本文详细介绍了在STM32F429单片机上使用MDK5和CubeMX开发环境，配置时钟、GPIO、LWIP和FreeRTOS，实现TCP Server与Client功能，以及解决热插拔问题的过程。通过设置静态IP和配置中断接收，确保了网络连接和通信的稳定性。
首先说一下开发环境：MDK5版本为5.26.2.0，CubeMX版本为6.6.1，FreeRTOS API选择的是 CMSIS v1，LWIP版本为2.1.2。单片机型号为STM32F429IGT6，以太网芯片为LAN8720A。
接下来开始进入正题，首先是基础的时钟、GPIO、LWIP方面的配置，具体流程如下：
1、时钟选择外部高速时钟(25M)，系统时钟180M，SYS设置界面的Timebase Source项应当设置为SysTick以外的任何一项，因为SysTick将作为FreeRTOS系统的时钟源。
2、设置LED引脚PH10。
3、选择一组串口作为日志输出串口，打开串口，允许中断
4、配置ETH:
选择RMII连接方式。
勾上Ethernet global interrupt中断
修改ETH_TXD0、ETH_TXD1引脚为PG13 PG14
修改PHY引脚为 LAN8742A_PHY_ADDRESS 控制。
打开LWIP功能，关闭LWIP_DHCH，设置静态IP、子网掩码、网关。
进入Platform Settings页面选择网络芯片为LAN_8742A。
进入Key Options页面使能LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK。
在完成基础工程的配置以后再进入FreeRTOS的配置。进入FreeRTOS选项卡后选择CMSIS v1。相关设置直接默认，不需要改。直接进入Tasks and Queues选项卡设置任务。进入时会有一个默认任务，LWIP任务会自动加入该任务栈。双击该任务行任意位置，在弹出的界面中将Stack Size (Words)项的值改为256(更大也行)，该项是设置该任务的内存大小，随后点击OK保存。为了测试方便我还创建了个Task2，任务名为LED_Task，其余默认，，随后点击OK保存。
最后 设置工程名称和保存地址，生成工程，打开工程进行如下操作：
5、首先修改MDK5的一些设置，最重要的是把这个 Use MicroLIB 勾上，不勾跑不起来：
6、全局搜索“LAN8742A_PHY_ADDRESS ”宏定义，将其的值改为0，或者main函数开头添加以下语句：
#ifdef LAN8742A_PHY_ADDRESS
#undef LAN8742A_PHY_ADDRESS
#define LAN8742A_PHY_ADDRESS 0U
#endif7、如有需要可以添加串口重定向：
首先加入头文件：#include "stdio.h"
随后在工程任意位置加入以下代码：
int fputc(int ch, FILE *f)
{
//具体哪个串口可以更改huart1为其它串口
HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1 , 0x0f);
return ch;
}8、如果需要，可以在添加LWIP日志管理代码，粘贴于lwipopts.h中
#define LWIP_DEBUG 1
#if LWIP_DEBUG
#define LWIP_DBG_TYPES_ON LWIP_DBG_ON
/* USER CODE BEGIN 1 */
#define LWIP_DBG_MIN_LEVEL LWIP_DBG_LEVEL_OFF
//#define LWIP_DBG_MIN_LEVEL LWIP_DBG_LEVEL_WARNING
//#define LWIP_DBG_MIN_LEVEL LWIP_DBG_LEVEL_SERIOUS
//#define LWIP_DBG_MIN_LEVEL LWIP_DBG_LEVEL_SEVERE
#define ETHARP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define NETIF_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define PBUF_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define API_LIB_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define API_MSG_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define SOCKETS_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define ICMP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define IGMP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define INET_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define IP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define IP_REASS_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define RAW_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define MEM_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define MEMP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define SYS_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_INPUT_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_FR_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_RTO_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_CWND_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_WND_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_OUTPUT_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_RST_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCP_QLEN_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define UDP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define TCPIP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define PPP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define SLIP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define DHCP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define AUTOIP_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define SNMP_MSG_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define SNMP_MIB_DEBUG LWIP_DBG_ON
#define DNS_DEBUG LWIP_DBG_ON
#endif //LWIP_DEBUG若需关闭，将#define LWIP_DBG_TYPES_ON LWIP_DBG_ON 修改为
#define LWIP_DBG_TYPES_ON LWIP_DBG_OFF
至此工程已经配置完成，编译工程下到开发板中，可以ping通，如下图：
在写这篇文章之前笔者就踩了大坑，那就是默认任务没有加大内存，也只设置了128 Words，然后一直ping不通，困了几天，后面是请教别的大佬才顺利解决。
第二天续写：
如果要实现TCP Server功能只需要新建两个文件，将其加入工程中(别忘了编译路径，我是放在了LWIP/APP目录下)，代码如下：
tcpecho.c代码：
#include "tcpecho.h"
#include "lwip/opt.h"
#if LWIP_SOCKET
#include <lwip/sockets.h>
#include "lwip/sys.h"
#include "lwip/api.h"
/*-----------------------------------------------------------------------------------*/
#define LOCAL_PORT 5001
#define RECV_DATA (1024)
static void
tcpecho_thread(void *arg)
{
int sock = -1,connected;
char *recv_data;
struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
socklen_t sin_size;
int recv_data_len;
printf("本地端口号是%d\n\n",LOCAL_PORT);
recv_data = (char *)pvPortMalloc(RECV_DATA);
if (recv_data == NULL)
{
printf("No memory\n");
goto __exit;
}
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0)
{
printf("Socket error\n");
goto __exit;
}
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
server_addr.sin_port = htons(LOCAL_PORT);
memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
printf("Unable to bind\n");
goto __exit;
}
if (listen(sock, 5) == -1)
{
printf("Listen error\n");
goto __exit;
}
while(1)
{
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
connected = accept(sock, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
printf("new client connected from (%s, %d)\n",
inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
{
int flag = 1;
setsockopt(connected,
IPPROTO_TCP, /* set option at TCP level */
TCP_NODELAY, /* name of option */
(void *) &flag, /* the cast is historical cruft */
sizeof(int)); /* length of option value */
}
while(1)
{
recv_data_len = recv(connected, recv_data, RECV_DATA, 0);
if (recv_data_len <= 0)
break;
printf("recv %d len data\n",recv_data_len);
write(connected,recv_data,recv_data_len);
}
if (connected >= 0)
closesocket(connected);
connected = -1;
}
__exit:
if (sock >= 0) closesocket(sock);
if (recv_data) free(recv_data);
}
/*-----------------------------------------------------------------------------------*/
void
tcpecho_init(void)
{
sys_thread_new("tcpecho_thread", tcpecho_thread, NULL, 512, 4);
}
/*-----------------------------------------------------------------------------------*/
#endif /* LWIP_NETCONN */
tcpecho.h代码如下;
#ifndef LWIP_TCPECHO_H
#define LWIP_TCPECHO_H
void tcpecho_init(void);
#endif /* LWIP_TCPECHO_H */之后在main.h添加代码头文件(其他地方也行，只要不报错)：#include "tcpecho.h"
最后再找到FreeRTOS的第一个任务，将"tcpecho_init();"语句添加到语句 "MX_LWIP_Init();的后面即可"，随后编译，再用网络调试助手进行TCP连接已经可以连接上，并且发送的信息还可以回显，如下图：
第三天续写：
如果要实现TCP_Client功能，只需在第一天的基础上做些许改动，具体步骤如下：
新建两个文件，将其加入工程中(别忘了编译路径，我是放在了LWIP/APP目录下)，代码如下：
"client.c"代码如下：
/*
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* and/or other materials provided with the distribution.
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* OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
* INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
* CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING
* IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY
* OF SUCH DAMAGE.
*
* This file is part of the lwIP TCP/IP stack.
*
* Author: Adam Dunkels <adam@sics.se>
*
*/
#include "client.h"
#include "lwip/opt.h"
#include "lwip/sys.h"
#include "lwip/api.h"
#include <lwip/sockets.h>
#define DEST_IP_ADDR0 192
#define DEST_IP_ADDR1 168
#define DEST_IP_ADDR2 0
#define DEST_IP_ADDR3 15
#define DEST_PORT 5001
static void client(void *thread_param)
{
int sock = -1;
struct sockaddr_in client_addr;
ip4_addr_t ipaddr;
uint8_t send_buf[]= "This is a TCP Client test...\n";
printf("目地IP地址:%d.%d.%d.%d \t 端口号:%d\n\n", \
DEST_IP_ADDR0,DEST_IP_ADDR1,DEST_IP_ADDR2,DEST_IP_ADDR3,DEST_PORT);
printf("请将电脑上位机设置为TCP Server.在User/arch/sys_arch.h文件中将目标IP地址修改为您电脑上的IP地址\n\n");
printf("修改对应的宏定义:DEST_IP_ADDR0,DEST_IP_ADDR1,DEST_IP_ADDR2,DEST_IP_ADDR3,DEST_PORT\n\n");
IP4_ADDR(&ipaddr,DEST_IP_ADDR0,DEST_IP_ADDR1,DEST_IP_ADDR2,DEST_IP_ADDR3);
while(1)
{
sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock < 0)
{
// printf("Socket error\n");
vTaskDelay(10);
continue;
}
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_port = htons(DEST_PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr = ipaddr.addr;
memset(&(client_addr.sin_zero), 0, sizeof(client_addr.sin_zero));
if (connect(sock,
(struct sockaddr *)&client_addr,
sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
// printf("Connect failed!\n");
closesocket(sock);
vTaskDelay(10);
continue;
}
printf("Connect to server successful!\n");
while (1)
{
if(write(sock,send_buf,sizeof(send_buf)) < 0)
break;
vTaskDelay(1000);
}
closesocket(sock);
}
}
void
client_init(void)
{
sys_thread_new("client", client, NULL, 512, 4);
}
"client.h"代码如下：
#ifndef _CLIENT_H
#define _CLIENT_H
void client_init(void);
#endif /* _CLIENT_H */
之后在main.h添加代码头文件(其他地方也行，只要不报错)：#include "tcpecho.h"
最后再找到FreeRTOS的第一个任务，将"tcpecho_init();"语句添加到语句 "client_init();的后面即可"，随后编译，再用网络调试助手创建TCP_Server，将代码下入开发板一会可以看到已经可以连接上，定时接收到开发板发送的消息，并且电脑发送的信息还可以回显，如下图：
至此LWIP+FreeRTOS进行TCP连接的功能就已经全部实现了，但是我还发现一个问题就是当程序正常运行时如果按下复位键重启，任务可以正常运行，LED灯可以正常闪烁，但是LWIP不能正常运行，电脑也ping不通，除非开发板断电重启。这个问题我也是刚发现，具体问题还需后面继续查找，待找到原因后将会更新后续。
事隔接近10天后，终于把剩下的问题解决了，最近大降温，同时也比较忙，终于有时间把它解决了。
之前遗留的问题其实就是热插拔的问题。这段时间我也参考了很多大佬的解决办法，但是我尝试了适合我们这种静态IP的解决办法的就是增加3个字符：找到ethernetif.c文件，将其中的ethernet_link_thread函数的倒数第三条语句“HAL_ETH_Start(&heth);”修改成“HAL_ETH_Start_IT(&heth);”。其实就是在括号前加了“_IT”这三个字符。虽然只是简单的换了字符，但是启动方式却不一样，采用中断接收后热插拔的功能也就实现了。
至此STM32F4 LWIP+FreeRTOS实现TCP通信的博客终于告一段落！希望对大家有所帮助。
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