STM32单片机以太网通信技术：10个实战案例，敲开网络世界大门

# 1. STM32单片机以太网通信概述

以太网作为一种广泛应用于工业控制、物联网和网络通信领域的局域网技术，为STM32单片机提供了强大的网络连接能力。STM32单片机以太网通信模块集成了以太网控制器（MAC）和PHY收发器，支持多种以太网协议和通信方式，为开发者提供了灵活的网络连接解决方案。

本篇文章将从STM32单片机以太网通信概述入手，深入探讨其基础原理、实战案例、优化技巧和高级应用，帮助读者全面掌握STM32单片机以太网通信技术。

# 2. STM32单片机以太网通信基础

### 2.1 以太网协议栈简介

以太网协议栈是一组分层网络协议，用于在以太网网络上进行通信。STM32单片机支持LwIP协议栈，它是一个轻量级、开源的TCP/IP协议栈，专为嵌入式系统设计。LwIP协议栈包括以下层：

- **链路层：**负责在物理介质上传输数据帧，在以太网上使用以太网帧格式。
- **网络层：**负责路由数据包，在以太网上使用IP协议。
- **传输层：**负责在端系统之间可靠地传输数据，在以太网上使用TCP和UDP协议。
- **应用层：**提供应用程序接口，允许应用程序使用网络服务，在以太网上使用HTTP、FTP等协议。

### 2.2 STM32单片机以太网外设

STM32单片机集成了以太网外设（ETH），它是一个符合IEEE 802.3标准的以太网控制器。ETH外设具有以下特性：

- **MAC控制器：**负责以太网帧的发送和接收。
- **PHY收发器：**负责以太网信号的物理层收发。
- **DMA控制器：**用于在ETH外设和内存之间高效传输数据。
- **时钟发生器：**为ETH外设提供时钟信号。

### 2.3 以太网通信基本流程

STM32单片机以太网通信的基本流程如下：

1. **初始化ETH外设：**配置MAC地址、PHY收发器和DMA控制器。
2. **创建网络套接字：**创建TCP或UDP套接字，用于与远程主机通信。
3. **发送数据：**将数据写入套接字，由TCP/IP协议栈封装为以太网帧并发送。
4. **接收数据：**从套接字读取数据，由TCP/IP协议栈解封装为应用程序可用的数据。

#### 代码示例：以太网通信基本流程

/* 初始化ETH外设 */
ETH_InitTypeDef ETH_InitStruct;
ETH_InitStruct.MACAddr[0] = 0x00;
ETH_InitStruct.MACAddr[1] = 0x01;
ETH_InitStruct.MACAddr[2] = 0x02;
ETH_InitStruct.MACAddr[3] = 0x03;
ETH_InitStruct.MACAddr[4] = 0x04;
ETH_InitStruct.MACAddr[5] = 0x05;
ETH_Init(&ETH_InitStruct, PHY_ADDRESS);

/* 创建TCP套接字 */
SOCKET socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

/* 发送数据 */
char data[] = "Hello, world!";
send(socket, data, strlen(data), 0);

/* 接收数据 */
char buffer[1024];
recv(socket, buffer, sizeof(buffer), 0);

#### 代码逻辑分析：

1. `ETH_Init()`函数初始化ETH外设，包括配置MAC地址、PHY收发器和DMA控制器。
2. `socket()`函数创建了一个TCP套接字。
3. `send()`函数将数据发送到套接字。
4. `recv()`函数从套接字接收数据。

# 3.1 以太网基本通信案例

#### 3.1.1 TCP客户端-服务器通信

TCP（传输控制协议）是一种面向连接、可靠的传输层协议。它在客户端和服务器之间建立一个虚拟连接，确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。

**TCP客户端-服务器通信流程：**

1. **客户端初始化：**客户端创建套接字并向服务器发送连接请求。
2. **服务器监听：**服务器在指定端口上监听连接请求。
3. **建立连接：**当服务器收到连接请求时，它会创建一个套接字并发送一个连接确认。
4. **数据传输：**客户端和服务器可以通过已建立的连接发送和接收数据。
5. **连接关闭：**当一方完成数据传输时，它会发送一个连接关闭请求。另一方收到请求后，会关闭连接。

**代码示例：**

// 客户端代码
int main() {
    // 创建套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 设置服务器地址
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(PORT);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);

    // 连接到服务器
    connect(sockfd, (struct soc