單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復雜工控場景設計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設資源，能夠輕松應對工業控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執行器的通信，還是對復雜工業協議的支持，都能游刃有余，成為復雜工控領域的理想選擇。同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網關模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發板的更多詳細信息，包括產品特性、技術參數以及價格等，歡迎訪問官方網頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第十四章 W55MH32 TFTP示例

本篇文章，我們將詳細介紹如何在W55MH32芯片上面實現TFTP協議。并通過實戰例程，為大家講解如何使用TFTP客戶端模式向服務器獲取文本文件。

該例程用到的其他網絡協議，例如DHCP請參考相關章節。有關W55MH32的初始化過程，也請參考Network Install章節，這里將不再贅述。

1 TFTP協議簡介

TFTP（TrivialFileTransferProtocol）協議是一種輕量級的文件傳輸協議，它通常用于需要快速、簡單的文件交換場景，尤其是在網絡設備啟動和配置過程中。與FTP（文件傳輸協議）不同，TFTP設計得非常簡單，僅提供基本的文件讀寫功能，并且使用UDP作為傳輸層協議，因而不具備TCP的復雜性和重傳機制。

2 TFTP協議特點

簡單性：TFTP協議設計簡單，它的報頭格式簡潔，操作命令種類少，這使得實現起來相對容易，對資源的需求也較低。

輕量級：TFTP協議不需要復雜的連接建立和管理過程，開銷小，因此適合在一些對性能要求不高、資源有限的環境中使用。

基于UDP：TFTP使用UDP作為傳輸層協議，利用了UDP的快速傳輸和無連接特性，從而能夠快速地傳輸數據。不過，這也意味著TFTP本身不提供可靠的傳輸保證，需要在應用層實現可靠性機制。

端口固定：TFTP使用固定的端口69來監聽客戶端的請求。數據傳輸使用的端口是動態分配的，每次傳輸會在此基礎上選擇一個臨時端口。

數據塊大小限制：每個數據報文最多只能傳輸512字節的數據，如果文件較大，會分多次傳輸，每次發送一個512字節的數據塊。最后一個數據塊可能小于512字節，表示文件的結束。

3 TFTP協議應用場景

接下來，我們了解下在W55MH32上，可以使用TFTP協議完成哪些操作及應用呢？

固件升級:對于路由器、交換機等網絡設備，TFTP協議常用于將固件傳輸到這些設備以進行固件更新。TFTP協議能夠確保固件文件快速、準確地傳輸到目標設備。

配置文件傳輸:TFTP協議也常用于管理網絡設備的配置文件。將配置文件傳輸到網絡設備以進行配置更新，或者從網絡設備下載配置文件進行備份或分析。

IOT設備固件升級:TFTP協議因其簡單性和高效性，成為IOT設備固件升級的一種常用協議。

4 TFTP協議基本工作流程

請求發送：客戶端向服務器發送讀請求（RRQ，Read Request）或寫請求（WRQ，Write Request）。這些請求包含了要讀取或寫入的文件名以及傳輸模式（如二進制或ASCII碼）。

建立連接：服務器接收到客戶端的請求后，根據請求中的文件名和傳輸模式，打開相應的文件（對于寫請求）或準備發送文件數據（對于讀請求），并向客戶端發送確認信息，從而建立連接。

數據傳輸：在寫請求的情況下，客戶端開始發送文件數據到服務器，服務器接收并寫入文件。數據以數據塊的形式發送，每個數據塊的大小通常為512字節（但可以根據網絡狀況調整）。

在讀請求的情況下，服務器開始發送文件數據到客戶端，客戶端接收并保存文件。同樣，數據也是以數據塊的形式發送的。

回應與確認：每當客戶端或服務器發送一個數據塊后，接收方會發送一個回應包（ACK，Acknowledgment）來確認接收到了該數據塊。這個回應包包含了接收到的數據塊的編號，以確保數據的順序和完整性。

繼續傳輸或結束：根據回應包，發送方會繼續發送下一個數據塊，直到整個文件傳輸完成。如果傳輸過程中出現錯誤，服務器會向客戶端發送錯誤信息包（ERROR），中斷傳輸過程。

關閉連接：文件傳輸完成后，客戶端和服務器會關閉連接。

5 TFTP協議報文解析

常見的操作碼：

1：讀請求（RRQ），用于請求讀取服務器上的文件。

2：寫請求（WRQ），用于請求向服務器上寫入文件。

3：數據（DATA），用于傳輸文件數據。

4：回應（ACK），用于確認接收到的數據塊。

5：錯誤信息（ERROR），用于報告傳輸過程中發生的錯誤。

常見操作碼的報文格式如下：

報文示例：

客戶端讀請求報文：

|報文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Read Request (1) （操作碼為01，讀請求報文）
    Source File: tftp_test_file.txt （明確要讀取的文件名為tftp_test_file.txt）
    Type: octet （傳輸模式為octet）
    Option: timeout = 5

|報文原文|
00 01 74 66 74 70 5f 74 65 73 74 5f 66 69 6c 65 2e 74 78 74 00 6f 63 74 65 74 00 74 69 6d 65 6f 75 74 00 35 00

服務器響應報文：

|報文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Option Acknowledgement (6) （操作碼為06，擴展操作碼）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
Option: timeout = 5

|報文原文|
00 06 74 69 6d 65 6f 75 74 00 35 00

客戶端響應報文：

|報文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Acknowledgement (4) （操作碼為04，回應報文）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
    Block: 0 （數據塊標號為00 00）
    [Full Block Number: 0]

|報文原文|
00 04 00 00

服務器響應報文：

|報文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Data Packet (3) （操作碼為03，數據報文）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
    Block: 1 （數據塊標號為00 01）
    [Full Block Number: 1]
Data (36 bytes)
    Data: 736461666173646661736466617364666666666666666641617364666173666166736466 （數據）
[Length: 36]

|報文原文|
00 03 00 01 73 64 61 66 61 73 64 66 61 73 64 66 61 73 64 66 66 66 66 66 66 66 66 41 61 73 64 66 61 73 66 61 66 73 64 66 

客戶端響應報文：

|報文解析|
Trivial File Transfer Protocol
    Opcode: Acknowledgement (4) （操作碼為04，回應報文）
    [Destination File: tftp_test_file.txt]
    [Read Request in frame 125]
    Block: 1 （數據塊標號為00 01）
   [Full Block Number: 1]

|報文原文|
00 04 00 01

6實現過程

接下來，我們在W55MH32上實現TFTP協議讀取文件。

注意：測試實例需要PC端和W55MH32處于同一網段。

在主函數中調用do_tftp_client()函數不斷檢查和處理 TFTP客戶端的狀態，并根據讀取的結果（成功或失敗）進入相應的處理狀態。

1.  do_tftp_client(SOCKET_ID, ethernet_buf);

do_tftp_client()函數如下：

 void do_tftp_client(uint8_t sn, uint8_t *buff)
{
   uint32_t tftp_server_ip       = inet_addr(TFTP_SERVER_IP);
   uint8_t  tftp_read_file_name[] = TFTP_SERVER_FILE_NAME;
   TFTP_init(sn, buff);
   
   while (1)
   {
       if (tftp_read_flag == 0)
       {
           printf("tftp server ip: %s, file name: %srn", TFTP_SERVER_IP, TFTP_SERVER_FILE_NAME);
           printf("send requestrn");
           TFTP_read_request(tftp_server_ip, TFTP_SERVER_FILE_NAME);
           tftp_read_flag = 1;
       }
       else
       {
           tftp_state = TFTP_run();
           
           if (tftp_state == TFTP_SUCCESS)
           {
               printf("tftp read success, file name: %srn", tftp_read_file_name);
               while (1)
               {
                   // 成功后進入死循環
               }
           }
           else if (tftp_state == TFTP_FAIL)
           {
               printf("tftp read fail, file name: %srn", tftp_read_file_name);
               while (1)
               {
                   // 失敗后進入死循環
               }
           }
       }
   }
}

進入do_tftp_client()函數后開始進行TFTP客戶端處理，步驟如下：

步驟一：TFTP初始化

調用TFTP_init()函數對TFTP客戶端進行初始化，參數sn和buff分別是socket號，socket緩存。

void TFTP_init(uint8_t socket, uint8_t *buf)
{
   init_tftp();
   g_tftp_socket = open_tftp_socket(socket);
   g_tftp_rcv_buf = buf;
}
static void init_tftp(void)
{
   g_filename[0] = 0;
   set_server_ip(0);
   set_server_port(0);
   set_local_port(0);
   set_tftp_state(STATE_NONE);
   set_block_number(0);
   // timeout flag
   g_resend_flag = 0;
   tftp_retry_cnt = tftp_time_cnt = 0;
   g_progress_state = TFTP_PROGRESS;
}
   

步驟二：發送 TFTP讀請求

當tftp_read_flag為 0時，表示尚未發送讀取請求。此時，打印 TFTP服務器的 IP地址和要讀取的文件名，然后調用TFTP_read_request()函數向服務器發送讀取請求。發送請求后，將tftp_read_flag設置為 1，表示已發送請求。

void TFTP_read_request(uint32_t server_ip, uint8_t *filename)
{
   set_server_ip(server_ip);
   
#ifdef __TFTP_DEBUG__
   DBG_PRINT(INFO_DBG, "[%s] Set Tftp Server : %xrn", __func__, server_ip);
#endif
   g_progress_state = TFTP_PROGRESS;
   send_tftp_rrq(filename, (uint8_t *)TRANS_BINARY, &default_tftp_opt, 1);
}
   

步驟三：運行 TFTP協議并處理結果

當 tftp_read_flag為 1時調用 TFTP_run()函數處理 TFTP協議操作，依據其返回的 tftp_state判斷結果：若為 TFTP_SUCCESS則打印成功信息并進入無限循環，若為 TFTP_FAIL則打印失敗信息并進入無限循環。

TFTP_run()函數如下：

int TFTP_run(void)
{
   int      len;
   uint16_t from_port;
   uint32_t from_ip;
   /* Timeout Process */
   if (g_resend_flag)
   {
       if (tftp_time_cnt >= g_timeout)
       {
           switch (get_tftp_state())
           {
               case STATE_WRQ:
                   break;
               case STATE_RRQ:
                   send_tftp_rrq(g_filename, (uint8_t *)TRANS_BINARY, &default_tftp_opt, 1);
                   break;
               case STATE_OACK:
               case STATE_DATA:
                   send_tftp_ack(get_block_number());
                   break;
               case STATE_ACK:
                   break;
               default:
                   break;
           }
           tftp_time_cnt = 0;
           tftp_retry_cnt++;
           if (tftp_retry_cnt >= 5)
           {
               init_tftp();
               g_progress_state = TFTP_FAIL;
           }
       }
   }
   /* Receive Packet Process */
   len = recv_udp_packet(g_tftp_socket, g_tftp_rcv_buf, MAX_MTU_SIZE, &from_ip, &from_port);
   if (len < 0)
   {
#ifdef __TFTP_DEBUG__
       DBG_PRINT(ERROR_DBG, "[%s] recv_udp_packet errorrn", __func__);
#endif
       return g_progress_state;
   }
   recv_tftp_packet(g_tftp_rcv_buf, len, from_ip, from_port);
   return g_progress_state;
}
   

在處理接收到的TFTP數據包時，首先調用recv_tftp_packet()函數。

recv_tftp_packet()函數如下：

static void recv_tftp_packet(uint8_t *packet, uint32_t packet_len, uint32_t from_ip, uint16_t from_port)
{
   uint16_t opcode;
   /* Verify Server IP */
   if (from_ip != get_server_ip())
   {
#ifdef __TFTP_DEBUG__
       DBG_PRINT(ERROR_DBG, "[%s] Server IP faultsrn", __func__);
       DBG_PRINT(ERROR_DBG, "from IP : %08x, Server IP : %08xrn", from_ip, get_server_ip());
#endif
       return;
   }
   opcode = ntohs(*((uint16_t *)packet));
   /* Set Server Port */
   if ((get_tftp_state() == STATE_WRQ) || (get_tftp_state() == STATE_RRQ))
   {
       set_server_port(from_port);
#ifdef __TFTP_DEBUG__
       DBG_PRINT(INFO_DBG, "[%s] Set Server Port : %drn", __func__, from_port);
#endif
   }
   switch (opcode)
   {
       case TFTP_RRQ:  /* When Server */
           recv_tftp_rrq(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_WRQ:  /* When Server */
           recv_tftp_wrq(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_DATA:
           recv_tftp_data(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_ACK:
           recv_tftp_ack(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_OACK:
           recv_tftp_oack(packet, packet_len);
           break;
       case TFTP_ERROR:
           recv_tftp_error(packet, packet_len);
           break;
       default:
           // Unknown Message
           break;
   }
}
   

進入該函數后，第一步驗證接收到的數據包的源IP地址，只有當它與服務器IP地址一致時才繼續處理，若不一致則直接返回。接著，從數據包中獲取操作碼（opcode）。根據獲取到的操作碼，調用相應的處理函數：如果是TFTP讀請求（RRQ），則調用 recv_tftp_rrq()函數；若是寫請求（WRQ），則調用recv_tftp_wrq()函數；對于接收到的數據數據包，調用 recv_tftp_data()函數；確認數據包則由recv_tftp_ack()函數處理；OACK數據包由recv_tftp_oack()函數處理；若遇到錯誤數據包，調用recv_tftp_error()函數來解析錯誤代碼和錯誤信息。最后，返回g_progress_state，以此表示當前TFTP操作的狀態。

7運行結果

燒錄例程運行后，首先進行了PHY鏈路檢測，然后是DHCP獲取網絡地址結果，最后打印服務器IP和文本名稱，讀取文本內容，如下圖所示：

8總結

本文講解了如何在 W55MH32芯片上實現 TFTP協議，通過實戰例程詳細展示了使用 TFTP客戶端模式從服務器獲取文本文件的過程，涵蓋 TFTP初始化、發送讀請求、運行協議并處理結果等核心步驟。文章還對 TFTP協議的簡介、特點、應用場景、基本工作流程和報文解析進行了分析，幫助讀者理解其在文件傳輸中的實際應用價值。

下一篇文章將聚焦 SNMP協議，解析其核心原理及在網絡管理中的應用，同時講解如何在相關設備上實現 SNMP功能，敬請期待！

WIZnet是一家無晶圓廠半導體公司，成立于 1998年。產品包括互聯網處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP卸載引擎）技術，基于獨特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU?面向各種應用中的嵌入式互聯網設備。

WIZnet在全球擁有 70多家分銷商，在香港、韓國、美國設有辦事處，提供技術支持和產品營銷。

香港辦事處管理的區域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國和日本除外）。

審核編輯 黃宇