基于cURL工具在嵌入式场景中的使用与在STM32F1上的移植

1. 引言

在嵌入式系统中，尤其是资源受限的设备中，通信通常依赖于网络协议。cURL是一款广泛使用的命令行工具，支持通过URL语法与各种协议进行数据传输，支持HTTP、HTTPS、FTP等协议。在嵌入式系统中，使用cURL能够简化网络通信的实现，并提高开发效率。

本文将介绍如何在嵌入式系统中，尤其是在STM32F103微控制器上，移植并使用cURL工具。我们将讨论如何配置和编译cURL，并将其集成到STM32F1项目中，提供具体的操作步骤和示例代码。

2. cURL简介

cURL（Client URL）是一个开源的、支持多种协议的命令行工具和库。它可以在网络编程中实现数据的发送和接收，并且支持HTTP、HTTPS、FTP、FTPS、SFTP等协议。cURL库提供了强大的功能，适合用于嵌入式设备的网络交互。

cURL库有两个主要部分：
libcurl：提供了cURL的API接口，用于应用程序与远程服务器进行数据交换。
cURL命令行工具：提供了一个简单的命令行接口，允许用户快速进行网络请求。
在嵌入式系统中，通常只需要使用libcurl进行网络通信。

2.1 libcurl常用接口

1. 初始化和清理

• curl_global_init()

  初始化libcurl库。这是调用任何libcurl API之前必须调用的函数。

  CURLcode curl_global_init(long flags);

• flags：可以是CURL_GLOBAL_DEFAULT或指定其他标志（例如，CURL_GLOBAL_SSL等）。

• curl_global_cleanup()

  清理libcurl的全局资源。应该在应用程序退出时调用。

  void curl_global_cleanup(void);

• curl_easy_init()

  初始化一个CURL对象，该对象表示一个单独的HTTP请求。必须在执行任何操作之前调用。

  c

  复制代码

  CURL *curl_easy_init(void);

• curl_easy_cleanup()

  清理由curl_easy_init()分配的资源。

  void curl_easy_cleanup(CURL *curl);

2. 设置选项

• curl_easy_setopt()

  用于设置各种请求选项，例如URL、HTTP头、代理、超时等。此函数通常与其他libcurl函数一起使用。

  CURLcode curl_easy_setopt(CURL *handle, CURLoption option, ...);

常用的选项包括：

• CURLOPT_URL：设置请求的URL。
• CURLOPT_HTTPHEADER：设置HTTP请求头。
• CURLOPT_TIMEOUT：设置超时时间。
• CURLOPT_WRITEFUNCTION：设置接收数据的回调函数。
• CURLOPT_POSTFIELDS：设置POST请求的数据。
• CURLOPT_USERPWD：设置用户名和密码。
• CURLOPT_FOLLOWLOCATION：启用重定向。

示例：

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://example.com");

3. 执行请求

• curl_easy_perform()

  执行通过curl_easy_setopt()配置的请求。此函数是发起实际请求并等待响应的地方。

  CURLcode curl_easy_perform(CURL *curl);

例如，发起一个HTTP请求并返回响应：

CURLcode res = curl_easy_perform(curl);
if(res != CURLE_OK) {
    fprintf(stderr, "curl_easy_perform() failed: %s\n", curl_easy_strerror(res));
}

4. 获取响应

• curl_easy_getinfo()

  用于获取请求完成后的信息，例如HTTP响应码、请求耗时、返回的数据大小等。

  CURLcode curl_easy_getinfo(CURL *handle, CURLINFO info, ...);

常用选项包括：

• CURLINFO_RESPONSE_CODE：获取HTTP响应码。
• CURLINFO_TOTAL_TIME：获取请求的总耗时。
• CURLINFO_SIZE_DOWNLOAD：获取下载数据的大小。

示例：

  long response_code; curl_easy_getinfo(curl, CURLINFO_RESPONSE_CODE, &response_code);

5. 上传和下载

• CURLOPT_WRITEFUNCTION

  设置回调函数，用于处理服务器响应的数据。该函数会在数据下载时被调用。

  size_t write_callback(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, void *userdata);

该回调函数的返回值应为写入的字节数。通常用来将数据保存到文件或处理接收到的数据。

示例：

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_WRITEFUNCTION, write_callback);

• CURLOPT_READFUNCTION

  设置回调函数，用于上传数据。当进行POST请求时，数据上传会通过此回调函数提供。

  size_t read_callback(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, void *userdata);

6. 处理Cookies

• curl_easy_setopt(CURLOPT_COOKIEFILE)

  设置cookie文件的路径，该文件存储了cookie信息。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_COOKIEFILE, "cookies.txt");

• curl_easy_setopt(CURLOPT_COOKIEJAR)

  设置存储cookie的文件路径，当请求完成时，cookie将被保存到该文件。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_COOKIEJAR, "cookies.txt");

7. 处理代理和认证

• CURLOPT_PROXY

  设置代理服务器的地址。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_PROXY, "http://proxy.example.com:8080");

• CURLOPT_USERPWD

  设置用户名和密码，通常用于HTTP认证。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_USERPWD, "username:password");

8. SSL/TLS支持

• CURLOPT_SSL_VERIFYPEER

  设置是否验证SSL证书。默认情况下，cURL会验证服务器的SSL证书，如果不希望验证，可以设置为0。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0L);

• CURLOPT_SSL_VERIFYHOST

  设置是否验证SSL证书的主机名。此选项通常与CURLOPT_SSL_VERIFYPEER一起使用。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_SSL_VERIFYHOST, 2L);

9. 设置代理服务器

• CURLOPT_PROXYUSERPWD

  设置用于代理认证的用户名和密码。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_PROXYUSERPWD, "username:password");

10. 并发请求和多线程支持

• curl_multi_init()

  初始化一个多线程请求对象，允许同时处理多个请求。

  CURLM *multi_handle = curl_multi_init();

• curl_multi_add_handle()

  将一个CURL对象添加到多线程请求中。

  curl_multi_add_handle(multi_handle, curl);

• curl_multi_perform()

  在多线程环境中执行多个请求。

  CURLMcode curl_multi_perform(CURLM *multi_handle, int *running_handles);

11. 错误处理

• curl_easy_strerror()

  获取错误码对应的错误信息。

  const char *curl_easy_strerror(CURLcode code);

示例：

CURLcode res = curl_easy_perform(curl);
if(res != CURLE_OK) {
    fprintf(stderr, "Error: %s\n", curl_easy_strerror(res));
}

12. 高级功能

• CURLOPT_ACCEPT_ENCODING

  设置请求的压缩编码格式（如gzip、deflate等）。

  
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_ACCEPT_ENCODING, "gzip, deflate");

仅进行HEAD请求，而不下载响应体。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_NOBODY, 1L);

• CURLOPT_CUSTOMREQUEST

  设置自定义HTTP请求方法（如PATCH、PUT等）。

  curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_CUSTOMREQUEST, "PATCH");

3. STM32F1架构简介

STM32F103系列微控制器是STMicroelectronics公司推出的基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器。STM32F1系列具备较为丰富的外设，适合用于开发低功耗、高性能的嵌入式设备。常见的外设包括GPIO、USART、SPI、I2C、CAN等，并且支持以太网接口（ETH）等网络通信方式。

cURL的移植依赖于STM32F1的网络堆栈，通常需要依赖外部网络芯片（如W5500、ENC28J60等）或直接通过以太网接口进行通信。

4. 移植cURL到STM32F1

4.1 环境准备

在移植cURL到STM32F1之前，需要确保以下环境配置：

开发工具链：使用Keil MDK或GCC工具链编译STM32F1应用。
操作系统或RTOS：建议使用FreeRTOS等实时操作系统来管理任务。cURL的网络操作通常是阻塞型的，因此需要通过任务调度来避免阻塞主线程。
网络堆栈：STM32F1通常没有内建的网络堆栈，因此需要使用LWIP（轻量级IP协议栈）或其他网络协议栈进行网络通信。
网络硬件：外部网络模块（如W5500或ENC28J60）或以太网接口需要与STM32F1进行连接，并能够在裸机环境下配置。

4.2 移植步骤

获取cURL源代码 从cURL的官方网站或GitHub仓库获取最新版本的源代码。

git clone https://github.com/curl/curl.git

裁剪cURL功能 由于嵌入式系统资源有限，通常不需要完整的cURL功能。需要在移植过程中裁剪cURL的功能，以节省内存和计算资源。可以在cURL的configure脚本中禁用不必要的协议支持，或手动编辑源码中不需要的部分。

移植cURL的网络库 cURL依赖于网络库来实现不同协议的支持。在STM32F1上，通常使用LWIP作为TCP/IP协议栈。因此，首先需要将LWIP移植到STM32F1系统中。

配置LWIP堆栈，确保支持TCP/IP协议。
配置STM32F1的硬件网络接口（如以太网接口）或外部网络模块。
在LWIP的回调函数中，实现与cURL库的接口，确保网络数据包能够正确传递。
编译与链接 配置Keil或GCC工具链进行编译，确保cURL库与LWIP协议栈能够正确链接。在Keil中，需要配置适当的路径以确保cURL和LWIP源代码能够正确编译。

对于Keil：需要配置项目中的C文件和库文件路径，确保LWIP和cURL的源代码被正确编译。
对于GCC：确保在Makefile中正确设置头文件和库文件路径。
移植cURL函数 cURL通过调用libcurl的API接口来发送HTTP请求。在STM32F1上，通常需要通过LWIP的socket接口来实现与libcurl的兼容。例如：

CURL *curl;
CURLcode res;

curl_global_init(CURL_GLOBAL_DEFAULT);
curl = curl_easy_init();
if(curl) {
    curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://example.com");
    res = curl_easy_perform(curl);
    if(res != CURLE_OK) {
        printf("curl_easy_perform() failed: %s\n", curl_easy_strerror(res));
    }
    curl_easy_cleanup(curl);
}
curl_global_cleanup();

在嵌入式环境中，需要确保LWIP的网络回调能够处理cURL的请求，并进行网络数据传输。

调试与优化 在移植完成后，需要对cURL的功能进行测试，确保网络请求可以正常发送，并且接收到正确的响应。嵌入式系统的调试通常依赖于串口输出、JTAG或SWD调试器。可以通过调试工具查看cURL的运行状态，捕捉网络请求的细节。

由于STM32F1的内存和计算资源有限，可能需要对cURL进行进一步的优化，减少内存占用，优化数据传输效率。

4.3 可能遇到的问题

内存不足：STM32F1的RAM资源有限，可能需要裁剪cURL的功能，减少内存占用。
网络堆栈的兼容性：LWIP与cURL的兼容性可能需要进行调整，确保cURL能够正确通过LWIP发送和接收数据。
调试困难：嵌入式开发的调试过程较为复杂，可能需要使用多种调试方法来分析cURL的执行情况。

5. 示例代码

以下是一个简单的在STM32F1上使用cURL发送HTTP GET请求的示例代码：

#include "curl/curl.h"
#include "lwip.h"

void http_get_request(void) {
    CURL *curl;
    CURLcode res;

    // 初始化cURL
    curl_global_init(CURL_GLOBAL_DEFAULT);
    curl = curl_easy_init();
    if(curl) {
        // 设置URL
        curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://example.com");
        
        // 执行HTTP请求
        res = curl_easy_perform(curl);
        
        if(res != CURLE_OK) {
            printf("Error: %s\n", curl_easy_strerror(res));
        } else {
            printf("HTTP GET request successful\n");
        }

        // 清理cURL
        curl_easy_cleanup(curl);
    }

    curl_global_cleanup();
}

6. 总结

在STM32F1等嵌入式系统上移植并使用cURL可以极大地简化网络通信的开发工作。通过裁剪不必要的功能、集成合适的网络堆栈（如LWIP），可以实现HTTP请求、FTP上传等功能。虽然移植过程可能面临内存限制和调试困难等问题，但通过合理的优化和调试，cURL可以成为嵌入式设备中非常强大的网络工具。