ZC706千兆网测试（ZYNQ，FreeRTOS，Echo，lwIP，TCP，RGMII）
（1）使用zc706开发板测试ps端网口（echo，lwip协议栈）；
（2）配合操作pl端led（直接驱动和使用消息队列两种方式）；
（3）ps端串口uart打印调试信息；
（4）qspi固化（dual quad spi parallel 8 bit模式）。
zc706中，mac 控制器与 phy 通过 rgmii（reduced gigabit media independent interface）接口进行连接，实现千兆网。
一、工程概述 1. 开发板配置 使用xilinx zynq开发板zc706，默认配置arm后即可使用ps端网口、串口和qspi，放置axi gpio的ip核驱动pl端的4个led。
arm端配置如下图所示，以5处的arm-a9为核心，使用1处的uart1打印调试信息，使用2处的网口0进行以太网通信，使用3处的axi gp（general port）master通用主设备接口连接pl端的axi gpio，最后使用4处的qspi固化程序，烧录boot文件。
2. sdk程序 上述工程综合、布局布线并生成bit流后，导出硬件。
新建应用工程application project，选择 os platform 平台为 freertos10_xilinx（vivado及sdk版本2018.2，低版本的可能是freertos9_xilinx），选择next，选中“freertos lwip echo server”。
新建完成后，即可进行最基础的网络通信了。这里注意，默认设置的是dchp动态主机配置协议，需要开发板和电脑都连接到一个路由器上。如果直接使用网线连接开发板和电脑，则启用 ipv4 协议，默认配置的ip地址为192.168.1.10，子网掩码255.255.255.0，网关196.128.1.1，如果想要更改默认配置，可以在main.c文件的main_thread()主线程中修改，如下所示：
xil_printf(error: dhcp request timed out); xil_printf(configuring default ip of 192.168.1.10); ip4_addr(&(server_netif.ip_addr), 192, 168, 1, 10); ip4_addr(&(server_netif.netmask), 255, 255, 255, 0); ip4_addr(&(server_netif.gw), 192, 168, 1, 1); lwip 是一个小型开源的 tcp/ip 协议栈,支持ipv4、ipv6、tcp、udp、dhcp等。
•igmp 协议，用于网络组管理，可以实现多播数据的接收
•internet 协议（ip），包括 ipv4 和 ipv6，支持 ip 分片与重装，包括通过多个网络接口的数据包转发
•用于网络维护和调试的 internet 控制消息协议（icmp）
•用户数据报协议（udp）
•传输控制协议（tcp）拥塞控制，往返时间（rtt）估计，快速恢复和重传
•dns，域名解析
•snmp，简单网络管理协议
•动态主机配置协议（dhcp）
•以太网地址解析协议（arp）
•autoip，ip 地址自动配置
•ppp，点对点协议，支持
3. 网络设置 使用网线直接连接zc706开发板和计算机网口，配置计算机ip地址为192.168.1.11，子网掩码255.255.255.0，网关192.168.1.1，其中ip地址的最后一处可以更改为其他值，但是不能和开发板的相同。
4. 开启监听测试 使用securecrt软件监听，除此之外，使用其他网口助手也可以。
二、工程测试 1. 测试echo官方例程 先打开串口，波特率115200，下载官方例程到zc706开发板，连接securecrt_cn，初始化工程中串口打印信息如下：配置dchp动态主机协议超时，自动转为ipv4，将板子的ip地址配置为192.168.1.10，子网掩码255.255.255.0，网关192.168.1.1，使用端口7。
在securecrt_cn界面输入字符或字符串，回车，通过网口向开发板发送数据，开发板会返回同样的数据，测试正确。
2. 分析源码 2.1 main函数 打开main.c文件，找到main()函数。在main函数中创建了一个线程，传入的参数依次为线程名（调试用）、函数指针、函数需要的参数、需要的堆栈大小、优先级。
按照如下配置，调用了main_thread函数，不需要传参（用0或null），堆栈大小由#define定义为1024，优先级为2。
int main() { sys_thread_new(main_thrd, (void(*)(void*))main_thread, 0, thread_stacksize, default_thread_prio); vtaskstartscheduler(); while(1); return 0; }
2.2 main_thread函数 此函数中实现的功能如下：
（1）初始化lwip协议栈；lwip_init();
（2）调用network_thread()创建线程；
（3）调用echo_application_thread()创建线程；
每500ms检测一次dhcp是否成功，若成功则创建echo应用线程，如果10秒还没有成功，则启用ipv4，配置ip地址、子网掩码和网关后，创建echo应用程序；创建成功后退出while，配置完成；
while (1) { vtaskdelay(dhcp_fine_timer_msecs / porttick_rate_ms); if (server_netif.ip_addr.addr) { xil_printf(dhcp request success); print_ip_settings(&(server_netif.ip_addr), &(server_netif.netmask), &(server_netif.gw)); print_echo_app_header(); xil_printf(); sys_thread_new(echod, echo_application_thread, 0, thread_stacksize, default_thread_prio); break; } mscnt += dhcp_fine_timer_msecs; if (mscnt >= 10000) { xil_printf(error: dhcp request timed out); xil_printf(configuring default ip of 192.168.1.10); ip4_addr(&(server_netif.ip_addr), 192, 168, 1, 10); ip4_addr(&(server_netif.netmask), 255, 255, 255, 0); ip4_addr(&(server_netif.gw), 192, 168, 1, 1); print_ip_settings(&(server_netif.ip_addr), &(server_netif.netmask), &(server_netif.gw)); /* print all application headers */ xil_printf(); xil_printf(%20s %6s %s, server, port, connect with..); xil_printf(%20s %6s %s, --------------------, ------, --------------------); print_echo_app_header(); xil_printf(); sys_thread_new(echod, echo_application_thread, 0, thread_stacksize, default_thread_prio); break; } }
2.3 echo_application_thread函数 位置：echo.c文件。
（1）创建socket，绑定端口，监听；
（2）调用process_echo_request函数创建线程；
此函数需要传入参数。
while (1) { if ((new_sd = lwip_accept(sock, (struct sockaddr *)&remote, (socklen_t *)&size)) > 0) { sys_thread_new(echos, process_echo_request, (void*)new_sd, thread_stacksize, default_thread_prio); } }
2.4 process_echo_request函数 位置：echo.c文件，用户需要注意的最重要的函数，发送和接收的移植全部在这个函数。
（1）接收数据，最大数据长度2048，char 类型，存储在recv_buff 数组中，若接收出错，打印错误信息并退出while；
（2）若接收到的数据的前4个字符为quit，则退出while；
（3）将接收到的数据发送出去；
void process_echo_request(void *p) { int sd = (int)p; int recv_buf_size = 2048; char recv_buf[recv_buf_size]; int n, nwrote; while (1) { /* read a max of recv_buf_size bytes from socket */ if ((n = read(sd, recv_buf, recv_buf_size)) < 0) { xil_printf(%s: error reading from socket %d, closing socket, __function__, sd); break; } /* break if the recved message = quit */ if (!strncmp(recv_buf, quit, 4)) break; /* break if client closed connection */ if (n <= 0) break; /* handle request */ if ((nwrote = write(sd, recv_buf, n)) < 0) { xil_printf(%s: error responding to client echo request. received = %d, written = %d, __function__, n, nwrote); xil_printf(closing socket %d, sd); break; } } /* close connection */ close(sd); vtaskdelete(null); }
3. 测试网口发送数据 由2.4可知，在process_echo_request函数中更改发送即可。新增一个字符数组：
char tx_buf[16]={'h','e','l','l','o',',','w','o','r','l','d','',''}; 在发送完接收到的数据后，新增一个发送函数，即可发送tx_buf数组，长度为16：
write(sd, tx_buf, 16);
4. 测试网口接收数据并控制led 在向开发板发送数据时，规定一组特殊数据，如“led0”、“led5”、“led8”等，前3个字符“led”用于指示这部分数据是用于控制led的，第4个字符表示点亮组合，四个led使用二进制编码数据为0~15，注意，这里发送的是ascii字符，在控制led时需处理成数字（减 ’0’）。
接收到数据后，仿照函数中对quit字符串的处理方式，新增一个处理，将接收到的字符串与字符串“led”比较，如果收到的字符串的前3个字符是“led”，则使用第4个字符控制led的亮灭。
strncmp函数，字符串比较函数，字符串大小的比较以ascii 码表上的顺序来决定。函数声明为int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t n )，把 str1 和 str2 进行比较，最多比较前 n 个字节，若str1与str2的前n个字符相同，则返回0；若s1大于s2，则返回大于0的值；若s1 小于s2，则返回小于0的值。
if (!strncmp(recv_buf, led, 3)) { xgpio_discretewrite(&gpio_led, 1, recv_buf[3]-'0'); xil_printf(led value = %d, recv_buf[3]-'0'); }
5. 测试led任务及消息队列 5.1 包含头文件，声明队列 #include freertos.h #include task.h #include queue.h #include timers.h queuehandle_t xqueue = null;
5.2 在main函数中创建消息队列 传入两个参数，分别为队列长度和队列中每个元素的长度，xqueuecreate(1,1) 表示队列长度为1，队列中的每个元素时一个char类型数据，xqueuecreate(2,15) 表示队列长度为2，每个元素都是一个char[15]类型的字符数组。
xqueue = xqueuecreate(1,1); /* check the queue was created. 检查队列是否创建成功*/ configassert( xqueue );
5.3 在main函数中创建led任务，接收队列消息 xtaskcreate( prvplledtask, ( const char * ) pl led, configminimal_stack_size, null, tskidle_priority + 1, null); 其中，调用的prvplledtask定义如下，每次从队列中读取一个char类型的数据，若队列为空则等待，若队列不为空则读出后控制led，注意这里的rece_led_value一定要加取地址符号&，表示传入指针，否则出错。
static void prvplledtask( void *pvparameters ) { const ticktype_t x1second = pdms_to_ticks( delay_1_second ); char rece_led_value; for( ;; ) { xil_printf( pl led task ); xqueuereceive( xqueue, /* the queue being read. */ &rece_led_value, /* data is read into this address. */ portmax_delay ); /* 延时 */ xil_printf( pl led task ); xil_printf( rece_led_value = %d, rece_led_value-'0' ); xgpio_discretewrite(&gpio_led, 1, rece_led_value-'0'); /* delay for 1 second. */ vtaskdelay( x1second ); } }
5.4 在process_echo_request中添加发送队列消息 若满足条件，则将对led的控制信息写入队列，注意要加取地址符号&。
if (!strncmp(recv_buf, led, 3)) { xqueuesend( xqueue, &recv_buf[3], 0ul ); }
三、程序固化 1. 新建fsbl工程
2. 生成boot镜像文件 生成工程后，右键“create boot image”,依次添加fsbl工程的elf（默认已添加）、工程的bit文件（默认已添加）、需固化的程序elf（add找到路径添加），“create image”。
3. 烧录qspi flash 选择image和fsbl的路径，对flash，一定选择“qspi_dual_parallel”，若选择“qspi_single”也能下载成功，但是无法加载，zc706板载指示灯亮红灯。
4. 配置启动模式
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新建完成后，即可进行最基础的网络通信了。这里注意，默认设置的是dchp动态主机配置协议，需要开发板和电脑都连接到一个路由器上。如果直接使用网线连接开发板和电脑，则启用 ipv4 协议，默认配置的ip地址为192.168.1.10，子网掩码255.255.255.0，网关196.128.1.1，如果想要更改默认配置，可以在main.c文件的main_thread()主线程中修改，如下所示：
xil_printf(error: dhcp request timed out); xil_printf(configuring default ip of 192.168.1.10); ip4_addr(&(server_netif.ip_addr), 192, 168, 1, 10); ip4_addr(&(server_netif.netmask), 255, 255, 255, 0); ip4_addr(&(server_netif.gw), 192, 168, 1, 1); lwip 是一个小型开源的 tcp/ip 协议栈,支持ipv4、ipv6、tcp、udp、dhcp等。
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4. 开启监听测试 使用securecrt软件监听，除此之外，使用其他网口助手也可以。
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在securecrt_cn界面输入字符或字符串，回车，通过网口向开发板发送数据，开发板会返回同样的数据，测试正确。
2. 分析源码 2.1 main函数 打开main.c文件，找到main()函数。在main函数中创建了一个线程，传入的参数依次为线程名（调试用）、函数指针、函数需要的参数、需要的堆栈大小、优先级。
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int main() { sys_thread_new(main_thrd, (void(*)(void*))main_thread, 0, thread_stacksize, default_thread_prio); vtaskstartscheduler(); while(1); return 0; }
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（1）初始化lwip协议栈；lwip_init();
（2）调用network_thread()创建线程；
（3）调用echo_application_thread()创建线程；
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while (1) { vtaskdelay(dhcp_fine_timer_msecs / porttick_rate_ms); if (server_netif.ip_addr.addr) { xil_printf(dhcp request success); print_ip_settings(&(server_netif.ip_addr), &(server_netif.netmask), &(server_netif.gw)); print_echo_app_header(); xil_printf(); sys_thread_new(echod, echo_application_thread, 0, thread_stacksize, default_thread_prio); break; } mscnt += dhcp_fine_timer_msecs; if (mscnt >= 10000) { xil_printf(error: dhcp request timed out); xil_printf(configuring default ip of 192.168.1.10); ip4_addr(&(server_netif.ip_addr), 192, 168, 1, 10); ip4_addr(&(server_netif.netmask), 255, 255, 255, 0); ip4_addr(&(server_netif.gw), 192, 168, 1, 1); print_ip_settings(&(server_netif.ip_addr), &(server_netif.netmask), &(server_netif.gw)); /* print all application headers */ xil_printf(); xil_printf(%20s %6s %s, server, port, connect with..); xil_printf(%20s %6s %s, --------------------, ------, --------------------); print_echo_app_header(); xil_printf(); sys_thread_new(echod, echo_application_thread, 0, thread_stacksize, default_thread_prio); break; } }
2.3 echo_application_thread函数 位置：echo.c文件。
（1）创建socket，绑定端口，监听；
（2）调用process_echo_request函数创建线程；
此函数需要传入参数。
while (1) { if ((new_sd = lwip_accept(sock, (struct sockaddr *)&remote, (socklen_t *)&size)) > 0) { sys_thread_new(echos, process_echo_request, (void*)new_sd, thread_stacksize, default_thread_prio); } }
2.4 process_echo_request函数 位置：echo.c文件，用户需要注意的最重要的函数，发送和接收的移植全部在这个函数。
（1）接收数据，最大数据长度2048，char 类型，存储在recv_buff 数组中，若接收出错，打印错误信息并退出while；
（2）若接收到的数据的前4个字符为quit，则退出while；
（3）将接收到的数据发送出去；
void process_echo_request(void *p) { int sd = (int)p; int recv_buf_size = 2048; char recv_buf[recv_buf_size]; int n, nwrote; while (1) { /* read a max of recv_buf_size bytes from socket */ if ((n = read(sd, recv_buf, recv_buf_size)) < 0) { xil_printf(%s: error reading from socket %d, closing socket, __function__, sd); break; } /* break if the recved message = quit */ if (!strncmp(recv_buf, quit, 4)) break; /* break if client closed connection */ if (n <= 0) break; /* handle request */ if ((nwrote = write(sd, recv_buf, n)) < 0) { xil_printf(%s: error responding to client echo request. received = %d, written = %d, __function__, n, nwrote); xil_printf(closing socket %d, sd); break; } } /* close connection */ close(sd); vtaskdelete(null); }
3. 测试网口发送数据 由2.4可知，在process_echo_request函数中更改发送即可。新增一个字符数组：
char tx_buf[16]={'h','e','l','l','o',',','w','o','r','l','d','',''}; 在发送完接收到的数据后，新增一个发送函数，即可发送tx_buf数组，长度为16：
write(sd, tx_buf, 16);
4. 测试网口接收数据并控制led 在向开发板发送数据时，规定一组特殊数据，如“led0”、“led5”、“led8”等，前3个字符“led”用于指示这部分数据是用于控制led的，第4个字符表示点亮组合，四个led使用二进制编码数据为0~15，注意，这里发送的是ascii字符，在控制led时需处理成数字（减 ’0’）。
接收到数据后，仿照函数中对quit字符串的处理方式，新增一个处理，将接收到的字符串与字符串“led”比较，如果收到的字符串的前3个字符是“led”，则使用第4个字符控制led的亮灭。
strncmp函数，字符串比较函数，字符串大小的比较以ascii 码表上的顺序来决定。函数声明为int strncmp ( const char * str1, const char * str2, size_t n )，把 str1 和 str2 进行比较，最多比较前 n 个字节，若str1与str2的前n个字符相同，则返回0；若s1大于s2，则返回大于0的值；若s1 小于s2，则返回小于0的值。
if (!strncmp(recv_buf, led, 3)) { xgpio_discretewrite(&gpio_led, 1, recv_buf[3]-'0'); xil_printf(led value = %d, recv_buf[3]-'0'); }
5. 测试led任务及消息队列 5.1 包含头文件，声明队列 #include freertos.h #include task.h #include queue.h #include timers.h queuehandle_t xqueue = null;
5.2 在main函数中创建消息队列 传入两个参数，分别为队列长度和队列中每个元素的长度，xqueuecreate(1,1) 表示队列长度为1，队列中的每个元素时一个char类型数据，xqueuecreate(2,15) 表示队列长度为2，每个元素都是一个char[15]类型的字符数组。
xqueue = xqueuecreate(1,1); /* check the queue was created. 检查队列是否创建成功*/ configassert( xqueue );
5.3 在main函数中创建led任务，接收队列消息 xtaskcreate( prvplledtask, ( const char * ) pl led, configminimal_stack_size, null, tskidle_priority + 1, null); 其中，调用的prvplledtask定义如下，每次从队列中读取一个char类型的数据，若队列为空则等待，若队列不为空则读出后控制led，注意这里的rece_led_value一定要加取地址符号&，表示传入指针，否则出错。
static void prvplledtask( void *pvparameters ) { const ticktype_t x1second = pdms_to_ticks( delay_1_second ); char rece_led_value; for( ;; ) { xil_printf( pl led task ); xqueuereceive( xqueue, /* the queue being read. */ &rece_led_value, /* data is read into this address. */ portmax_delay ); /* 延时 */ xil_printf( pl led task ); xil_printf( rece_led_value = %d, rece_led_value-'0' ); xgpio_discretewrite(&gpio_led, 1, rece_led_value-'0'); /* delay for 1 second. */ vtaskdelay( x1second ); } }
5.4 在process_echo_request中添加发送队列消息 若满足条件，则将对led的控制信息写入队列，注意要加取地址符号&。
if (!strncmp(recv_buf, led, 3)) { xqueuesend( xqueue, &recv_buf[3], 0ul ); }
三、程序固化 1. 新建fsbl工程
2. 生成boot镜像文件 生成工程后，右键“create boot image”,依次添加fsbl工程的elf（默认已添加）、工程的bit文件（默认已添加）、需固化的程序elf（add找到路径添加），“create image”。
3. 烧录qspi flash 选择image和fsbl的路径，对flash，一定选择“qspi_dual_parallel”，若选择“qspi_single”也能下载成功，但是无法加载，zc706板载指示灯亮红灯。
4. 配置启动模式
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