第六章 W55MH32 UDP?Multicast示例

单芯片解决方案，开启全新体验——W55MH32 高性能以太网单片机

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太网单片机，它为用户带来前所未有的集成化体验。这颗芯片将强大的组件集于一身，具体来说，一颗W55MH32内置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主频最高可达216MHz；配备1024KB FLASH与96KB SRAM，满足存储与数据处理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP协议栈、内置MAC以及PHY，拥有独立的32KB以太网收发缓存，可供8个独立硬件socket使用。如此配置，真正实现了All-in-One解决方案，为开发者提供极大便利。

在封装规格上，W55MH32提供了两种选择：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封装版本，尺寸为12x12mm，其资源丰富，专为各种复杂工控场景设计。它拥有66个GPIO、3个ADC、12通道DMA、17个定时器、2个I2C、5个串口、2个SPI接口（其中1个带I2S接口复用）、1个CAN、1个USB2.0以及1个SDIO接口。如此丰富的外设资源，能够轻松应对工业控制中多样化的连接需求，无论是与各类传感器、执行器的通信，还是对复杂工业协议的支持，都能游刃有余，成为复杂工控领域的理想选择。同系列还有QFN68封装的W55MH32Q版本，该版本体积更小，仅为8x8mm，成本低，适合集成度高的网关模组等场景，软件使用方法一致。更多信息和资料请进入http://www.w5500.com/网站或者私信获取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法单元，WIZnet还推出TOE+SSL应用，涵盖TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，为网络通信安全再添保障。

为助力开发者快速上手与深入开发，基于W55MH32L这颗芯片，WIZnet精心打造了配套开发板。开发板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口数据线，就能轻松实现调试、下载以及串口打印日志等功能。开发板将所有外设全部引出，拓展功能也大幅提升，便于开发者全面评估芯片性能。

若您想获取芯片和开发板的更多详细信息，包括产品特性、技术参数以及价格等，欢迎访问官方网页：http://www.w5500.com/，我们期待与您共同探索W55MH32的无限可能。

第六章 W55MH32 UDPMulticast示例

本篇文章，我们将详细介绍如何在W55MH32芯片上面实现UDP组播(UDP Multicast)通信。并通过实战例程，为大家讲解如何使用UDPMulticast进行回环测试。

该例程用到的其他网络协议，例如DHCP、UDP，请参考相关章节。有关W55MH32的初始化过程，也请参考Network Install章节，这里将不再赘述。

1 UDPMulticast简介

UDP组播是一种数据传输方法，允许数据从一个源发送到多个目标设备，加入了相应组播组的接收者都可以接收到数据。这种方式非常高效，广泛应用于需要将相同数据同时传输给多个接收者的场景，如视频流媒体、实时数据分发和大规模软件更新等。IPv4的组播地址范围为 224.0.0.0到 233.255.255.255。

2 UDP Multicast的特点

基于UDP协议：UDP是无连接的协议，提供快速、低开销的数据传输，但不保证数据的可靠性、顺序性或重传。UDP组播继承了这些特性，因此适合对实时性要求高、对可靠性要求较低的场景。

高效数据传输：发送者只需要发送一份数据，网络设备（如路由器、交换机）负责将数据复制并传输到所有组播成员。这种方式节省了带宽，相比单播更高效。

不保证可靠性：数据可能丢失，接收者需要自己处理数据包丢失问题。

动态成员管理：组播组的成员可以动态加入或离开，无需通知发送者。

3 UDPMulticast应用场景

接下来，我们了解下在W55MH32上，可以使用UDP Multicast完成哪些操作及应用呢？

设备发现与自动配置：实现设备自动发现和网络配置，如智能家居设备通过组播寻找网关或其他设备。

实时数据广播：用于传感器数据分发、工业控制和车联网中实时数据的高效传输。

固件更新与配置分发：对多个设备同时进行固件升级或统一下发配置，减少网络负担。

告警和事件通知：设备异常时实时向多个监控终端广播告警消息。

时间同步：用于局域网内的多设备时间同步，提升协同效率。

测试与调试：设备开发阶段，利用组播收集状态信息和日志数据。

4 UDP组播环回测试工作流程

1. 接收方通过IGMP协议加入组播组：IGMP（Internet Group Management Protocol）是一种网络层协议，用于管理主机和路由器间的组播组成员关系。当接收方希望接收某个组播地址的数据时，会通过IGMP向路由器发送加入组播组的请求。

2. 发送方发送测试数据：发送方通过UDP协议将数据包发送到指定的组播地址和端口。所有加入组播组的接收方均可接收到数据包。

3. 接收方回传消息：接收方在接收到组播数据后，主动回传响应消息到该组播组当中。回传的消息可以用于确认发送成功或测试链路的完整性。

5 UDP单播、组播和广播的区别

以下是UDP单播、组播和广播的区别：

6报文解析

UDP协议报文已经在UDP章节中讲解过了，有关这部分的内容请参考相关章节，这里不再赘述。下面我们来讲解一下设备在加入组播时使用的IGMP报文。

IGMP加入组播组时发送的报文是IGMP Membership Report报文。其格式如下：

字段解释

类型 (Type)

值为 0x16（IGMPv2 Membership Report）：表示主机请求加入组播组。

值为 0x22（IGMPv3 Membership Report）：用于支持 IGMPv3的精细组播组管理。

校验和 (Checksum)

计算方法基于标准的 IP校验和算法。

用于确保 IGMP报文的完整性。

组地址 (Group Address)

组播组的 IP地址（范围：224.0.0.0 - 239.255.255.255）。

加入时表示目标的组播地址。

报文示例

|报文解析|
Internet Group Management Protocol
   [IGMP Version: 2]
   Type: Membership Report (0x16) （Type为0x16，表示主机请求加入组播组）
    Max Resp Time: 0.0 sec (0x00) （最大响应时间为0）
   Checksum: 0x08f3 [correct] （校验和为0x08f3）
   [Checksum Status: Good]
Multicast Address: 224.1.1.11 （组地址为224.1.1.11）

|报文原文|
16 00 08 f3 e0 01 01 0b

7实现过程

接下来，我们在W55MH32上实现UDP组播回环测试。

注意：测试实例需要PC端和W55MH32处于同一网段，且连接的路由器需支持IGMP协议。

UDP通信已经在硬件层面实现，因此我们只需要在主循环中调用udp_multicast()组播功能的函数即可，如下所示：

while (1)
{
 udp_multicast(SOCKET_ID, ethernet_buf, Multicast_mac, Multicast_IP, Multicast_port);
}

udp_multicast需要传入5个参数，分别是socket号，socket缓存,组播MAC地址,组播IP地址,组播端口号。

udp_multicast函数内容如下：

int32_t udp_multicast(uint8_t sn, uint8_t *buf, uint8_t *multicast_mac, uint8_t *multicast_ip, uint16_t 
multicast_port)
{
int32_t  ret;
uint16_t size, sentsize;
uint8_t  destip[4];
uint16_t destport, port = 50000;
switch (getSn_SR(sn))
{
case SOCK_UDP:
   if ((size = getSn_RX_RSR(sn)) > 0)
   {
       if (size > DATA_BUF_SIZE) size = DATA_BUF_SIZE;
       ret      = recvfrom(sn, buf, size, destip, (uint16_t *)&destport);
       buf[ret] = 0x00;
       printf("recv from [%d.%d.%d.%d][%d]: %srn", destip[0], destip[1], destip[2], destip[3],   
destport, buf);
       if (ret <= 0)
       {
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
           printf("%d: recvfrom error. %ldrn", sn, ret);
#endif
           return ret;
       }
       size     = (uint16_t)ret;
       sentsize = 0;
       while (sentsize != size)
       {
           ret = sendto(sn, buf + sentsize, size - sentsize, destip, destport);
           if (ret < 0)
           {
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
               printf("%d: sendto error. %ldrn", sn, ret);
#endif
               return ret;
           }
           sentsize += ret; // Don't care SOCKERR_BUSY, because it is zero.
       }
   }
   break;
case SOCK_CLOSED:
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
   printf("%d:Multicast Loopback startrn", sn);
#endif
   setSn_DIPR(sn, multicast_ip);
   setSn_DPORT(sn, multicast_port);
   setSn_DHAR(sn, multicast_mac);
   if ((ret = socket(sn, Sn_MR_UDP, port, Sn_MR_MULTI)) != sn)
       return ret;
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
   printf("%d:Opened, UDP组播 Socketrn", sn);
   printf("%d:Multicast Group IP - %d.%d.%d.%drn", sn, multicast_ip[0], multicast_ip[1], 
multicast_ip[2], multicast_ip[3]);
   printf("%d:Multicast Group Port - %drn", sn, multicast_port);
#endif
   break;
default:
   break;
}
return 1;
}

程序进入到udp_multicast函数后会执行一个状态机，根据Socket的状态来执行对应的操作。

当Socket处于SOCK_CLOSED状态时，函数会初始化Socket并加入组播组，然后打印Socket的状态和组播组的信息。

当Socket处于SOCK_UDP状态时，函数会检查是否有数据接收，如果有则将数据打印出来并发送回源地址。函数成功执行后返回1。

8运行结果

烧录例程运行后，首先进行了PHY链路检测，然后是DHCP获取网络地址结果，最后是进行UDPMulticast回环测试，如下图所示：

接下来，我们将打开一个支持加入 UDP组播功能的网络调试工具。在使用该工具时，首先要完成必要的配置操作，具体包括设置监听组播和发送消息的相关参数。当完成上述配置后，我们向组播组发送消息，此时可以观察到串口会打印出我们所发送的消息，同时在网络调试工具的组播接收区域会收到相应的回环消息，组播回环测试流程得以正常运行。

注意：如果网络调试工具不支持加入组播，会导致收不到回环数据。这里我选的是gitcode上一个开源项目，链接：UDP组播调试工具。

9总结

本文介绍了在W55MH32芯片上实现UDP组播的原理、应用场景及回环测试方法，并通过实战代码展示了其具体实现过程。下一篇文章将聚焦DNS例程，讲解其工作原理及实现方法，帮助大家更深入地理解网络通信。敬请期待！

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审核编辑 黄宇