STM32F103ZTE6 + W5500编程遇到的问题与解决过程

STM32F103ZTE6 + W5500编程遇到的问题与解决过程

  W5500是韩国公司WIZNET出品的爆款网络芯片，它集成了TCP/IP协议栈和以太网PHY接口，能让不具备网络功能的单片机通过 SPI 接口便捷地实现上网功能，目前国内兼容的芯片有沁恒公司的CH394。我最近开发的一款数据采集卡产品就是使用STM32F103ZET6+W5500实现了网络功能，网络部分代码由野火开发板配套提供，而野火的代码也是在官方代码基础上修改而来。使用配套代码很容易就实现了我的应用，但是在稳定性测试中也发现了一些问题，下面就是遇到的问题以及解决办法。

1. 拔插网线后无法再次连接

  建立连接成功后，将网线拔插，模拟网络故障，结果在网线插上后可以PING通，但是连接一直超时，通过单片机的调试串口输出可以看出W5500的状态一直处于SOCK_ESTABLISHED，说明它没有收到网络断开的通知。网上搜索解决方法，需要启动Keep-Alive功能，因此在网络初始化代码中添加相应代码启动Keep-Alive功能：
启动Keep-Alive功能函数声明如下：

    //s参数表示对应的socket号，times参数表示超时次数
    void setSn_KPALVTR(SOCKET s, uint8 times);

函数定义如下：

void setSn_KPALVTR(SOCKET s, uint8 times)
{
    //IINCHIP_WRITE是官方提供的寄存器操作函数
    //官方手册中每个时间单位是5S，times=1表示检验周期是5S
	IINCHIP_WRITE(Sn_KPALVTR(s),times);
}

官方手册描述如下：

    Sn_KPALVTR 配置了 SOCKET n 的‘KEEP ALIVE(KA)’在线验证心跳包传输时
间。他只在TCP模式下生效，在其他模式下将会被忽略。单位时间为5秒。 
KA 包会在Sn_SR变为SOCK_ESTABLISHED 且与对方至少进行过一次收或发的通
讯后进行传输。如果‘Sn_KPALVTR > 0’，W5500 在一定时间周期会自动传输 KA
包以检查 TCP 的连接状态（自动在线验证）。如果‘Sn_KPALVTR = 0’，将不会
启动自动在线验证，主机可以通过 SEND_KEEP 配置命令发送 KA 包（手动在线验
证）。在‘Sn_KPALVTR > 0’时，将会无视手动在线验证。
    如果对方不能在超时计数期内反馈在线心跳包，这个连接将会被关闭并
触发超时中断。

  从官方手册来看，下面的代码应该是最长5S+超时计数秒数后就关闭连接，程序超时计数描述设置的是32秒，拔掉网线后测试了几次，基本都是36、37秒W5500的socket变成关闭连接状态，符合预期。

    //0是SOCKET,也就是W5500的通道0
    setSn_KPALVTR(0, 1);

也可以手动发送心跳包，函数如下（我的代码中没有手动发送，主要是没想好发送的时机，所以还是设置自动发送更简单）：

    //发送心跳包函数声明
    void sendKA(SOCKET s);
    //发送心跳包函数定义
    void sendKA(SOCKET s)
    {
        IINCHIP_WRITE(Sn_CR(s),Sn_CR_SEND_KEEP);
    }

拔掉网线后需要等待半分钟多才能再次连接上，这个时间还是有些长，如果能检测到网线断开后马上就关闭连接，这样就可以在插上网线后快速的进行连接，从而提升用户体验。
检测网络断开的代码如下，为了节约系统开销，这里使用了宏定义：

    #define NET_DISCONNECT ((IINCHIP_READ(PHYCFGR) & 0x01) == 0)

NET_DISCONNECT可以直接当作布尔变量使用，断开为真，连接为假。
在检测到网络断开后，直接使用close函数关闭对应socket就可以让单片机马上处于等待连接的状态。

2. 卡在SOCK_SYNRECV很长时间

  上位机windows操作系统，使用VS2022的C++编程，设置断线重连，有的时候能马上连接，有的时候要等半分钟才能连接成功，查看单片机的调试串口输出，可以看到W5500的网络状态卡在了SOCK_SYNRECV处很长时间，直到超时关闭连接后，上位机才能再次连接成功。将上位机连接超时从1秒改成5秒后，连接延迟的现象有所改善，但是仍然会出现，估计是在单片机等待连接再次建立的时候，刚好出现在超时临界点，导致接收不到SOCK_SYNRECV的应答信号，就一直卡在那里了，决定使用下面的思路解决。
  添加SOCK_SYNRECV超时判断，W5500进入SOCK_LISTEN状态后，复位超时；进入SOCK_SYNRECV状态后，开始计时，如果计时时间到，仍然处在SOCK_SYNRECV状态中，则关闭socket。相关函数与代码如下：

//函数声明
uint8 SYNRECVTimeOut(uint8 resetTime,uint16 timeOutMS);
//resetTime=0表示不复位超时定时器
//resetTime=1表示复位超时定时器
//timeOutS是超时秒数

//函数定义
uint8 SYNRECVTimeOut(uint8 resetTime,uint16 timeOutMS)
{
	static uint64_t lastMS = 0;
	if (resetTime) {
		lastMS = get_ms();
	}
	else {
		if (get_ms() - lastMS > timeOutMS)
			return 1;
	}
	return 0;
}

//网络处理代码片段
        ……
		case SOCK_LISTEN:
			//复位超时定时器
			SYNRECVTimeOut(1, 0);
			break;
		case SOCK_SYNRECV:
			//此状态超过1S则关闭端口
			if (SYNRECVTimeOut(0, 1000))
				close(SOCK_TCPS);
			break;
        ……

经过上面两个处理，拔插数据采集卡的网线，上位机重连基本都可以在1秒内完成。