Đề tài Nghiên cứu ứng dụng chíp điều khiển ethernet W5100

MỤC LỤC Lời mở đầu Trong thời đại ngày nay, sự bùng nổ của cuộc cách mạng công nghệ thông tin đang diễn ra nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu. Công nghệ thông tin đã làm thay đổi mọi mặt của đời sống con người, biến thế giới thành ngôi nhà chung. Tất cả các nước và các vùng lãnh thổ trên thế giới liên kết với nhau thông qua mạng Internet. Internet phát triển nhanh chóng và trở thành phương tiện giao tiếp với tốc độ nhanh, hiệu quả với giá thành rẻ. Internet đã làm cuộc sống của con người được cải thiện rất nhiều, nhanh hơn và thuận tiện hơn. Hiện nay, Internet không chỉ đáp ứng nhu cầu tìm kiếm thông tin, giải trí… mà còn thực sự trở thành phương tiện giúp con người trao đổi, mua bán. Điều này thực sự có ý nghĩa, nó giúp giảm bớt các chi phí trong kinh doanh như giảm chi phí vận chuyển trung gian, chi phí giao dịch… và đặt biệt giúp là giúp tiết kiệm thời gian để con người đầu tư vào các hoạt động khác. Do đó, con người có thể ngồi ở nhà để tìm kiếm thông tin theo ý muốn. Nắm bắt được những ứng dụng to lớn về Internet mà ngày nay các nhà sản xuất chíp đã thiết kế ra nhiều loại chíp tích hợp nhiều ứng dụng liên quan tới mạng. Do vậy, trong khóa luận này, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng chíp điều khiển ethernet W5100”, tìm hiểu về một số ứng dụng của chíp liên quan tới mạng. Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Thăng Long là những người đã hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình giúp tôi hoàn thành khóa luận này. Hà nội, ngày 24 tháng 5 năm 2008 Sinh viên Nguyễn Thanh Hiệp Chương 1: Tổng Quan Về TCP/IP 1.1. Giới Thiệu Để các máy máy tính có thể liên lạc với nhau qua mạng, chúng phải sử dụng cùng 1 ngôn ngữ hay còn gọi là 1 giao thức (Protocol). Giao thức là 1 hệ luật và chuẩn cho phép các máy tính trong mạng liên lạc với nhau. TCP/IP là viết tắt của Transmission Control Protocol (Giao thức Điều Khiển Truyền Thông) / Internet Protocol (Giao thức Internet). TCP/IP không chỉ gồm 2 giao thức mà thực tế nó là tập hợp của nhiều giao thức. Chúng ta gọi đó là 1 Hệ Giao Thức hay Bộ Giao Thức (Suite Of Protocols). 1.2. Tổng quát Để cho các máy tính trao đổi dữ liệu với nhau TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông 4 tầng hay còn gọi là Mô Hình DoD (Mô hình của Bộ Quốc Phòng Mỹ). Các tầng trong mô hình này là (Theo thứ tự từ trên xuống): + Tầng Ứng Dụng (Application Layer) + Tầng Giao Vận (Transport Layer) + Tầng Liên Mạng (Internet Layer) + Tầng Giao Diện Mạng (Network Interface Layer) Mỗi giao thức của Họ TCP/IP đều thuộc 1 trong các tầng này. Ta sẽ tìm hiểu từng tầng . 1.2.1.Tầng Giao Diện Mạng (Network Interface Layer) Tầng Giao Diện Mạng có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn. Tầng này gồm các thiết bị phần cứng vật lí chẳng hạn như Card Mạng và Cáp Mạng. 1 Card Mạng chẳng hạn card Ethernet chứa 1 số HEX 12 kí tự (00-18-37-03-C0-F4) được gọi là Địa Chỉ MAC (Media Access Control) hay Địa Chỉ Truy Nhập Phương Tiện . MAC đóng vai trò quan trọng trong việc gán địa chỉ và truyền dữ liệu. 1 số giao thức tiêu biểu thuộc tầng này gồm : + ATM (Asynchronous Transfer Mode) + Ethernet + Token Ring + FDDI (Fiber Distributed Data Interface) + Frame Relay Tầng Liên Mạng (Internet Layer) Nằm bên trên tầng giao diện mạng. Tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến (Route) dữ liệu 4 giao thức quan trọng nhất trong tầng này gồm: + IP (Internet Protocol): Có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích. + ARP (Address Resolution Protocol): Có chức năng biên dịch địa chỉ IP của máy đích thành địa chỉ MAC. + ICMP (Internet Control Message Protocol): Có chức năng thông báo lỗi trong trường hợp truyền dữ liệu bị hỏng. + IGMP (Internet Group Management Protocol): Có chức năng điều khiển truyền đa hướng (Multicast) Tầng Giao Vận (Transport Layer) Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu 2 giao thức chính trong tầng này gồm: + UDP (User Datagram Protocol): Còn gọi là Giao Thức Gói Người Dùng UDP cung cấp các kênh truyền thông phi kết nối nên nó không đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy. Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích thước nhỏ, độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng + TCP (Transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cung cấp các kênh truyền thông hướng kết nối và đảm bảo truyền dữ liệu 1 cách tin cậy. TCP thường truyền các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu phía nhận xác nhận về các gói tin đã nhận. Tầng ứng dụng (Application Layer) Gồm nhiều giao thức cung cấp cho các ứng dụng người dùng. Được sử dụng để định dạng và trao đổi thông tin người dùng 1 số giao thức thông dụng trong tầng này là: + DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Giao Thức Cấu Hình Trạm Động. + DNS (Domain Name System): Hệ Thống Tên Miền. + SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao Thức Quản Lý Mạng Đơn Giản. + FTP (File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin + TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Tập Tin Bình Thường + SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Giao Thức Truyền Thư Đơn Giản Hình1:Bảng sau mô tả khái quát về Bộ Giao Thức TCP/IP Địa chỉ IP Mỗi máy trên mạng TCP/IP hay còn gọi là trạm TCP/IP được nhận dạng bằng 1 địa chỉ IP logic. Mỗi trạm hay mỗi thiết bị mạng sử dụng TCP/IP để truyền thông cần có 1 địa chỉ IP duy nhất. Địa chỉ IP cho biết vị trí của 1 hệ thống trong 1 mạng giống như địa chỉ xác định ngôi nhà trên 1 con đường nào đó. Tương tự như 1 khu dân cư. Địa chỉ IP phải là duy nhất trên toàn cầu và phải được viết dưới 1 định dạng chuẩn. Mỗi địa chỉ IP được chia thành 2 phần : Phần địa chỉ mạng (Net ID) và Phần địa chỉ trạm (Host ID). + Net ID: Dùng để nhận dạng những hệ thống trong cùng 1 khu vực vật lý còn được gọi là Phân Đoạn (Segment). Mọi hệ thống trong cùng 1 Phân Đoạn phải có cùng Địa Chỉ Mạng và Phần địa chỉ này phải là duy nhất trong số các mạng hiện có. + Host ID: Dùng để nhận dạng 1 trạm làm việc, 1 máy chủ, 1 Router hoặc 1 trạm TCP/IP trong 1 phân đoạn. Phần địa chỉ trạm cũng phải là duy nhất trong 1 mạng. Giống địa chỉ bưu điện gồm 2 phần: MÃ BƯU ĐIỆN – SỐ NHÀ, TÊN ĐƯỜNG. Địa chỉ IP cũng gồm 2 phần: NET ID – HOST ID. + Phần đầu tiên, NET ID nhận dạng mạng mà máy tính nối tới, tất cả máy tính trong cùng mạng phải có cùng NET ID giống như mọi nhà trong cùng quận phải có cùng MÃ BƯU ĐIỆN. + Phần thứ hai, HOST ID xác định máy tính, router hoặc thiết bị mạng khác trong mạng. HOST ID phải là duy nhất trong 1 mạng giống như SỐ NHÀ, TÊN ĐƯỜNG phải là duy nhất trong 1 quận. Hai máy tính có thể có cùng HOST ID nếu NET ID của chúng khác nhau, giống như hai ĐƯỜNG có thể cùng tên nếu như chúng thuộc 2 quận khác nhau. Sự kết hợp giữa NET ID và HOST ID phải cho phép nhận dạng duy nhất mỗi máy tính riêng biệt. Các địa chỉ IP có chiều dài 32bit được chia thành 4 dãy. Mỗi dãy gồm 8bit (1Byte), mỗi Byte được phân cách = 1 dấu “.”, 1 Byte là 1 giá trị nằm trong khoảng từ 0-255. Cách biểu diễn như vậy gọi là “Kí hiệu thập phân dấu chấm” (Dotted-Decimal Notation) để cho mọi người sử dụng nhớ địa chỉ 1 cách dễ dàng. Tuy nhiên khi xử lý thông tin máy tính lại sử dụng Hệ Nhị Phân (Binary) vì tín hiệu chúng sử dụng để truyền thông chỉ có 2 trạng thái là Bật (1) và Tắt (0). Trong 1 Byte , mỗi bit được gán một giá trị. Nếu Bit được đặt là 0 thì nó được gán giá trị 0, nếu Bit được đặt là 1 thì có thể chuyển đổi thành 1 giá trị thập phân. Bit thấp nhất trong Byte tương ứng với 1, Bit cao nhất tương ứng với 128. Vậy giá trị lớn nhất của 1 Byte là 255 tương ứng với trường hợp cả 8 Bit đều được đặt là 1. Ví dụ: Ta sẽ đổi địa chỉ sau: 10101100 00010000 00000101 01111101 sang dạng Kí Hiệu Thập Phân Dấu Chấm. Địa chỉ IP Public và Địa chỉ IP Private 1.2.6.1. IP Public Mỗi 1 địa chỉ IP ngoài Internet là duy nhất. Để các Network có những địa chỉ duy nhất ngoài Internet, thì Internet Assigned Numbers Authority (IANA) sẽ chia những khoảng địa chỉ không dự trữ thành những phần nhỏ và ủy thác trách nhiệm phân phối địa chỉ cho các tổ chức Đăng Kí Miền khắp thế giới. Những tổ chức đó là Asia-Pacific Network Information Center (APNIC), American Registry for Internet Numbers (ARIN), and Réseaux IP Européens (RIPE NCC). Những tổ chức này sẽ phân phối những khối địa chỉ đến 1 số nhà các Internet Service Provider (ISP) lớn và các ISP lớn này sau đó sẽ gán những khối nhỏ hơn cho các đại lý và các ISP nhỏ hơn. ISP sẽ cấp 1 IP Public cho mỗi máy tính của bạn để các máy tính này có thể kết nối trực tiếp đến ISP. Các địa chỉ này được cấp 1 cách tự động dến mỗi máy tính khi máy tính kết nối và có thể là địa chỉ tĩnh nếu đường line của bạn thuê riêng hay các tài khoàn Dial-up. 1.2.6.2. IP Private IANA đã dự trữ một ít địa chỉ IP mà các địa chỉ này không bao giờ được sử dụng trên Internet. Những địa chỉ IP Private này được sử dụng cho những Host yêu cầu có IP để kết nối nhưng không cần được thấy trên các mạng Public. Ví dụ, 1 user kết nối những máy tính trong mạng TCP/IP ở nhà thì ko cần cấp 1 địa chỉ IP Public cho mỗi Host. User có thể lấy những khoảng IP ở bảng dưới đây để cung cấp địa chỉ cho các Host trong mạng. Những host có địa chỉ IP Private có thể kết nối đến Internet bằng cách sử dụng 1 Proxy Server hay 1 máy tính chạy Windows Server 2003 đã cấu hình như là 1 Network Address Translation (NAT) Server. Windows Server 2003 cũng tích hợp chức năng Internet Connection Sharing (ICS) để cung cấp dịch vụ NAT đơn giản cho các Client trong mạng Private. 1.2.7. Lớp địa chỉ Có 5 lớp địa chỉ IP để tạo các mạng có kích thước khác nhau gồm: Lớp A, Lớp B, Lớp C, Lớp D, Lớp E. TCP/IP hỗ trợ gán địa chỉ lớp A, lớp B, lớp C cho các trạm. Các lớp này có chiều dài phần NET ID và HOST ID khác nhau nên số lượng Mạng và số lượng Trạm trên mỗi mạng cũng khác nhau. + Lớp A: Được gán cho các Mạng có kích thước cực lớn. Trong lớp địa chỉ này Byte đầu tiên xác định NET ID, Bit cao nhất của Byte này luôn được đặt là 0. 3 Byte còn lại xác định Host ID. Do đó lớp A có thể cấp cho 126 Mạng với 16.777.214 Trạm trên mỗi Mạng. + Lớp B: Được gán cho các Mạng có kích thước vừa và lớn. Trong lớp địa chỉ này 2 Byte đầu tiên xác định NET ID, 2 Bit cao nhất của Byte đầu tiên luôn được đặt là 1 0. 2 Byte còn lại xác định Host ID. Do đó lớp B có thể cấp cho 16.384 Mạng với 65.534 Trạm trên mỗi Mạng. + Lớp C: Được gán cho các Mạng có kích thước nhỏ. Trong lớp địa chỉ này 3 Byte đầu tiên xác định NET ID, 3 Bit cao nhất của Byte đầu tiên luôn được đặt là 1 1 0. Byte cuối cùng xác định Host ID. Do đó lớp C có thể cấp cho 2.097.152 Mạng với 254 Trạm trên mỗi Mạng. + Lớp D: Các địa chỉ lớp này sử dụng cho Truyền Đa Hướng (Multicast). 1 nhóm Multicast có thể chứa 1 hoặc nhiều Trạm. Trong lớp này 4 Bit cao nhất của Byte đầu tiên luôn được đặt là 1 1 1 0, các Bit còn lại định nghĩa nhóm Multicast. Địa chỉ lớp D không được chia thành Net ID và Host ID. Các gói(Packets) Multicast được truyền tới 1 nhóm Trạm cụ thể và chỉ có các Trạm đăng kí vào nhóm này mới nhận được gói. + Lớp E: Là lớp địa chỉ thực nghiệm, nó không được thiết kế cho mục đích sử dụng chung. Lớp E được dự phòng cho các ứng dụng tương lai. Các Bit cao nhất của Byte đầu tiên luôn được đặt là 1 1 1 1. Tổng số IP có thể sử dụng là : 3.720.314.628 Hình 2:Bảng sau đây sẽ mô tả khái quát về các lớp địa chỉ IP Hình 3:Bảng mô tả sự khác nhau giữa 3 Lớp địa chỉ A, B và C: 1.2.8. Subnet Mask Để biết Trạm đích thuộc Mạng cục bộ hay ở xa. Trạm nguồn cần 1 thông tin khác. Thông tin này chính là Subnet Mask. Subnet Mask là 1 địa chỉ 32 bit được sử dụng để che 1 phần của địa chỉ IP. Bằng cách này các máy tính có thể xác định đâu là Net ID và đâu là Host ID trong 1 địa chỉ IP. Mỗi Trạm trong mạng TCP/IP yêu cầu có 1 Subnet Mask. Nó được gọi là Subnet Mask mặc định, nếu nó chưa được chia Subnet (vì vậy nó chỉ có 1 Subnet Đơn), và được gọi là Subnet Mask tùy ý nếu nó được chia thành nhiều Subnet Ví dụ : 1 số 32bit tiêu biểu cho 1 Subnet Mask mặc định được dùng bởi những Trạm đã cấu hình với 1 địa chỉ lớp C (ví dụ 192.168.20.50) là :11111111 11111111 11111111 00000000 (255.255.255.0). Khi 1 trạm có địa chỉ 192.168.20.50 gởi gói tin đến địa chỉ 192.168.50.20. Đầu tiên, Trạm sẽ thực hiện phép tính AND giữa Địa Chỉ cục bộ với Subnet Mask mặc định cục bộ. Bởi vì khi thực hiện phép tính AND 2 số, bất kì số nào AND với 0 sẽ là 0, và AND với 1 sẽ là chính nó => khi AND 192.168.20.50 với 255.255.255.0 kết quả là 192.168.20.0. Máy trạm sau đó sẽ thực hiện phép tính AND giữa Địa chỉ Đích với Subnet Mask giống trên. TCP/IP sau đó sẽ so sánh kết quả những giá trị từ 2 phép tính AND. Nếu 2 giá trị đồng nhất thì Trạm TCP/IP kết luận đích kia là trên Subnet cục bộ. Nếu 2 giá trị khác nhau thì Trạm xác định đích kia là ở xa. Có 1 cách viết khác để xác định Subnet Mask là: Địa chỉ IP / Tiền tố Mạng. Tiền tố Mạng được xác định bằng cách cộng tất cả các bit 1 trong dãy 32bit của Subnet Mask. Ví dụ : 192.168.5.10 có Subnet Mask mặc định là 255.255.255.0. Đổi qua số nhị phân sẽ là 11111111 11111111 11111111 00000000. Tổng cộng có 24 bit 1. Vậy ta có thể viết dưới dạng 192.168.5.10 / 24 1.2.9. Default Gateway Khi 1 trạm trong TCP/IP cần truyền thông tin với 1 Trạm trên Mạng khác thì nó phải thông qua 1 Router. Router được gắn nhiều Interface (ví dụ Card Mạng) kết nối đến các Mạng riêng biệt, Routing là quá trình nhận những gói IP tại 1 Interface và gởi những gói này ra 1 Interface khác hướng về 1 đích cuối cùng. Với 1 host được cấp trên Mạng TCP/IP thì Default Gateway là địa chỉ của Router, nằm trong 1 phạm vi Broadcast, nó được cấu hình để đưa những luồng IP đến Mạng khác. Khi 1 máy tính cố gắng truyền đạt thông tin đến 1 trạm khác trên Mạng IP, máy tính sẽ dùng SUBNET MASK để xác định Trạm đích là Cục Bộ (Local) hay ở Xa (Remote). Nếu đích là 1 trạm trên 1 phân đoạn Mạng Cục Bộ, máy tính sẽ đơn giản gởi 1 gói tin đến Mạng Cục Bộ bằng cách truyền cho tất cả (Broadcast). Nếu đích là 1 Trạm ở xa, máy tính sẽ đưa gói tin đến Default Gateway đã được xác định trong TCP/IP Properties. Router được ghi rõ tại địa chỉ Default Gateway sau đó sẽ chịu trách nhiệm đưa gói tin đến Mạng 1 cách chính xác. 1.3. TCP/IP cho vi điều khiển 1.3.1.TCP/IP stack. TCP/IP stack cho vi điều khiển là một bộ chương trình nhằm cung cấp những ứng dụng cơ bản về TCP/IP như HTTP Server, mail client … Nhiều sự bổ sung TCP/IP đều đi theo một cấu trúc phần mềm. Phần mềm đó được chia thành nhiều lớp, mỗi lớp này là khối riêng biệt chồng lên nhau (còn gọi là “TCP/IP stack”) và mỗi lớp thì nó có thể tác động trực tiếp tới một hoặc nhiều lớp khác thấp hơn nó. Hơn nữa, có cảm giác như rất nhiều lớp TCP/IP nó không chỉ hoạt động khi được yêu cầu mà cả những lúc không được yêu cầu. Một hệ thống có nhiều bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình có thể dể dàng kết hợp chặt chẽ thực hiện những nhu cầu. Một hệ thống điều khiển có thể cung cấp rất nhiều thuận lợi và do đó nó có thể thực hiện theo các phần khác nhau. Nhưng nó cũng trở nên khó khăn khi hệ thống chỉ có 8bit điều khiển, với vài trăm byte RAM và giới hạn bộ nhớ chương trình sử dụng. Thêm vào đó là truy cập hệ thống điều khiển, người dùng phải đặc biệt chú ý ứng dụng chính. Một TCP/IP Stack nó kết hợp chặt chẽ với ứng dụng chính là tương đối dễ dàng và có thể nó rất có hiệu quả. Phần lớn các chương trình được viết bằng ngôn ngữ “C”. Nó phụ thuộc vào chương trình biên dịch để nó tự động thay đổi các file nguồn. Giả sử TCP/IP Stack được thiết kế cho họ vi điều khiển PIC 18 thì nó có thể dễ dàng chạy trong các thiết bị phần cứng của vi điều khiển PIC 18. Cũng giống như TCP/IP chuẩn, TCP/IP Stack cho vi điều khiển cũng chia thành nhiều lớp TCP/IP Stack. Các mã ở mỗi lớp được tách ra từ dữ liệu ban đầu, trong khi các APIs(Application Programming Interfaces) được định nghĩa thông qua các thư viện có sẵn. Không giống như TCP/IP chuẩn thì nhiều lớp TCP/IP Stack của vi điều khiển trực tiếp truy cập một hoặc nhiều lớp mà không cần theo thứ tự từ trên xuống. Thêm vào đó TCP/IP Stack có thêm 2 module mới là “Stack Task” và “ARPTask”. StackTask dùng để điều khiển tất cả các module trong khi ARPTask quản lý các lớp ARP(Address Resolution Protocol). Như đã đề cập phía trên thì TCP/IP stack là một ngăn xếp hoạt đông liên tục có vài lớp TCP/IP thì hoạt động ở chế độ không đồng bộ. TCP/IP Stack cho vi điều khiển được thiết kế một cách động lập đối với một hệ thống và do đó có thể thực thi hệ thống một cách đa nhiệm. Kết quả là nó có thể sử dụng được một vài hệ thống và thường được sử dụng để điều khiển hệ thống đa nhiệm hoặc là không. Hình 4 : Biểu diễn sở đồ TCP/IP stack cho vi điều khiển Hardwired TCP/IP Giới thiệu về chip Ethernet W5100 Cung cấp bộ giao thức TCP/IP trong phần cứng: TCP, UDP, IPv4ARP, IGMP, PPPoE, Ethernet. 10BaseT/100BaseTX được tích hợp trong phần cứng. Tự động cung cấp MDI/MDIX. Kết nối ADSL(sử dụng giao thức PPPoE với PAP/CHAP ). 4 sockets độc lập đồng thời xảy ra cùng 1 lúc. 16Kbyte cho bộ nhớ trong dùng cho truyền nhận. Công nghệ CMOS 0.18um. Điện áp làm việc 3.3v-5v. Được đóng gói trong 80 chân vào ra. Chuẩn giao tiếp cho phép truyền dữ liệu đồng bộ(SPI mode 0,3). Có LED ở lối ra (truyền, nhận, tốc độ, xung đột, kết nối). Sơ đồ chân Hình 5: Sơ đồ cấu hình chân của W5100 Miêu tả một số thanh ghi MR (Mode Register) [R/W] [0x0000] [0x00]: Là thanh ghi dùng để S/W reset,kiểm tra mode bộ nhớ, mode ngắt kết nối, mode PPPoE và bus I/F. GWR (Gateway IP Address Register) [R/W] [0x0001 – 0x0004] [0x00]: Là thanh ghi để cài đặt địa chỉ Gateway. SUBR (Subnet Mask Register) [R/W] [0x0005 – 0x0008] [0x00]: Là thanh ghi để cài đặt địa chỉ Subnet Mask. SHAR (Source Hardware Address Register) [R/W] [0x0009 – 0x000E] [0x00]: Là thanh ghi để cài đặt địa chỉ Source Hardware . SIPR (Source IP Address Register) [R/W] [0x000F – 0x0012] [0x00]: Là thanh ghi để cài đặt địa chỉ IP. IR (Interrupt Register) [R] [0x0015] [0x00]: Là thanh ghi dùng để xử lý nhiều trường hợp còn gọi là ngắt. IMR (Interrupt Mask Register) [R/W] [0x0016] [0x00]: Thanh ghi mặt nạ ngắt. Miêu tả các chức năng a. Cài đặt thông tin ban đầu Để điều khiển được W5100 thì phải lựa chọn và sử dụng các thanh ghi thích hợp như sau: Thanh ghi cách thức (MR) Thanh ghi mặt nạ ngắt (IMR) Thanh ghi khởi tạo thời gian (RTR) Thanh ghi đếm(RCR) b. Cài đặt về thông tin mạng Thanh ghi dưới đây là cấu hình của một mạng cơ bản và tùy thuộc vào môi trường mạng. Thanh ghi địa chỉ Gateway (GAR) Thanh ghi địa chỉ phần cứng (SHAR) Thanh ghi Subnet Mask (SUBR) Thanh ghi địa chỉ IP (SIPR) Truyền thông dữ liệu Việc kết nối dữ liệu được thông qua TCP,UDP,IP-Raw và MAC-Raw.Đúng ra việc lựa chọn kết nối là một dải các giao thức của các khe cắm kết nối.(W5100 cung cấp cho 4 khe cắm ). a. TCP TCP là một phương pháp kết nối cơ bản trong đó nó cho phép thiết lập kết nối trong một yêu cầu nhất định và việc chuyển giao dữ liệu kết nối bằng địa chỉ IP và số cổng của hệ thống. Có 2 phương pháp để thiết lập kết nối: Server đợi đến khi có yêu cầu kết nối Client gửi yêu cầu kết nối tới Server Hình 6: Phương pháp kết nối TCP b. UDP UDP (User Datagram Protocol) là một trong những giao thức cốt lõi của giao thức TCP/IP. Dùng UDP, chương trình trên máy tính có thể gởi những dữ liệu ngắn được gọi là datagram tới máy khác. UDP không cung cấp sự tin cậy và thứ tự truyền nhận mà TCP làm, các gói dữ liệu có thể đến không đúng thứ tự hoặc bị mất mà không có thông báo. Tuy nhiên UDP nhanh và hiệu quả hơn đối với các mục tiêu như kích thước nhỏ và yêu cầu khắt khe về thời gian. Do bản chất không trạng thái của nó nên nó hữu dụng đối với việc trả lời các truy vấn nhỏ với số lượng lớn người yêu cầu. Những ứng dụng phổ biến sử dụng UDP như DNS (Domain Name System), ứng dụng streaming media, Voice over IP, Trivial File Transfer Protocol (TFTP) và game trực tuyến. Thông tin ứng dụng Việc truyền thông giữa vi điều khiển với chíp ethernet W5100 cung cấp hướng kết nối sau: Theo phương pháp trực tiếp, phương pháp gián tiếp và SPI phương pháp. Truyền thông dùng Ethernet PHY(MAC). a. Dùng các phương pháp kết nối trực tiếp Dùng 15bit địa chỉ và 8bit dữ liệu: /CS, /RD, /WR, /INT. b. Dùng các phương pháp kết nối gián tiếp Dùng 2bit địa chỉ và 8bit dữ liệu: /CS, /RD, /WR, /INT. c. Dùng phương pháp kết nối SPI (Serial Peripheral Interface) SPI chỉ dùng 4 chân để truyền dữ liệu: /SCLK, /SS, /MOSI, /MISO. Ở W5100, SPI_EN là chân dùng để điều khiển SPI. Một số ứng dụng W5100 Thiết bị mạng gia đình: Hộp nối, PVRs, chuyển đổi nguồn số. Bộ nối tiếp tới ethernet: Bộ điều khiển truy cập, LED hiện thị, Rơle AT không giây… Bộ song song tới ethernet: Máy in, máy photocopy. USB ethernet: Thiết bị lưu trữ, máy in mạng. GPIO ethernet: Các cảm biến mạng gia đình. Hệ thống bảo vệ: DVRs, camera giám sát thông qua mạng. Sản xuất và chế tạo tự động. Các thiết bị điều khiển ứng dụng trong y tế. Các hệ thống cố định. Chương 2: Vi Điều Khiển 2.1. Tìm hiểu về vi điều khiển AVR-Micro Atmega64L Hãng Atmel đã từ lâu nổi tiếng với chíp vi điều khiển họ 89Cxx phù hợp với các ứng dụng đơn giản. Chuyển sang họ AVR, Atmel đã thêm vào chip vi điều khiển này nhiều tính năng mà chíp họ 8051 không có như là ADC, PWM, BUS I2C, 2 Wire v.v..., để giúp cho người sử dụng có thêm nhiều tính năng để sử dụng. 2.1.1. Mô tả chung về AVR AVR là vi điều khiển được thiết kế cho rất nhiều ứng dụng. Từ các ứng dụng điều khiển, đo lường... Vi điều khiển AVR có thể coi như là một máy vi tính được tích hợp trên một chíp đơn. AVR là vi điều khiển 8 bit ( không thuộc họ vi điều khiển xử lý số DSP ) thiết kế hướng vào mục đích điều khiển. Được tích hợp các bộ nhớ EEPROM và bộ nhớ Flash (có thể lập trình được trong hệ thống- In system programmable). AVR có các trình dịch hộ trợ để lập trình từ mức thấp assembly (AVR Studio), đến ngôn ngữ bậc cao như là C ( ICC, AVR CodeVision ). AVR có thể thực hiện được hàng triệu lệnh đơn trong một giây. 2.1.2. Tính năng của Atmega64L Hiệu suât cao. Là dòng AVR 8 bit tiêu thụ điện năng thấp (Low power AVR). Sử dụng cấu trúc RISC 133 chỉ lệnh. Một lệnh trong 1 chu kỳ máy. 32x8 thanh ghi chung + thanh ghi điều khiển ngoại vi. Lên đến 16 triệu lệnh/s với tấn số 16 MHz. Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu: 64K Byte bộ nhớ Flash lập trình lại trong hệ thống. Lựa chọn Boot code với các bit lock độc lập. Lập trình trong hệ thông bằng chương trình Boot. 4KB EEPROM và 4KB SRAM. ( có thể mở rộng 64K RAM ngoài). Lập trình trong hệ thống (ISP) qua giao diện SPI. Giao diện JTAG (chuẩn IEEE std. 1149.1) Hỗ trợ chức năng gỡ rối trên chíp. Lập trình thông qua JTAG. Các tính năng ngoại vi: Hai timer 8 bit và hai timer 16 bit. Đồng hồ thời gian thực với bộ chia tần số. Hai kênh PWM 8bit. 6 kênh PWM 2-16bit. Bộ so sánh tương tự. ADC 8 kênh 10 bit. 7 kênh ADC vi phân, 2 kênh ADC có bộ khếch đại 1x, 10x, 200x. Giao diện nối tiếp Two-wire. Hai UASRT. Giao diện nối tiếp Chủ/Tớ SPI. Timer watch dog. Các tính năng đặc biệt: Reset khi cấp nguồn. Bộ phát hiện xụt nguồn (Brown-out detection) khả trình. Bộ giao động RC tích hợp sẵn bên trong. Ngắt trong và ngắt ngoài. Sáu chế độ ngủ ( Sleep) để tiết kiệm năng lượng. Tần số làm việc có thể xác định bằng phần mềm. Điện áp làm việc: 2,7 – 5,5V cho Atmega64L 4,5 – 5,5V cho Atmega64 Tốc độ: 0 - 8 MHz cho Atmega64L 0 - 16 MHz cho Atmega64 2.1.3. Sơ đồ chân Sơ đồ cấu hình chân của Atmega64L Hình 7: Sơ đồ phần cứng Sơ đồ khối: Hình 8: Sơ đồ khối vi điều khiển AVR: Atmega64L 2.1.4. Các khối của Atmega64L Do các khối chức năng của Atmega64L rất nhiều lên em chỉ đề cập đến các khối chức năng sử dụng trong luận văn này. 2.1.4.1.Lõi CPU của Atmega64L Trong mục này sẽ mô tả tổng quát về cấu trúc lõi CPU của AVR. Chức năng chính của lõi CPU là đảm bảo cho chương trình hoạt động. CPU phải có khả năng truy cập vào bộ nhớ, thực hiện tính toán, điều khiển ngoại vi và quản lý ngắt. Sơ đồ khối của CPU: Hình 9: Sơ đồ khối CPU Các bộ xử lý AVR có kiến trúc Harvard, nghĩa là có bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách biệt nhau. Hình trên minh họa sơ đồ khối CPU của AVR. Bus dữliệu dùng cho bộ nhớ dữ liệu là 1 bus 8 bit, cho phép nối hầu hết các bộ phận ngoại vi với tệp thanh ghi ( register file). Bus dữ liệu dùng cho bộ nhớ chương trình có độ rộng 16 bit và chỉ nối với thanh ghi lệnh. Khối số học logic ALU Khối số học (ALU) thực hiện các thao tác như thao tác bit, phép tính số học và lôgic trên nội dung của các thanh ghi và ghi ngược kết quả vào tệp thanh ghi trên thanh ghi đã được chỉ định. Các thao tác này được thực hiện trong một chu kỳ đồng hồ đơn lẻ. Mỗi một thao tác ALU đều làm ảnh hưởng đến các cờ trong thanh ghi trạng thái (STATUS), tùy thuộc vào lệnh. Thanh ghi trạng thái SREG Thanh ghi triạng thái có chứa 8bit cờ, đóng vai trò báo hiệu trạng thái hiện tại của bộ xử lý. Tất cả các bit đó dược xóa bởi chương trình. Các địa chỉ I/O của thanh ghi trang thái là $3F( địa chỉ bộ nhớ là $57). Thanh ghi trạng thái không được lưu trữ bằng máy (machine) trong thời gian diễn ra một thao tác ngắt. Lệnh trong một đoạn chương trình ngắt có thể xủa đổi bít cờ trạng thái, và vì thế chương trình của người dùng phải lưu trữ và khôi phục thanh ghi trạng thái trong thời gian có một ngắt. Tập thanh ghi đa năng Tất cả các bộ điều khiển AVRđều có 32 thanh ghi đa năng. Một số trong các thanh ghi này còn có các chức năng riêng, bổ sung. Các thanh ghi dược đặt tên từ R0 đến R31. Tệp thanh ghi được tách thành 2 phần, mỗi phần có 16 thanh ghi, đánh số từ R0 đến R15 và R16 đến R31. Tất cả truy nhập trong chu trình đơn đến tất cả các thanh ghi. Thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP Thanh ghi này có độ rộng bằng 1 byte đối với các bộ xử lý có đến 256 byte bộ nhớ SRAM và bằng 2byte (được gọi là SPH và SPL) đối với các bộ xử lý có bộ nhớ . Thanh ghi này sử dụng để chỉ đến vùng trong bộ nhớ SRAM ở đỉnh của ngăn xếp. Ngăn xếp được sử dụng để lưu trữ địa chỉ mà bộ xử lý trả trở lại trong thời gian một ngắt và gọi thủ tục . Bởi vì SP được khởi tạo về $0000 khi rết, nên chương trình người dùng cần phải khởi tạo SP cho thích hợp, bởi vì địa chỉ bắt đầu của bộ nhắ SRAM không phải là $0000 mà là $60. Ngăn xếp sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống dưới trong địa chỉ bộ nhớ, nghĩa là, việc đẩy một giá trị lên trên ngăn xếp sẽ làm cho SP giảm đi một giá trị. Khi kéo một giá trị khỏi ngăn xếp sẽ làm tăng SP thêm một giá trị. Việc thực thi lệnh Bộ xử lý AVR được điều khiển bởi đồng hồ hệ thống, đồng hồ này có thể ở bên ngoài hoặc, nếu có tồn tại và được phép, một đồng hồ RC bên trong có thể được sử dụng. Đồng hồ hệ thống này không qua bất kỳ bộ chia nào và được sử dụng trục tiếp cho tất cả các thao tác truy nhập bên trong bộ xử lý. Bộ xử lý có một đường ống (pipeline) 2 tầng, và lệnh tìm nạp giải mã được thực hiện đồng thời vời việc thực thi lệnh. Hình 10: Tìm nạp/ giải mã lệnh và việc thực thi lệnh. Cứ mỗi lần lệnh được tìm nạp, nếu đây là một lệnh liên quan đến ALU, nó có thể được thực thi bởi khối ALU như được minh họa tren hình 3-5 cho một chu trình đơn lẻ. Hình 11: Việc thực thi của ALU bao gồm tìm/nạp thực thi, và ghi ngược lại vào thanh ghi. Mặt khác, việc truy nhập bộ nhớ SRAM chiếm mất 2 chu kỳ, như dược minh họa ở hình dưới. Nguyên nhân là việc truy nhập bộ nhớ SRAM sử dụng một thanh ghi con trỏ dùng cho địa chỉ bộ nhớ SRAM. Thanh ghi con trỏ này chỉ là một trong các thanh ghi con trỏ (các cặp thanh ghi X, Y hoặc Z) có trên chip. Chu trình đồng hồ thứ nhất được cần đến để truy nhập tệp thanh ghi và để thao tác trên thanh ghi con trỏ (các lệnh truy nhập bộ nhớ SRAM cho phếp tăng địa chỉ trước/ sau thao tác trên thanh ghi con trỏ). Ở thời điểm kết thúc của chu kỳ đồng hồ thứ nhất, khối ALU thực hiện phép tính này, và sau đó địa chỉ này được sử dụng để truy nhập ô nhớ SRAM và để ghi vào ô nhớ này ( hoặc đọc ra rừ đó vòa thanh ghi đích), như được minh họa hình dưới. Hình 12: Các chu trình truy nhập dữ liệu lên thanh ghi SRAM trên chip. 2.1.4.2. Bộ nhớ của Atmega64L Bộ nhớ của Atmega64L được chia làm 2 phần: bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Trong trường hợp đặc biệt bộ nhớ EEPROM được mô tả như là bộ nhớ dữ liệu. Atmega có 64k Byte bộ nhớ Flash lập trình lại được trong hệ thống (ISP- In system progammable) cho bộ nhớ chương trình. Bây giờ họ vi điều khiển AVR đề là chip 16 hoặc 32 bit thì Flash được tổ chức là 32k x 6. Để vi điều khiển hoạt động chương trình phải được nạp vào bộ nhớ Flash. Giới thiệu bộ nạp AVR-doper: Hình 13: Bộ nạp AVR-doper. Bộ nạp này có ưu điểm là sử dụng giao diện USB với PC, và hoạt động được với điện áp 3,3V. Atmega64L có bộ nhớ SRAM là 4k byte. 2.1.4.3 Nguồn xung hệ thống Atmega có thể dùng các nguồn xung clock: RC ngoài, thạch anh ngoài, nguồn xung ngoài hoặc bộ dao động RC tích hợp bên trong. Trong luận văn, vi điều khiển Atmega64L dùng bộ cộng hưởng thạch anh ngoài 7.3728 MHz . 2.1.4.4. Ngắt phần cứng của Atmega64L Atmega64L có tổng cộng 36 ngắt phần cứng : ngắt cho timer, ngắt USART, ngắt ADC, PWM v.v... Hình 14: bảng véc tơ ngắt của Atmega64L 2.1.4.5.Bộ đếm/định thời của Atmega64L: Atmega64L có 4 timer/counter gồm 2 timer 8bit (timer0 và timer2) và 2 timer 16bít (timer1 và timer2). Sơ đồ khối của timer1: Hình 15: Sơ đồ khối của timer/counter. Timer/counter1, 16 bit cho phép lập trình các thời gian điều khiển chính xác ( đếm các sự kiện), tạo xung, đo độ rộng thời gian của tín hiệu. Các tính năng: Là timer 16 bit cho phép tạo PWM 16bit. Ba lối ra so sánh độc lập. Một bộ capture đầu vào. Chế độ Auto Reload. Triệt nhiễu đầu vào Capture. Hiệu chỉnh pha PWM. Chu kỳ PWM thay đổi được. Bộ tạo tần số. Đếm sự kiện ngoài. 10 nguyên nhân gây ngắt timer độc lập(TOV1, OCF1A, OCF1B, OCF1C, ICF1, TOV3, OCF3A, OCF3B, OCF3C, and ICF3). 2.1.4.5.Bộ biến đổi tương tự sang số ADC Tính năng: Trả về kết quả ADC 10 bit. 0.75 đơn vị không tuyến tính. Độ chính xác tuyệt đối là ± 1.5 LSB. Thời gian biến đổi là từ 13- 260 μs. 8 lối vào đơn hợp kênh ADC. 7 lối vào vi phân ADC. 2 lối vào vi phân có bộ khếch đại đầu vào. Điều chỉnh lệch trái ở kết quả ADC. Điện áp vào ADC từ 0 – Vcc hoặc 2,7 – Vcc đối với ADC vi phân. Có khả năng lựa chọn 2,56V làm điện áp chuẩn cho ADC. ADC tự động bắt đầu biến đổi bời Auto Trigger của nguồn ngắt. Ngắt khi biến đổi hoàn thành. Có mode loại trừ nhiễu. Hình 16: Sơ đồ khối bộ biến đổi ADC. 2.1.4.6.Bộ truyền nhận nối tiếp USART Atmega64L có 2 khối USART: USART0 và USART1. Tính năng: Hoạt động song công ( Thanh ghi truyền và nhận độc lập ) Hoạt động ở chế độ đồng bộ hoặc không đồng bộ. Bộ tạo tốc độ Baud. Khung truyền 5,6,7,8 hoặc 9 bit dữ liệu và 1 hoặc 2 bit stop. Tạo và kiểm tra chẵn lẻ bằng phần cứng. Phát hiện tràn dữ liệu. Phát hiện lỗi khung truyền. Lọc nhiễu bao gồm phát hiện lỗi bit start và lọc số thông thấp. Ba ngắt : truyền hoàn tất, thanh ghi dữ liệu TX trống, nhận hoàn tất. Truyền thông đa vi xử lý. Gấp đôi tốc độ với mode truyền không đồng bộ. Hình 17: Sơ đồ khối USART. Mode thường được sử dụng là mode: truyền không đồng bộ, tốc độ baud 9600, 8 bit dữ liệu, 1 bit stop, không kiểm chẵn lẻ, không bắt tay. Trong luận văn này em sử dụng USART1 để hiện thị các thông số cần thiết để xuất ra màn hình. Chương 3: Thực Nghiệm Với cơ sở lý thuyết trên ta xây dựng một thiết bị ethernet kết hợp với vi điều khiển. Thiết bị này được xây dựng chủ yếu bởi hai phần chính là thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm. Do yêu cầu module ethernet WIZ810MJ này dùng nguồn là 3,3V. Toàn bộ mạch được thiết kế với các linh kiện low power bao gồm: LDO 3,3V (78M33), Atmega16L, WIZ810MJ. 3.1. Thiết kế phần cứng Phần cứng này bao gồm 1 module Ethernet WIZ810MJ được nối với vi điều khiển theo kết nối chuẩn SPI. Sơ đồ nguyên lý được chỉ bởi hình dưới. Thành phần chính bao gồm khối nguồn dùng LM7805 ổn áp từ 12V xuống 5V, LDO ổn áp từ 5V xuống 3.3V, vi điều khiển Atmega64L, Max232 để hiện thị các thông số cần thiết ra máy tính. Hình 18: Sơ đồ nguyên lý mạch chính. Hình 19: Sơ đồ nguyên lý Module ethernet WIZ810MJ. Thành phần của mạch bao gồm vi điều khiển W5100,Jac ethernet RJ45.Để kết nối SPI với vi điều khiển Atmega64L ta sử dụng các chân sau: /MISO, /MOSI, /SS, /SCLK +MISO: Master Out Slaver In +MOSI: Master In Slaver Out +SS: Slaver Select +SCLK: Serial Clock Hình 20: Mặt sau của mạch thiết kế. Hình 21: Mặt trước của mạch thiết kế. 3.2. Xây dựng phần mềm 3.2.1.Viết chương trình cho vi điều khiển Atmega64L. Ở đây ta phải viết chương trình cho Atmega 64L để đọc dữ liệu từ module ethernet bằng chuẩn kết nối SPI. Chương trình được viết và biên dịch bằng chương trình AVR Studio 4. Việc kết nối giữa module ethernet WIZ810MJ với các máy tính có nối mạng .Trong luận văn này sử dụng giao thức kết nối DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol). Giá trị cần thiết được trả về qua USART1 về máy tính để debug các thông số như:Địa chỉ IP, tên miền (Host name), địa chỉ Mac. Hình 22: Quá trình viết chương trình cho vi điều khiển. Hình 23: Kết quả thu được từ địa chỉ của Model . Hình trên là kết quả thử nghiệm thành công DHCP mà em thu được có Tên miền là WIZnet, địa chỉ MAC là 00:08:DC:00:00:11 ,địa chỉ IP là 192.168.11.152. Kết quả này được kiểm tra từ địa chỉ của Model là 192.168.11.1 Hình 24: Kết quả Ping giữa module ethernet với máy tính PC. Trên đây là kết quả thử nghiệm ping thành công kết nối giữa 1 máy tính tới module ethernet WIZ810MJ có địa chỉ là 192.168.11.152. KẾT LUẬN Trong khoá luận tốt nghiệp này, em đã hiểu thực hiện được một số công việc chính như sau: Tìm hiều và ứng dụng vi điều khiển Atmega64L trong điều khiển và đo lường, phương pháp tích hợp và giao tiếp thông qua SPI. Nắm rõ được hoạt động, ứng dụng của chíp ethernet W5100 thông qua module WIZ810MJ. Tìm hiểu về cấu hình, hoạt động về TCP/IP. Đề xuất một số ứng dụng của thiết bị: Sử dụng thiết bị để cập nhật các thông tin mới, chính xác về thời tiết,chỉ số chứng khoán bằng ma tran led. Sử dụng thiết bị cho việc truyền các thông tin, dữ liệu từ các sensor y tế để cập nhật các thông tin của bệnh nhân. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alexander Popov & Peter Popov “Portable Network Service Monitor” [2] [3] [4] [5] [6] CHƯƠNG TRÌNH TRÊN VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA64L /***************************************************** Project : Signed Language Version : 1.0 Date : 20/03/2008 Author : Nguyen Thanh Hiep Org : Coltech Vnu Chip type : ATmega64L Program type : Application Clock frequency : 7,372800 MHz *****************************************************/ #include "w5100.h" #include "dhcp.h" #define DHCP_DEBUG #define HOST_NAME "WIZnet" /* Host Name */ u_char SRC_MAC_ADDR[6]; /* Local MAC address */ u_char GET_SN_MASK[4]; /* Subnet mask received from the DHCP server */ u_char GET_GW_IP[4]; /* Gateway ip address received from the DHCP server */ u_char GET_DNS_IP[4] = "\x00\x00\x00\x00"; /* DNS server ip address received from the DHCP server */ u_char GET_SIP[4] = {0,}; /* Local ip address received from the DHCP server */ static u_char DHCP_SIP[4] = {0,}; /*DNS server ip address is discovered */ static u_char DHCP_REAL_SIP[4] = {0,}; /* For extract my DHCP server in a few DHCP servers */ static u_char OLD_SIP[4]; /* Previous local ip address received from DHCP server */ static char dhcp_state; /**< DHCP client status */ static char retry_count; /**< retry count */ static u_char DHCP_timeout; /**< DHCP Timeout flag */ static un_l2cval lease_time; /**< Leased time */ static u_long dhcp_time, next_dhcp_time; /**< DHCP Timer tick count */ static u_long DHCP_XID; static SOCKET DHCPC_SOCK; /**< Socket for the DHCP client */ static RIP_MSG* pRIPMSG; /**< Pointer for the DHCP message */ void (*dhcp_ip_update)(void) = 0; /**< handler to be called when the IP address from DHCP server is updated */ void (*dhcp_ip_conflict)(void) = 0; /**< handler to be called when the IP address from DHCP server is conflict */ static void send_DHCP_DISCOVER(SOCKET s); /* Send the discovery message to the DHCP server */ static void send_DHCP_REQUEST(SOCKET s); /* Send the request message to the DHCP server */ static void send_DHCP_RELEASE_DECLINE(SOCKET s,char msgtype); /**< send the release message to the DHCP server */ static char parseDHCPMSG(SOCKET s, u_int length); /* Receive the message from DHCP server and parse it. */ static void reset_DHCP_time(void); /* Initialize DHCP Timer */ static void DHCP_timer_handler(void); /* DHCP Timer handler */ static char check_leasedIP(void); /* Check the leased IP address */ static void check_DHCP_Timeout(void); /* Check DHCP Timeout */ static void set_DHCP_network(void); /* Apply the leased IP address to LP-NetCAM II */ static void proc_ip_conflict(void); /* called when the leased IP address is conflict */ //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static void reset_DHCP_time(void) { dhcp_time = 0; next_dhcp_time = dhcp_time + DHCP_WAIT_TIME; retry_count = 0; } //------------------------------------------------------------------------------------------------------static void send_DHCP_DISCOVER( SOCKET s /**< a socket number. */) { unsigned char ip[4]; unsigned int i=0; pRIPMSG = (RIP_MSG*)TX_BUF; *((unsigned long*)DHCP_SIP)=0; *((unsigned long*)DHCP_REAL_SIP)=0; memset((void*)pRIPMSG,0,sizeof(RIP_MSG)); pRIPMSG->op = DHCP_BOOTREQUEST; pRIPMSG->htype = DHCP_HTYPE10MB; pRIPMSG->hlen = DHCP_HLENETHERNET; pRIPMSG->hops = DHCP_HOPS; pRIPMSG->xid = htonl(DHCP_XID); pRIPMSG->secs = htons(DHCP_SECS); pRIPMSG->flags = htons(DHCP_FLAGSBROADCAST); pRIPMSG->chaddr[0] = SRC_MAC_ADDR[0]; pRIPMSG->chaddr[1] = SRC_MAC_ADDR[1]; pRIPMSG->chaddr[2] = SRC_MAC_ADDR[2]; pRIPMSG->chaddr[3] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->chaddr[4] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->chaddr[5] = SRC_MAC_ADDR[5]; /* MAGIC_COOKIE */ pRIPMSG->OPT[i++] = (char)((MAGIC_COOKIE >> 24)& 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (char)((MAGIC_COOKIE >> 16)& 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (char)((MAGIC_COOKIE >> 8)& 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (char)(MAGIC_COOKIE& 0xFF); /* Option Request Param. */ pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpMessageType; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x01; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_DISCOVER; // Client identifier pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpClientIdentifier; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x07; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x01; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[5]; // host name pRIPMSG->OPT[i++] = hostName; pRIPMSG->OPT[i++] = strlen(HOST_NAME)+3; // length of hostname + 3 strcpy(&(pRIPMSG->OPT[i]),HOST_NAME); i+=strlen(HOST_NAME); pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[5]; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpParamRequest; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x06; pRIPMSG->OPT[i++] = subnetMask; pRIPMSG->OPT[i++] = routersOnSubnet; pRIPMSG->OPT[i++] = dns; pRIPMSG->OPT[i++] = domainName; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpT1value; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpT2value; pRIPMSG->OPT[i++] = endOption; /* send broadcasting packet */ ip[0] = 255; ip[1] = 255; ip[2] = 255; ip[3] = 255; if(0 == sendto(s, (u_char *)pRIPMSG, sizeof(RIP_MSG), ip, DHCP_SERVER_PORT)) { if ( dhcp_ip_conflict != 0 ) (*dhcp_ip_conflict)(); } } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static void send_DHCP_REQUEST( SOCKET s /**< socket number */ ) { u_char ip[4]; u_int i = 0; pRIPMSG = (RIP_MSG*)TX_BUF; memset((void*)pRIPMSG,0,sizeof(RIP_MSG)); pRIPMSG->op = DHCP_BOOTREQUEST; pRIPMSG->htype = DHCP_HTYPE10MB; pRIPMSG->hlen = DHCP_HLENETHERNET; pRIPMSG->hops = DHCP_HOPS; pRIPMSG->xid = htonl(DHCP_XID); pRIPMSG->secs = htons(DHCP_SECS); if(dhcp_state < STATE_DHCP_LEASED) pRIPMSG->flags = htons(DHCP_FLAGSBROADCAST); else { pRIPMSG->flags = 0; pRIPMSG->ciaddr[0] = GET_SIP[0]; pRIPMSG->ciaddr[1] = GET_SIP[1]; pRIPMSG->ciaddr[2] = GET_SIP[2]; pRIPMSG->ciaddr[3] = GET_SIP[3]; } pRIPMSG->chaddr[0] = SRC_MAC_ADDR[0]; pRIPMSG->chaddr[1] = SRC_MAC_ADDR[1]; pRIPMSG->chaddr[2] = SRC_MAC_ADDR[2]; pRIPMSG->chaddr[3] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->chaddr[4] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->chaddr[5] = SRC_MAC_ADDR[5]; /* MAGIC_COOKIE */ pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)((MAGIC_COOKIE >> 24) & 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)((MAGIC_COOKIE >> 16) & 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)((MAGIC_COOKIE >> 8) & 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)(MAGIC_COOKIE & 0xFF); /* Option Request Param. */ pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpMessageType; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x01; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_REQUEST; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpClientIdentifier; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x07; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x01; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[5]; if(dhcp_state < STATE_DHCP_LEASED) { pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpRequestedIPaddr; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x04; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpServerIdentifier; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x04; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[3]; } // host name pRIPMSG->OPT[i++] = hostName; pRIPMSG->OPT[i++] = strlen(HOST_NAME)+3; // length of hostname + 3 strcpy(&(pRIPMSG->OPT[i]),HOST_NAME); i+=strlen(HOST_NAME); pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[5]; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpParamRequest; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x08; pRIPMSG->OPT[i++] = subnetMask; pRIPMSG->OPT[i++] = routersOnSubnet; pRIPMSG->OPT[i++] = dns; pRIPMSG->OPT[i++] = domainName; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpT1value; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpT2value; pRIPMSG->OPT[i++] = performRouterDiscovery; pRIPMSG->OPT[i++] = staticRoute; pRIPMSG->OPT[i++] = endOption; /* send broadcasting packet */ if(dhcp_state < STATE_DHCP_LEASED) { ip[0] = 255; ip[1] = 255; ip[2] = 255; ip[3] = 255; } else { ip[0] = DHCP_SIP[0]; ip[1] = DHCP_SIP[1]; ip[2] = DHCP_SIP[2]; ip[3] = DHCP_SIP[3]; } if(0 == sendto(s, (u_char*)pRIPMSG, sizeof(RIP_MSG), ip, DHCP_SERVER_PORT)) { if ( dhcp_ip_conflict != 0 ) (*dhcp_ip_conflict)(); } } //----------------------------------------------------------------------------------------------------- static void send_DHCP_RELEASE_DECLINE( SOCKET s, /**< socket number */ char msgtype /**< 0 : RELEASE, Not Zero : DECLINE */ ) { u_int i =0; u_char ip[4]; pRIPMSG = (RIP_MSG*)TX_BUF; memset((void*)pRIPMSG,0,sizeof(RIP_MSG)); pRIPMSG->op = DHCP_BOOTREQUEST; pRIPMSG->htype = DHCP_HTYPE10MB; pRIPMSG->hlen = DHCP_HLENETHERNET; pRIPMSG->hops = DHCP_HOPS; pRIPMSG->xid = htonl(DHCP_XID); pRIPMSG->secs = htons(DHCP_SECS); pRIPMSG->flags = 0; //DHCP_FLAGSBROADCAST; pRIPMSG->chaddr[0] = SRC_MAC_ADDR[0]; pRIPMSG->chaddr[1] = SRC_MAC_ADDR[1]; pRIPMSG->chaddr[2] = SRC_MAC_ADDR[2]; pRIPMSG->chaddr[3] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->chaddr[4] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->chaddr[5] = SRC_MAC_ADDR[5]; /* MAGIC_COOKIE */ pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)((MAGIC_COOKIE >> 24) & 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)((MAGIC_COOKIE >> 16) & 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)((MAGIC_COOKIE >> 8) & 0xFF); pRIPMSG->OPT[i++] = (u_char)(MAGIC_COOKIE & 0xFF); /* Option Request Param. */ pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpMessageType; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x01; pRIPMSG->OPT[i++] = ((!msgtype) ? DHCP_RELEASE : DHCP_DECLINE); pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpClientIdentifier; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x07; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x01; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[4]; pRIPMSG->OPT[i++] = SRC_MAC_ADDR[5]; pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpServerIdentifier; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x04; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = DHCP_SIP[3]; if(msgtype) { pRIPMSG->OPT[i++] = dhcpRequestedIPaddr; pRIPMSG->OPT[i++] = 0x04; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[0]; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[1]; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[2]; pRIPMSG->OPT[i++] = GET_SIP[3]; pRIPMSG->OPT[i++] = endOption; DPRINTLN("sent DHCP_DECLINE"); } else { pRIPMSG->OPT[i++] = endOption; DPRINTLN("sent DHCP_RELEASE"); } if(!msgtype) { ip[0] = DHCP_SIP[0]; ip[1] = DHCP_SIP[1]; ip[2] = DHCP_SIP[2]; ip[3] = DHCP_SIP[3]; } else { ip[0] = 255; ip[1] = 255; ip[2] = 255; ip[3] = 255; } if(0 == sendto(s, (u_char *)pRIPMSG, sizeof(RIP_MSG), ip, DHCP_SERVER_PORT)) { PRINTLN("DHCP : Fatal Error(2)."); if ( dhcp_ip_conflict != 0 ) (*dhcp_ip_conflict)(); } } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static char parseDHCPMSG( SOCKET s, /**< socket number */ u_int length /**< a size data to receive. */ ) { u_char svr_addr[6]; u_int svr_port; pRIPMSG = (RIP_MSG*)RX_BUF; u_int len; u_char * p; u_char * e; u_char type, opt_len; len = recvfrom(s, (u_char *)pRIPMSG, length, svr_addr, &svr_port); #ifdef DHCP_DUBUG PRINTLN("DHCP_SIP:%d.%d.%d.%d",DHCP_SIP[0],DHCP_SIP[1],DHCP_SIP[2],DHCP_SIP[3]); #endif if(pRIPMSG->op != DHCP_BOOTREPLY) { PRINTLN("DHCP : NO DHCP MSG"); } else { if (svr_port == DHCP_SERVER_PORT) { if(memcmp(pRIPMSG->chaddr,SRC_MAC_ADDR,6) != 0 || pRIPMSG->xid != htonl(DHCP_XID)) { PRINTLN("No My DHCP Message. This message is ignored."); #ifdef DCHP_DEBUG PRINTLN("\tSRC_MAC_ADDR(%02X.%02X.%02X.",SRC_MAC_ADDR[0],SRC_MAC_ADDR[1],SRC_MAC_ADDR[2]); PRINTLN("%02X.%02X.%02X)",SRC_MAC_ADDR[3],SRC_MAC_ADDR[4],SRC_MAC_ADDR[5]); #endif return 0; } if( *((u_long*)DHCP_SIP) != 0x00000000 ) { if( *((u_long*)DHCP_REAL_SIP) != *((u_long*)svr_addr) && *((u_long*)DHCP_SIP) != *((u_long*)svr_addr) ) { #ifdef DHCP_DEBUG PRINTLN("Another DHCP sever send a response message. This is ignored."); #endif return 0; } } memcpy(GET_SIP,pRIPMSG->yiaddr,4); PRINTLN("DHCP MSG received.."); type = 0; p = (u_char *)(&pRIPMSG->op); p = p + 240; e = p + (len - 240); PRINTLN("p : 0x%08X e : 0x%08X len : %d\r\n", (u_int)p, (u_int)e, len); while ( p < e ) { switch ( *p++ ) { case endOption : return type; break; case padOption : break; case dhcpMessageType : opt_len = *p++; type = *p; PRINTLN("dhcpMessageType : %x", type); break; case subnetMask : opt_len =* p++; memcpy(GET_SN_MASK,p,4); PRINTLN("subnetMask : "); PRINTLN("%d.%d.%d.%d",GET_SN_MASK[0],GET_SN_MASK[1],GET_SN_MASK[2],GET_SN_MASK[3]); break; case routersOnSubnet : opt_len = *p++; memcpy(GET_GW_IP,p,4); PRINTLN("routersOnSubnet : "); break; case dns : opt_len = *p++; memcpy(GET_DNS_IP,p,4); break; case dhcpIPaddrLeaseTime : opt_len = *p++; lease_time.lVal = ntohl(*((u_long*)p)); break; case dhcpServerIdentifier : opt_len = *p++; if( *((u_long*)DHCP_SIP) == 0 || *((u_long*)DHCP_REAL_SIP) == *((u_long*)svr_addr) || *((u_long*)DHCP_SIP) == *((u_long*)svr_addr) ) { memcpy(DHCP_SIP,p,4); memcpy(DHCP_REAL_SIP,svr_addr,4); #ifdef DHCP_DEBUG PRINTLN("My dhcpServerIdentifier : "); PRINTLN("%d.%d.%d.%d", DHCP_SIP[0], DHCP_SIP[1], DHCP_SIP[2], DHCP_SIP[3]); #endif } else { PRINTLN("Another dhcpServerIdentifier : "); PRINTLN("\tMY(%d.%d.%d.%d) ", DHCP_SIP[0], DHCP_SIP[1], DHCP_SIP[2], DHCP_SIP[3]); } break; default : opt_len = *p++; PRINTLN("opt_len : %d", opt_len); break; } // switch p+=opt_len; } // while } // if } return 0; } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ void check_DHCP_state( SOCKET s /**< socket number */ ) { u_int len; u_char type; type = 0; if( s < MAX_SOCK_NUM && getSn_SR(s)!=SOCK_CLOSED) { if ((len = getSn_RX_RSR(s)) > 0) { type = parseDHCPMSG(s, len); } } else if(!socket(s, Sn_MR_UDP, DHCP_CLIENT_PORT, 0x00)) { PRINTLN("Fail to create the DHCPC_SOCK(%d)"); } switch ( dhcp_state ) { case STATE_DHCP_DISCOVER : if (type == DHCP_OFFER) { reset_DHCP_time(); send_DHCP_REQUEST(s); dhcp_state = STATE_DHCP_REQUEST; } else check_DHCP_Timeout(); break; case STATE_DHCP_REQUEST : if (type == DHCP_ACK) { reset_DHCP_time(); if (check_leasedIP()) { set_DHCP_network(); dhcp_state = STATE_DHCP_LEASED; } else { dhcp_state = STATE_DHCP_DISCOVER; } } else if (type == DHCP_NAK) { reset_DHCP_time(); dhcp_state = STATE_DHCP_DISCOVER; } else check_DHCP_Timeout(); break; case STATE_DHCP_LEASED : if ((lease_time.lVal != 0xffffffff) && ((lease_time.lVal/2) < dhcp_time)) { type = 0; memcpy(OLD_SIP,GET_SIP,4); DHCP_XID++; send_DHCP_REQUEST(s); dhcp_state = STATE_DHCP_REREQUEST; PRINTLN("state : STATE_DHCP_REREQUEST"); reset_DHCP_time(); } break; case STATE_DHCP_REREQUEST : if (type == DHCP_ACK) { if(memcmp(OLD_SIP,GET_SIP,4)!=0) { if ( dhcp_ip_update != 0 ) (*dhcp_ip_update)(); } else { PRINTLN("state : STATE_DHCP_LEASED : same IP"); } reset_DHCP_time(); dhcp_state = STATE_DHCP_LEASED; } else if (type == DHCP_NAK) { reset_DHCP_time(); dhcp_state = STATE_DHCP_DISCOVER; } else check_DHCP_Timeout(); break; case STATE_DHCP_RELEASE : break; default : break; } } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static void check_DHCP_Timeout(void) { if (retry_count < MAX_DHCP_RETRY) { if (next_dhcp_time < dhcp_time) { dhcp_time = 0; next_dhcp_time = dhcp_time + DHCP_WAIT_TIME; retry_count++; switch ( dhcp_state ) { case STATE_DHCP_DISCOVER : send_DHCP_DISCOVER(DHCPC_SOCK); break; case STATE_DHCP_REQUEST : send_DHCP_REQUEST(DHCPC_SOCK); break; case STATE_DHCP_REREQUEST : STATE_DHCP_REREQUEST"); send_DHCP_REQUEST(DHCPC_SOCK); break; default : break; } } } else { reset_DHCP_time(); DHCP_timeout = 1; send_DHCP_DISCOVER(DHCPC_SOCK); dhcp_state = STATE_DHCP_DISCOVER; } } //----------------------------------------------------------------------------------------------------- static void set_DHCP_network(void) { iinchip_init(); setGAR(GET_GW_IP); setSUBR(GET_SN_MASK); setSIPR(GET_SIP); #ifdef __DEF_IINCHIP_INT__ setIMR(0xEF); #endif sysinit(0x55, 0x55); } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static char check_leasedIP(void) { u_int a; a = sendto(DHCPC_SOCK, "CHECK_IP_CONFLICT", 17, GET_SIP, 5000); if ( a> 0) { PRINTLN(" Conflict>"); send_DHCP_RELEASE_DECLINE(DHCPC_SOCK,1); if ( dhcp_ip_conflict != 0 ) (*dhcp_ip_conflict)(); return 0; } return 1; } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ u_int getIP_DHCPS() { send_DHCP_DISCOVER(DHCPC_SOCK); dhcp_state = STATE_DHCP_DISCOVER; reset_DHCP_time(); set_timer(DHCP_CHECK_TIMER2, DHCP_timer_handler); DHCP_timeout = 0; while (dhcp_state != STATE_DHCP_LEASED) { if (DHCP_timeout == 1) { kill_timer(DHCP_CHECK_TIMER2); return 0; } check_DHCP_state(DHCPC_SOCK); } return 1; } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static void DHCP_timer_handler(void) { dhcp_time++; } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ void init_dhcp_client( SOCKET s, /**< Socket number for the DHCP client */ void(*ip_update)(void), /**< handler called when the leased IP address is updated */ void(*ip_conflict)(void) /**< handler called when the leased IP address is conflict */ ) { if(!ip_update) dhcp_ip_update = set_DHCP_network; else dhcp_ip_update = ip_update; if(!ip_conflict) dhcp_ip_conflict = proc_ip_conflict; else dhcp_ip_conflict = ip_conflict; init_dhcpc_ch(s); } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ static void proc_ip_conflict(void) { PRINTLN( "The IP Address from DHCP server is CONFLICT!!!\r\n" "Retry to get a IP address from DHCP server\r\n"); } //------------------------------------------------------------------------------------------------------ u_int init_dhcpc_ch(SOCKET s) { u_int ret; DHCP_XID = 0x12345678; memset(GET_SIP,0,4); memset(GET_GW_IP,0,4); memset(GET_SN_MASK,0,4); iinchip_init(); setSIPR(GET_SIP); setSHAR(SRC_MAC_ADDR); #ifdef __DEF_IINCHIP_INT__ setIMR(0xEF); #endif sysinit(0x55, 0x55); #ifdef DHCP_DEBUG { u_int i; for (i = 0; i < 5; i++) PRINT1("0x%02X.", SRC_MAC_ADDR[i]); } #endif if(!socket(s, Sn_MR_UDP, DHCP_CLIENT_PORT, 0x00)) { PRINTLN("fail.."); ret = 0; } else { PRINTLN("ok.."); ret = 1; } DHCPC_SOCK = s; return ret; }