数据包可以在送到IP地址的基础上，进一步可以送到某个端口。
  2、对于一些简单的通信，我们只需要“Best Effort”式的IP传输就可以了，而不需要TCP协议复杂的建立连接的方式(特别是在早期网络环境中，如果过多的建立TCP连接，会造成很大的网络负担，而UDP协议可以相对快速的处理这些简单通信）
  3、在使用TCP协议传输数据时，如果一个数据段丢失或者接收端对某个数据段没有确认，发送端会重新发送该数据段。TCP重新发送数据会带来传输延迟和重复数据，降低了用户的体验。对于迟延敏感的应用，少量的数据丢失一般可以被忽略，这时使用UDP传输将能够提升用户的体验。

STM32CubeMX生成工程

我们参考前面章节STM32H743-结合CubeMX新建HAL库MDK工程，打开CubeMX软件，重复步骤不再展示。我们来看配置MPU配置、以太网部分和Lwip部分配置如下图所示：
配置以太网。选用RMII（精简的独立于介质接口）模式
在这里插入图片描述
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MPU配置
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LWIP配置
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选择PHY芯片型号。LAN8742向下兼容LAN8720
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这里需要是能IPV6
在这里插入图片描述

实验代码

1. 主函数

int main(void)
{
    MPU_Config();
    SCB_EnableICache();
    SCB_EnableDCache();
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART6_UART_Init();
    MX_LWIP_Init();

    uart6.initialize(115200);
    uart6.printf("\x0c");
    uart6.printf("GT7000 OK!\r\n");
    HAL_GPIO_WritePin(PHYAD0_GPIO_Port,PHYAD0_Pin,GPIO_PIN_RESET);
    eth_udp.initialize();
    while (1)
    {
        MX_LWIP_Process();
        
        if(eth_udp.receive_ok_flag == 1){
            eth_udp.receive_ok_flag = 0;
            eth_udp.send_data(eth_udp.udppcb);  
        }

    }

}

2. LwIP初始化

void MX_LWIP_Init(void)
{
    /* IP addresses initialization */
    IP_ADDRESS[0] = 192;
    IP_ADDRESS[1] = 168;
    IP_ADDRESS[2] = 0;
    IP_ADDRESS[3] = 11;
    NETMASK_ADDRESS[0] = 255;
    NETMASK_ADDRESS[1] = 255;
    NETMASK_ADDRESS[2] = 255;
    NETMASK_ADDRESS[3] = 0;
    GATEWAY_ADDRESS[0] = 192;
    GATEWAY_ADDRESS[1] = 168;
    GATEWAY_ADDRESS[2] = 0;
    GATEWAY_ADDRESS[3] = 1;
    /* Initilialize the LwIP stack without RTOS */
    lwip_init();
    /* IP addresses initialization without DHCP (IPv4) */
    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDRESS[0], IP_ADDRESS[1], IP_ADDRESS[2], IP_ADDRESS[3]);
    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDRESS[0], NETMASK_ADDRESS[1] , NETMASK_ADDRESS[2], NETMASK_ADDRESS[3]);
    IP4_ADDR(&gw, GATEWAY_ADDRESS[0], GATEWAY_ADDRESS[1], GATEWAY_ADDRESS[2], GATEWAY_ADDRESS[3]);

    /* add the network interface (IPv4/IPv6) without RTOS */
    netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &ethernet_input);
    /* Registers the default network interface */
    netif_set_default(&gnetif);
    /* We must always bring the network interface up connection or not... */
    netif_set_up(&gnetif);
    /* Set the link callback function, this function is called on change of link status*/
    netif_set_link_callback(&gnetif, ethernet_link_status_updated);
    /* Create the Ethernet link handler thread */

}

3. UDP相关函数

#include "lwip/netif.h"
#include "lwip/ip.h"
#include "lwip/tcp.h"
#include "lwip/init.h"a
#include "netif/etharp.h"
#include "lwip/udp.h"
#include "lwip/pbuf.h"
#include <stdio.h>	
#include <string.h>
#include "eth_udp.h"

#define PC_PORT 30001
#define LOCAL_PORT 30000
//--------------------------- Variable --------------------------// 
struct udp_pcb *UdpPcb;
ip4_addr_t rip_addr; 	//远端IP
uint8_t PCIP_ADDRESS[4] = {192, 168, 0, 10};

//UDP接收数据
void UDP_Receive_Callback(void *arg, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *p,
                const ip4_addr_t *addr, u16_t port)
{		
	struct pbuf *pb;
	
	if(p != NULL)						/* 如果收到的数据不为空   */ 
	{
		pb= p; 															//保存当前控制块
	
		UDP_SendData(pb->payload,pb->tot_len);

		UdpPcb->remote_ip = *addr;             // 获取远端IP地址
		UdpPcb->remote_port = port;            //记录端口

		/* Free the p buffer */
		pbuf_free(p);
	}
	else
	{

	}
	
}
//UDP发送数据
void UDP_SendData(uint8_t *buff, uint16_t len)
{
	struct pbuf *p;
	
	p = pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT,strlen((char*)buff), PBUF_POOL);

	if (p != NULL)
	{
		/* copy data to pbuf */
		pbuf_take(p, (char*)buff, strlen((char*)buff));
		  
		/* send udp data */
		udp_send(UdpPcb, p); 

		/* free pbuf */
		pbuf_free(p);
	}
}
//UDP初始化
void udp_Init(void)
{
	err_t err;
	/* Create a new UDP control block  */
	UdpPcb = udp_new();      													//创建UDP控制块
	
	if(UdpPcb != NULL)
	{
		IP4_ADDR(&rip_addr, PCIP_ADDRESS[0] ,PCIP_ADDRESS[1] ,PCIP_ADDRESS[2] ,PCIP_ADDRESS[3]);																	//设置远端IP地址
		err = udp_bind(UdpPcb, IP_ADDR_ANY, LOCAL_PORT);	//绑定本地IP地址,端口30000
		
		if(err == ERR_OK)   														//绑定OK
		{
			err = udp_connect(UdpPcb, &rip_addr, PC_PORT);	//连接远程主机,指定其IP和端口

			udp_recv(UdpPcb, UDP_Receive_Callback, NULL);   /* 设置数据接收时的回调函数*/
		}
		else
		{
			udp_remove(UdpPcb);     											//删除UDP控制块
		}
	}
}

实验现象

1、打开控制面板–>网络和Internet–>网络和共享中心–>更改适配器设置–>以太网属性
在这里插入图片描述
2、Internet协议版本4，选择使用下面的IP地址，然后更改IP地址和默认网关，IP地址与代码中设置的服务器IP(192.168.0.11)在同一网段下即可如下图所示
在这里插入图片描述
3、打开测试工具，点击创建连接，弹出设置端口的窗口，设置为30000和30001，30000为GT7000开发版端口号，30001为PC主机指定端口号
在这里插入图片描述
客户端已经创建完成，点击连接。
GT7000客户端自动连接服务器，即可通信。（若连接不成功，请关闭电脑防火墙）
5、在发送区编辑完要发送的数据信息后，点击发送即可收到发送的数据包。如图所示：
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# stm32 # arm开发 # udp # c语言 # 单片机
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