基于STM32平臺的CoAP Server方案

CoAP是受限制的應(yīng)用協(xié)議(Constrained Application Protocol)的代名詞。在當(dāng)前由PC機(jī)組成的世界，信息交換是通過TCP和應(yīng)用層協(xié)議HTTP實現(xiàn)的。但是對于小型設(shè)備而言，實現(xiàn)TCP和HTTP協(xié)議顯然是一個過分的要求。為了讓小設(shè)備可以接入互聯(lián)網(wǎng)，CoAP協(xié)議被設(shè)計出來。CoAP是一種應(yīng)用層協(xié)議，它運(yùn)行于UDP協(xié)議之上而不是像HTTP那樣運(yùn)行于TCP之上。CoAP協(xié)議非常小巧，最小的數(shù)據(jù)包僅為4字節(jié)。
本文將使用STM32平臺實現(xiàn)一個CoAP Server Demo。本文將詳細(xì)說明如何使用STM32這樣的低成本MCU實現(xiàn)CoAP Server的步驟，本文試圖說明CoAP協(xié)議雖然很“年輕”，但是有用、好用且易用。
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1.使用LwIP處理CoAP數(shù)據(jù)包
新建一個套接字，綁定UDP 5683端口，偵聽該端口數(shù)據(jù)使用microcoap響應(yīng)函數(shù)解析，最后獲得返回結(jié)果即可。示例中使用了RT Thread中移植好的LwIP協(xié)議棧，網(wǎng)卡驅(qū)動為ENC28J60。

1. voidcoap_server(void*para)
2. {
3. intfd;
4. structsockaddr_inservaddr,cliaddr;
5. coap_rw_buffer_tscratch_buf={scratch_raw,sizeof(scratch_raw)};
6. if((fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))==-1)
7. {
8. printf("SocketErrorrn");
9. return;
10. }
11. servaddr.sin_family=AF_INET;
12. servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
13. servaddr.sin_port=htons(PORT);
14. rt_memset(&(servaddr.sin_zero),0,sizeof(servaddr.sin_zero));
16. if((bind(fd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)))==-1)
17. {
18. printf("Binderrorrn");
19. return;
20. }
21. endpoint_setup();
22. rt_kprintf("CoapServerStart!rn");
23. while(1)
24. {
25. intn,rc;
26. socklen_tlen=sizeof(cliaddr);
27. coap_packet_tpkt;
28. n=recvfrom(fd,buf,sizeof(buf),0,(structsockaddr*)&cliaddr,&len);
29. #ifdefMICROCOAP_DEBUG
30. printf("rn--------------------rn");
31. printf("ReceivedBuffer:rn");
32. coap_dump(buf,n,true);
33. printf("rn");
34. #endif
35. if(0!=(rc=coap_parse(&pkt,buf,n)))
36. {
37. printf("Badpacketrc=%drn",rc);
38. }
39. else
40. {
41. size_trsplen=sizeof(buf);
42. coap_packet_trsppkt;
43. #ifdefMICROCOAP_DEBUG
44. printf("DumpPacket:rn");
45. coap_dumpPacket(&pkt);
46. #endif
47. coap_handle_req(&scratch_buf,&pkt,&rsppkt);
48. if(0!=(rc=coap_build(buf,&rsplen,&rsppkt)))
49. {
50. printf("coap_buildfailedrc=%dn",rc);
51. }
52. else
53. {
54. #ifdefMICROCOAP_DEBUG
55. printf("--------------------rn");
56. printf("SendingBuffer:rn");
57. coap_dump(buf,rsplen,true);
58. printf("rn");
59. #endif
60. #ifdefMICROCOAP_DEBUG
61. coap_dumpPacket(&rsppkt);
62. #endif
63. sendto(fd,buf,rsplen,0,(structsockaddr*)&cliaddr,sizeof(cliaddr));
64. }
65. }
66. }
67. }

代碼中使用了多個LwIP Socket部分的函數(shù)，例如socket, bind, recvfrom, sendto等。
其中coap_parse函數(shù)把從UDP獲得的payload轉(zhuǎn)化為符合CoAP規(guī)范的結(jié)構(gòu)體，coap_handle_req函數(shù)根據(jù)CoAP請求中的URI，調(diào)用響應(yīng)的處理函數(shù)。最后由coap_build函數(shù)把處理的結(jié)果系列化為UDP負(fù)載。

2.終端描述
所有的終端信息均保存在endpoints全局?jǐn)?shù)組中，該全局?jǐn)?shù)組位于endpoints.c文件中。

1. constcoap_endpoint_tendpoints[]=
2. {
3. {COAP_METHOD_GET,handle_get_well_known_core,&path_well_known_core,"ct=40"},
4. {COAP_METHOD_GET,handle_get_light,&path_light,"ct=0"},
5. {COAP_METHOD_PUT,handle_put_light,&path_light,NULL},
6. {COAP_METHOD_GET,handle_get_test_json,&path_test_json,"ct=50"},
7. {(coap_method_t)0,NULL,NULL,NULL}
8. };

【1】每個endpoint需要CoAP訪問方法，相應(yīng)的處理函數(shù)，URI路徑描述，資源描述方法等。
【2】CoAP協(xié)議中定義了多種訪問方法，GET、PUT、POST和DELETE等方法。
【3】handle_get_light等函數(shù)主要用于處理CoAP請求，根據(jù)不同的請求調(diào)用不同的處理方法。
【4】ct=xx指定資源描述方法，例如ct=0表示字符串形式描述，ct=50表示JSON形式描述。

URI采用以下方式描述：

1. staticinthandle_get_light(coap_rw_buffer_t*scratch,
2. constcoap_packet_t*inpkt,
3. coap_packet_t*outpkt,
4. uint8_tid_hi,uint8_tid_lo)
5. {
6. returncoap_make_response(scratch,
7. outpkt,
8. (constuint8_t*)&light,1,
9. id_hi,id_lo,
10. &inpkt->tok,
11. COAP_RSPCODE_CONTENT,
12. COAP_CONTENTTYPE_TEXT_PLAIN);
13. }

除了指定返回內(nèi)容之外，可通過COAP_RSPCODE_CONTENT指定返回是否成功，也可以通過COAP_CONTENTTYPE_TEXT_PLAIN指定返回內(nèi)容的格式。更多的定義請查看microcoap的源代碼。

3.簡單測試
可使用CoAP命令行工具測試CoAP Server工作是否正常，或者使用火狐瀏覽器的coap插件。
使用CoAP命令行測試工具——coap-cli，詳細(xì)的安裝步驟請參考【CoAP學(xué)習(xí)筆記——nodeJS node-coap安裝和使用(windows平臺)】第2部分
3.1 light Demo
輸入指令，嘗試修改light狀態(tài)
coap put -p 1 coap://10.13.11.116/light
返回
(2.05) 1
說明
-p參數(shù)可用于指定coap的負(fù)載，此處1表示打開light，0表示關(guān)閉light。

圖3.1 light PUT方法輸出
輸入指令，嘗試獲得light狀態(tài)
coap get coap://10.13.11.116/light
返回
(2.05) 1
控制臺輸出

圖3.2 light GET方法輸出

3.2 JSON格式Demo
指令
coap get coap://10.13.11.116/test_json
返回
(2.05)
{
"value": 12
}
控制臺輸出

圖3.3 JSON格式測試輸出

4.CoAP格式分析
通過示例代碼并借助wireshark可分析CoAP數(shù)據(jù)包的各個部分，可加上CoAP協(xié)議的理解。wireshark中已經(jīng)支持CoAP協(xié)議，在過濾窗口中輸入coap便可抓取所有coap數(shù)據(jù)包。
CoAP協(xié)議的分析請參考——【CoAP學(xué)習(xí)筆記——CoAP格式詳解】

圖4.1 wireshark分析CoAP

5. 總結(jié)
microcoap正如它的名稱一樣，簡單好用，函數(shù)不多但是可以實現(xiàn)最基本的功能。（by xukai871105）