RT-Thread Studio环境下lwIP+ENC28J60的启用与调试

手边有一块正点原子的MiniSTM32开发板，为了学习lwIP协议栈，网购了一块配套的ENC28J60模块，正点原子的ENC28J60模块有8只引出脚，而网上普通ENC28J60模块一般有10只引出脚，所以虽然贵些，但为了调试方便，也只好买原子家的了(和其开发板接口配套)。因为初接触lwIP，对其原理和配置还没完全搞明白，加上MiniSTM32开发板上使用的STM32F103RC内存只有48K，相对比较小，折腾了好几天（网上也查了不少资料，也没找到说明的很透彻）才调通，现把过程记录下来，以供刚接触lwIP和ENC28J60的人员参考。

硬件连接说明，其连接如图1所示：
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图1 硬件连接示意图

“1”为ENC28J60模块，连接时注意方向不要弄错，“2”为USB供电开关，模块通过USB供电时必须按下，否则调试时会出现慕名奇妙的错误，只插上J-Link或ST-LINK插头时，板子上的电源指示灯也会亮，但debug时，因供电不足，会出错。“3”为USB转串口，MiniSTM32开发板有两个USB接口，此处的USB接头通过CH340G接STM32F103RC的UART1，用FinSH控制台调试时，通过此端口进行。“4”为J-Link或ST-LINK接口。

工程的建立。打开RT-Thread Studio，选择“文件”–>“新建”–>“RT-Thread 项目”，在“Project name”中填入自己定义的工程名，然后按照下图对参数进行更改：
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图2 工程配置

芯片选择STM32F103RC，调试器按照自己的需求选择J-Link或ST-LINK，其他保持默认配置，选择好后点“完成”创建工程。

接下来在工程中进行相关的软件包配置。在“项目资源管理器”中，双击“RT-Thread Settings”，打开软件配置中心。因ENC28J60和STM32的通信是基于SPI总线的，所以先进行SPI的配置，双击软件配置中心的“SPI”，在出来的选项中使能SPI总线和ENC28J60 SPI以太网接口，操作如图3所示：
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图3 SPI总线及ENC28J60驱动使能

配置完SPI总线后，再回到软件包中心配置lwIP协议栈，在SPI中选择“使用ENC28J60 SPI以太网接口”后，lwIP协议栈自动被选中，因两者存在依赖关系。因为STM32F103RCT6的内存只有48KB，所以在在lwIP中要尽量减少内存的占用，否自系统无法正常运行，重点需要修改以下几个选项，第一个为“PBUF的数量”，系统默认为16个，修改为8个，一个PBUF要占用1576个字节，而且是静态分配的，PBUF数量越多，接收速度就越快，但也越耗内存。第二个是“TCP发送窗口的大小”和“发送缓冲区的大小”，都由原来的8196字节修改为4096字节，这两项都是动态分配的，修改后能减少一半的内存占用。第三个是IP地址的配置，因本实验采用的ENC29J60模块通过普通网线和PC网口直连的方式进行测试的，没有DHCP服务器，所以要关闭“通过DHCP分配IP地址”而采用静态配置地址的方式，静态IP地址配置如下：
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图4 静态IP地址的配置

再次，要打开“使能ping功能”，还要在“网络接口设备”中选中"使能网络接口设备"，以便启用ping和ifconfig调试功能。最后要说明下，在lwIP配置中，lwIP默认的版本是v2.0.2，还有两个版本可供选择：v1.4.1和v2.1.0，选择更新的v2.1.0版本也能正常工作，但不要选择v1.4.1版本，因为其和2.0版的lwIP接口变动较大，会导致ENC28J60驱动不能正常工作。至此，驱动的配置阶段完成，点击IDE中“保存”以完成工程配置的更改，其整个工程目录结构如下：
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图5 工程目录结构

图5中，标红的几个文件需要进行修改。首先修改SPI总线相关的宏定义，因在MiniSTM32的开发板上，ENC28J60模块是挂载在SPI1总线上的，所以在board.h中，要定义“#define BSP_USING_SPI1”，在 stm32xxxx_hal_config.h中，要定义“#define HAL_SPI_MODULE_ENABLED”（这两个宏在原文件中是存在的，只是被注释掉了，没启用，只要把注释去掉就行），这样才能启用SPI1总线。

另外还需要增加SPI1总线的初始化函数，这要使用STM32CubeMX或STM32CubeIDE来生成，在STM32CubeMX中选择“STM32F103RC”，并使能SPI1，即可生成代码，我们只需要其中的HAL_SPI_MspInit()函数，其代码如下，如不熟悉STM32CubeMX，可直接拷贝下面的代码即可。

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)
{
    
    
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {
    
    0};
  if(hspi->Instance==SPI1)
  {
    
    
    /* 外设时钟使能 */
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /**SPI1 GPIO 配置
    PA5     ------> SPI1_SCK
    PA6     ------> SPI1_MISO
    PA7     ------> SPI1_MOSI
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  }
}

把上面的代码拷贝到board.c文件的末尾。

在main.c中，把LOG_D(“Hello RT-Thread!”)，移到while循环的上面，免得调试时在控制台不停出现"Hello RT-Thread!"而影响调试，至此代码的修改全部完成。

接下来要编写ENC28J60的驱动接口函数，并注册到系统初始化流程中。首先对STM32F103RC和ENC28J60模块的引脚连接关系做个说明，ENC28J60模块有8个引脚，接在开发板的无线模块NRF24L01的接口上，其对应关系如下图所示：
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图6 引脚对应关系 SPI1的引脚，经过前面的配置，系统已完成对应pin的初始化，现在要关注ENC28J60的中断INT引脚（对接PA1）和片选引脚(对接PC4)，因在RT-Thread的ENC28J60驱动中，采用软件复位，所以其硬件复位引脚(对接PA4)可不做配置。在工程的drivers目录中新建drv_enc28j60.c文件，把以下代码拷贝进去。

#include <drivers/pin.h>
#include <enc28j60.h>
#include <drv_spi.h>
#define ENC28J60_INT    1//PA1 ENC28J60中断
static int rt_hw_enc28j60_init(void)
{
    
    
        rt_hw_spi_device_attach("spi1", "spi10", GPIOC, GPIO_PIN_4);//PC4 ENC28J60片选CS
        enc28j60_attach("spi10");
        rt_pin_mode(ENC28J60_INT, PIN_MODE_INPUT_PULLUP);
        rt_pin_attach_irq(ENC28J60_INT, PIN_IRQ_MODE_FALLING, (void(*)(void*))enc28j60_isr, RT_NULL);
        rt_pin_irq_enable(ENC28J60_INT, PIN_IRQ_ENABLE);
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_hw_enc28j60_init);

PA1对应的引脚号为1，可在driver目录下的drv_gpio.c的结构体pin_index中查询得到。rt_hw_spi_device_attach()函数在SPI1总线上注册一个名称为“spi10”的SPI设备，函数中的参数GPIOC、GPIO_PIN_4指定“spi10”设备的片选信号为PC4引脚。 enc28j60_attach(“spi10”)函数把ENC28J60模块挂载到“spi10”设备上，rt_pin_mode()、rt_pin_attach_irq()、rt_pin_irq_enable()三个函数分别用来设定中断引脚PA1的中断模式、中断处理函数和使能PA1引脚的中断。INIT_COMPONENT_EXPORT宏用来把rt_hw_enc28j60_init()加到初始化过程中，以便系统在启动后能自动进行lwIP和ENC28J60驱动的初始化。

编译工程，结果显示Flash占用149KB，RAM占用33.8KB，没有超过STM32F103RC的FLASH和RAM的大小，并保留了约14.2KB(48-33.8)堆空间给系统动态分配使用。

通过J-Link或ST-LINK下载至开发板，并用网线连接ENC28J60模块和PC的网口，PC网卡设置地址为：192.168.1.20，掩码：255.255.255.0，网关:192.168.1.1，注意要关闭Windows的防火墙，否则会出现ping不通的现象。最后用RT-Thread Studio自带的串行终端或其他的串口调试工具连接开发板，波特率设置为115200，在出现的"msh>"提示符下输入：ifconfig，可见如下结果：

msh >ifconfig
network interface device: e0 (Default)
MTU: 1500
MAC: 00 04 a3 12 34 56 
FLAGS: UP LINK_UP INTERNET_DOWN DHCP_DISABLE ETHARP BROADCAST IGMP
ip address: 192.168.1.100
gw address: 192.168.1.1
net mask  : 255.255.255.0
dns server #0: 0.0.0.0
dns server #1: 0.0.0.0

在"msh>"提示符下输入：ping192.168.1.20，结果如下：

msh >ping 192.168.1.20
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=0 ttl=64 time=0 ms
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=1 ttl=64 time=3 ms
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=2 ttl=64 time=3 ms
60 bytes from 192.168.1.20 icmp_seq=3 ttl=64 time=2 ms

至此，说明lwIP协议栈和ENC28J60模块的运行正常，使用和调试已完成，可进行更高级的网络应用学习了。

RT-Thread Studio环境下lwIP+ENC28J60的启用与调试

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