• 感言：专注物联网应用开发，分享物联网技术经验。

• 软件平台：IAR6.5

• TCP/IP协议栈：LWIP1.4.1

• 硬件平台：STM32F103C8T6有线通信板
  

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1、TCP/IP协议栈LWIP

1.1、LWIP认识

       LWIP是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈，是Light Weight (轻型)IP协议，有无操作系统的支持都可以运行。LWIP提供三种API，分别是RAW API、LWIP API 、BSD API。其中RAW API把协议栈和应用程序放到一个进程里边，该接口基于函数回调技术来实现的，适合于无操作系统的场合运行，如单片机。本文使用的就是LWIP的RAW API来实现网络层的通信的。

1.2、TFTP在LWIP中的实现

        关于LWIP的移植，就不在本文中多讲，读者可以在网上找到众多资料或在另外的专题中再详细讲解，在这里我们专注其应用。在LWIP中实现一个TFTP服务器非常简单，根据RAW API的编程方法，在初始化的时候创建一个UDP PCB（TFTP使用UDP协议通信），且绑定69端口（TFTP默认通信端口），最后指定该UDP PCB的数据接收回调函数即可。

以上的创建TFTP服务器的方法需要在LWIP初始化，并启动网卡后进行：

1. LwIP_Config();  

2.    printf("ipaddr:%d.%d.%d.%d\r\n", net_ip[0], net_ip[1], net_ip[2], net_ip[3]);  

3.   

4.    tftpd_init();  

在tftpd_init函数中创建TFTP服务器：

1. void tftpd_init(void)  

2. {  

3.   err_t err;  

4.   unsigned port = 69;  

5.   

6.   /* create a new UDP PCB structure  */  

7.   UDPpcb = udp_new();  

8.   if (!UDPpcb)  

9.   {  /* Error creating PCB. Out of Memory  */  

10.     return;  

11.   }  

12.   

13.   /* Bind this PCB to port 69  */  

14.   err = udp_bind(UDPpcb, IP_ADDR_ANY, port);  

15.   if (err != ERR_OK)  

16.   {    /* Unable to bind to port  */  

17.     return;  

18.   }  

19.   

20.   /* TFTP server start  */  

21.   udp_recv(UDPpcb, recv_callback_tftp, NULL);  

22. }  

OK，到这里就完成了TFTP服务器在LWIP中建立起来了，接下来的主要事情就是根据TFTP协议进行协议解释、数据处理。

2、TFTP协议分析

2.1、TFTP通信基本流程（摘自网络）

2.2、TFTP报文格式（摘自网络）

2.3、TFTP协议理解

     从以上两张图片，我们了解到什么有用信息呢？

• 每一次文件传输，首先需要发起一个请求，根据请求帧的操作码判断是读文件还是写文件。

• 每一帧都有一个操作码用来标识读写。

• 数据包的长度有一个块编号用来表示数据包的顺序。

• 数据包中的数据长度为512个字节（在后面的软件我们可以了解到这个长度是可以设定的）。

3、实现TFTP文件传输

3.1、文件传输协议实现

有了第2节的协议分析，我们基本了解了TFTP通信的协议，在这里，我们来实现TFTP的服务器端代码。

在监听的回调函数被触发调用时，首先从请求帧中获取操作码：

1. typedef enum {  

2.   TFTP_RRQ = 1,  

3.   TFTP_WRQ = 2,  

4.   TFTP_DATA = 3,  

5.   TFTP_ACK = 4,  

6.   TFTP_ERROR = 5  

7. } tftp_opcode;  

8.   

9. tftp_opcode tftp_decode_op(char *buf)  

10. {  

11.   return (tftp_opcode)(buf[1]);  

12. }  

根据操作码进行相应的处理：

1. tftp_opcode op = tftp_decode_op(pkt_buf->payload);  

2.   

3. switch (op)  

4.   {  

5.   

6.     case TFTP_RRQ:    /* TFTP RRQ (read request) */  

7.       tftp_extract_filename(FileName, pkt_buf->payload);  

8.       tftp_process_read(upcb, addr, port, FileName);  

9.       break;  

10.   

11.     case TFTP_WRQ:    /* TFTP WRQ (write request) */   

12.       tftp_extract_filename(FileName, pkt_buf->payload);  

13.       //在这个加入擦FALSH  

14.        tftp_process_write(upcb, addr, port, FileName);  

15.       break;  

16.   

17.     default:  

18.       /* sEndTransfera generic access violation message */  

19.       tftp_send_error_message(upcb, addr, port, TFTP_ERR_ACCESS_VIOLATION);  

20.       /* TFTP unknown request op */  

21.       /* no need to use tftp_cleanup_wr because no "tftp_connection_args" struct has been malloc'd   */  

22.       udp_remove(upcb);  

23.   

24.       break;  

25.   }  

这里当STM32接收到写操作请求时，通过tftp_extract_filename函数把文件名读出来。接下来通过tftp_process_write函数来完成文件数据的传输：

1. int tftp_process_write(struct udp_pcb *upcb, struct ip_addr *to, int to_port, char *FileName)  

2. {  

3.   ... ...  

4.   udp_recv(upcb, wrq_recv_callback, args);  

5.   tftp_send_ack_packet(upcb, to, to_port, args->block);  

6.   

7.   return 0;  

8. }  

设定数据传输回调函数后，根据TFTP协议，回复一个ACK，之后TFTP客户端开始传输文件数据，从而触发调用wrq_recv_callback

1. void wrq_recv_callback(void *_args, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *pkt_buf, struct ip_addr *addr, u16_t port)  

2. {  

3.   tftp_connection_args *args = (tftp_connection_args *)_args;  

4.   int n = 0;  

5.   

6.   if (pkt_buf->len != pkt_buf->tot_len)  

7.   {  

8.     return;  

9.   }  

10.   

11.   /* Does this packet have any valid data to write? */  

12.   if ((pkt_buf->len > TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN) &&  

13.       (tftp_extract_block(pkt_buf->payload) == (args->block + 1)))  

14.   {  

15.     /* 在这里处理接收到的数据pkt_buf->payload */  

16.   

17.     /* update our block number to match the block number just received */  

18.     args->block++;  

19.     /* update total bytes  */  

20.     (args->tot_bytes) += (pkt_buf->len - TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN);  

21.   

22.     /* This is a valid pkt but it has no data.  This would occur if the file being 

23.        written is an exact multiple of 512 bytes.  In this case, the args->block 

24.        value must still be updated, but we can skip everything else.    */  

25.   }  

26.   else if (tftp_extract_block(pkt_buf->payload) == (args->block + 1))  

27.   {  

28.     /* update our block number to match the block number just received  */  

29.     args->block++;  

30.   }  

31.   

32.   /* SEndTransferthe appropriate ACK pkt (the block number sent in the ACK pkt echoes 

33.    * the block number of the DATA pkt we just received - see RFC1350) 

34.    * NOTE!: If the DATA pkt we received did not have the appropriate block 

35.    * number, then the args->block (our block number) is never updated and 

36.    * we simply sEndTransfera "duplicate ACK" which has the same block number as the 

37.    * last ACK pkt we sent.  This lets the host know that we are still waiting 

38.    * on block number args->block+1. */  

39.   tftp_send_ack_packet(upcb, addr, port, args->block);  

40.   

41.   /* If the last write returned less than the maximum TFTP data pkt length, 

42.    * then we've received the whole file and so we can quit (this is how TFTP 

43.    * signals the EndTransferof a transfer!) 

44.    */  

45.   if (pkt_buf->len < TFTP_DATA_PKT_LEN_MAX)  

46.   {  

47.     tftp_cleanup_wr(upcb, args);  

48.     pbuf_free(pkt_buf);  

49.   }  

50.   else  

51.   {  

52.     pbuf_free(pkt_buf);  

53.     return;  

54.   }  

55.   

56. }  

OK!至此STM32就完成了整个TFTP协议文件的接收。

3.2、保存文件数据

接收到完整的文件数据之后，我们需要把数据写到STM32的FLASH中，保存起来。

由于STM32内存较小，不可能开辟一个大的内存空间把文件数据保存起来再写到FLASH，

所以需要边接收边写FLASH。

首先在接收到写操作请求后，把存储区域的FLASH擦除：

1. case TFTP_WRQ:    /* TFTP WRQ (write request) */   

2.  ... ...  

3.   FlashDestination = HtmlDataAddress;  

4. * Erase the needed pages where the user application will be loaded */  

5.   /* Define the number of page to be erased */  

6.   NbrOfPage = FLASH_PagesMask(HtmlTotalSize);//擦除HTML区域  

7.   

8.   /* Erase the FLASH pages */  

9.   FLASH_Unlock();  

10.   for (EraseCounter = 0; (EraseCounter < NbrOfPage) && (FLASHStatus == FLASH_COMPLETE); EraseCounter++)  

11.    {  

12.      FLASHStatus = FLASH_ErasePage(HtmlSizeAddress + (PageSize * EraseCounter));  

13.    }  

14.   FLASH_Lock();  

在文件数据传输过程中，把<=512BYTE的数据写到FLASH：

1. filedata = (uint32_t)pkt_buf->payload + TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN;  

2. FLASH_Unlock();  

3. for (n = 0;n < (pkt_buf->len - TFTP_DATA_PKT_HDR_LEN);n += 4)  

4. {  

5.  /* Program the data received into STM32F10x Flash */  

6.  FLASH_ProgramWord(FlashDestination, *(uint32_t*)filedata);  

7.   

8.   if (*(uint32_t*)FlashDestination != *(uint32_t*)filedata)  

9.    {  

10.      /* End session */  

11. p_send_error_message(upcb, addr, port, FLASH_VERIFICATION_FAILED);  

12.     /* close the connection */  

13.     tftp_cleanup_wr(upcb, args); /* close the connection */  

14.    }  

15.    FlashDestination += 4;  

16.    filedata += 4;  

17. }  

18. FLASH_Lock();  

到这里，就实现了STM32接收TFTP客户端传输的文件数据，并保存到FLASH地址为FlashDestination的区域中。

3.3、演示操作

将通信板连接到与电脑在同一局域的路由器，并正确配置好IP信息。在电脑端打开软件Tftpd32.exe：

点击“上传”按键，就会把文件html.bin文件发送到STM32通信板：

可以在STM32通信板中把文件内容读出来使用，在下一篇博客物联网WEB开发中会使用TFTP传输HTML文件。

4、TFTP的应用

    TFTP主要是实现文件传输，在固件升级、程序调试中极大提高效率，有重要的意义。