十四、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜NetBIOS＞

1 前言

  随着TCP/IP取代OSI模型成为事实上的标准，NetBIOS over TCP/IP从20世纪80年代后期开始广泛使用，NetBIOS成为许多其他网络应用程序的基础。很多局域网都是在NetBIOS协议的基础上工作的。

  W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网NetBIOS应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是NetBIOS？

  NetBIOS（Network Basic Input/Output System）是一种应用程序接口（API），应用于局域网程序中，为程序提供请求低级服务的统一的命令集，作用是给局域网提供网络服务以及其他特殊功能。

2.2 NetBIOS的优点

  NetBIOS协议的优点包括：

1. 可以直接使用主机名来寻找其他主机，不需要知道对方的IP地址。
2. 可以共享主机上的所有资源，例如磁盘、打印机等。
3. 具有良好的跨平台性和兼容性。
4. 短小精练，网络通信性能良好，适合于适时性较高的小型LAN网络环境。·

2.3 NetBIOS工作原理

NetBIOS协议的实现步骤如下：

1. 首先，计算机在启动时或启动后，会执行一个名为"nbtstat"的程序，这个程序会将自己的名称（NetBIOS名称）广播到网络中。
2. 其次，当一个数据包到达时，系统会查看该数据包的目的IP地址，如果是广播或组播地址，那么系统会将该数据包直接发送到所有配置了相同广播地址或组播地址的接口。
3. 然后，系统会查看该数据包的NetBIOS头部信息，其中包含目的计算机的NetBIOS名称。系统会查找本机的NetBIOS名称表，如果找到了匹配的名称，那么系统会将该数据包发送到对应接口。
4. 最后，如果系统没有找到匹配的名称，那么系统会将该数据包丢弃。

2.4 NetBIOS应用场景

NetBIOS协议广泛应用于局域网中，以下是一些常见的应用场景：

1. 共享文件和打印机：NetBIOS协议允许在局域网中共享文件和打印机，所有连接到同一网络的计算机都可以访问这些资源，只需要指定它们的NetBIOS名称即可。
2. 远程登录：NetBIOS协议可以通过终端服务（Terminal Services）或远程桌面连接，实现远程登录和管理其他计算机。
3. 网络管理工具：NetBIOS协议常用于网络管理工具中，例如网络监视器、网络诊断工具等，用于监视和管理网络中的计算机和设备。
4. 数据库共享：NetBIOS协议可以用于数据库共享，允许不同的计算机之间进行数据交换和共享。
5. 多媒体传输：NetBIOS协议适用于传输音频、视频等多媒体数据，可以在局域网中实现实时的音视频传输。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
2. W6100 支持IPV6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 NetBIOS网络设置示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示：

4.2 准备工作核心

软件

• Visual Studio Code
• WIZnet UartTool

硬件

• W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
• Micro USB 接口的数据线
• TTL 转 USB
• 网线

4.3 连接方式

• 通过数据线连接PC的USB口（主要用于烧录程序，也可以虚拟出串口使用）

• 通过TTL串口转USB，连接UART0 的默认引脚：

  • RP2040 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
  • RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX

• 使用模块连接RP2040 进行接线时

  • RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
  • RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
  • RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
  • RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
  • RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST

• 通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

  我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富，操作简单，芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈，该库又封装好了TCP/IP层之上的协议，我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

第一步：arp_client.c文件中加入对应的.h文件。

第二步：定义DHCP配置需要的宏。

第三步：网络信息的配置,开启DHCP模式。

第四步：编写定时器回调处理函数，用于 DHCP 1s滴答定时器处理函数。

第五步：主函数先是对串口和SPI的初始化，然后写入W5100S的网络配置参数，初始化DHCP后主循环开始DHCP获取IP，获取到就打印获取到的IP，获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP。

#include 
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"

#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "dhcp.h"     // Use dhcp
#include "socket.h"   // Use socket
#include "arp.h"      // Use arp

#define SOCKET_ID 0                      // Socket number
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2) // Send and receive cache size
#define DHCP_RETRY_COUNT 5               // DHCP retry times


/**
 * @brief   Timer callback processing function, used for dhcp timing processing
 * @param   repeating :Timer structure
 * @return  bool
 */
bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t);

/**
 * @brief   Initialization of chip network information
 * @param   conf_info :Static configuration information
 * @return  none
 */
void network_init(wiz_NetInfo *conf_info);

/* Network information to be configured. */
wiz_NetInfo net_info = {
    .mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x1e, 0xed, 0x2e}, // Configured MAC address
    .ip = {192, 168, 1, 10},                     // Configured IP address
    .sn = {255, 255, 255, 0},                    // Configured subnet mask
    .gw = {192, 168, 1, 1},                      // Configured gateway
    .dns = {8, 8, 8, 8},                         // Configured domain address
    .dhcp = NETINFO_DHCP};                       // Configured dhcp model,NETINFO_DHCP:use dhcp; NETINFO_STATIC: use static ip.


static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {
    0,
};                                           // Send and receive cachestatic uint8_t destip[4]={192, 168, 1, 2};  // udp destination ip
static uint8_t dest_ip[4] = {192, 168, 1, 2}; // UDP IP address
static uint8_t breakout_flag = 0;         // Define the DHCP acquisition flag

int main()
{
    struct repeating_timer timer; // Define the timer structure
    wiz_NetInfo get_info;
    /* MCU init */
    stdio_init_all();     // Initialize the main control peripheral
    wizchip_initialize(); // Initialize the chip interface

    /*dhcp init*/
    DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                   // DHCP initialization
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handler

    printf("wiznet chip tcp server example.\r\n");
    network_init(&net_info);              // Configuring Network Information
    print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it

    while (true)
    {
        do_arp(SOCKET_ID, ethernet_buf, dest_ip);   //run arp
    }
}

void network_init(wiz_NetInfo *conf_info)
{
    int count = 0;
    uint8_t dhcp_retry = 0;

    if (conf_info->dhcp == NETINFO_DHCP)
    {
        while (true)
        {
            switch (DHCP_run()) // Do the DHCP client
            {
            case DHCP_IP_LEASED: // DHCP resolves the domain name successfully
            {
                if (breakout_flag == 0)
                {
                    printf("DHCP success\r\n");
                    getIPfromDHCP((*conf_info).ip);
                    getGWfromDHCP((*conf_info).gw);
                    getSNfromDHCP((*conf_info).sn);
                    getDNSfromDHCP((*conf_info).dns);
                    wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
                    close(SOCKET_ID);              // After dhcp close the socket, avoid errors in later use
                    breakout_flag = 1;
                }
                break;
            }
            case DHCP_FAILED:
            {
                printf(" DHCP failed \r\n");
                count++;
                if (count <= DHCP_RETRY_COUNT) // If the number of times is less than or equal to the maximum number of times, try again
                {
                    printf("DHCP timeout occurred and retry %d \r\n", count);
                }
                else if (count > DHCP_RETRY_COUNT) // If the number of times is greater than DHCP fails
                {
                    breakout_flag = 1; // if DHCP fail, use the static
                    DHCP_stop();       // Stop processing DHCP protocol
                    conf_info->dhcp = NETINFO_STATIC;
                    wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
                    break;
                }
                break;
            }
            }
            if (breakout_flag)
            {
                printf("config succ\r\n");
                break;
            }
        }
    }
    else
    {
        wizchip_setnetinfo(conf_info); // Configuring Network Information
    }
}

bool repeating_timer_callback(struct repeating_timer *t)
{
    DHCP_time_handler(); // DHCP 1s Tick Timer handler
    return true;
}

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4.5 结果演示

1.打开WIZ UartTool，填入参数：选择串口对应的com port，波特率115200，8位数据位，1位停止位，无校验位，无流控，填完参数后点击open打开。

2.打开串口后，按下复位键可以看到串口打印DHCP获取到的信息，其中IP为192.168.1.138。

3.通过PC终端PING获取到的IP，发现可以PING通，所以DHCP成功。

5 注意事项

• 如果想用WIZnet的W5500来实现本章的示例，我们只需修改两个地方即可：

​ (1)在library/ioLibrary_Driver/Ethernet/下找到wizchip_conf.h这个头文件，将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500。

​ (2)在library下找到CMakeLists.txt文件，将COMPILE_SEL设置为ON即可，OFF为W5100S，ON为W5500。

6 相关链接

WIZnet官网

WIZnet官方库链接

本章相关例程

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