基于STM32的FTP服务器的实现

赵金龙，张林行，朱倩钰

（吉林大学 地球信息探测仪器教育部重点实验室 国家地球物理探测仪器工程技术研究中心，长春130021）

随着地震数据采集设备的发展，出现了一种新的地震仪实现形式——存储式地震仪，其特征是：没有地震数据实时传输能力；各个采集站本地存储数据；施工后数据集中回收；不监视采集站的工作状态[1]。存储式地震仪区别于已存的有线系统和无线实时系统，放弃了数据实时传输过程，将设备从繁重的在线数据处理过程中解放出来。以Fairfield公司的Z-land系统为例，其数据回收过程为现场勘探施工完毕以后，将众多的采集站集中起来，然后采用插线的方式挂载到主机系统上，进行数据下载，从而完成数据回收工作[2]。

在功能上，TFTP服务器和FTP服务器都可以完成数据下载的工作。TFTP服务器采用无连接的UDP协议，FTP服务器采用面向连接的TCP协议。因此，FTP服务器在保证数据可靠传输方面比TFTP服务器更有优势[3]。而且，TFTP服务器只有数据上传和下载功能，功能相对有限。FTP服务器相对于TFTP服务器，功能更加丰富。FTP是实现文件传输服务的最典型应用，除了可以保证数据传输质量，还考虑到文件传输安全、访问控制等因素[4]。因此，结合地震数据回收的需要，选择在存储式地震仪上实现FTP服务器。

1 硬件电路组成

地震仪的总体硬件结构如图1所示，采用STM32作为核心控制器，负责完成对AD、SD卡、GPS模块等部分的控制。STM32F2系列是意法半导体公司生产的基于32位Cortex-M3内核的处理器，时钟频率高达120 MHz，集成了通用DMA（直接存储器访问）控制器、JTAG（联合测试工作组）接口等[5]。

图1 地震仪总体硬件结构图Fig.1 General hardware structure diagram of seismograph

系统采用32位AD作为模数转换单元，配合前方的信号预处理单元（运算放大器、模拟开关、全差动放大器等）完成高精度的数据模数转换。地震仪采用外置SD卡作为存储介质，实现高速、大容量数据存储。地震仪中的GPS模块完成对地震仪的同步授时，保证地震仪中数据文件的可用性。电源模块负责提供数字3.3 V、5 V，模拟+2.5 V、-2.5 V的供电电压。

系统中采用DP83848作为以太网PHY（物理层）芯片。STM32F207系列芯片内部虽然集成了一个支持MII（媒体独立接口）和RMII（简化媒体独立接口）的MAC（以太网媒体控制器），但是没有集成PHY功能。DP83848可以实现10/100 Mb/s的传输速度，提供MII和RMII 2种接口规范连接到MAC[6]。

2 软件设计

LwIP是一种面向节省RAM和ROM资源的嵌入式系统应用场合的开源TCP/IP协议栈[7]。LwIP协议栈采用模块化的设计结构，便于应用在实际的网络应用中[8]。FreeRTOS是一款源码开源、可裁剪、可移植、调度灵活的轻量级操作系统，提供任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理等功能[9]。基于FreeRTOS的LwIP移植需要解决的是LwIP与FreeRTOS模拟层接口以及底层网卡驱动接口2部分的实现[10]。前者可以借助LwIP源代码中专有的操作系统模拟层文件——sys_arch.c来实现，可以方便地实现多线程。后者的实现过程主要涉及物理层芯片——DP83848的初始化，底层驱动的初始化等。

在地震仪上搭建FTP服务器，实现和客户端（PC）之间的网络通信。考虑存储式地震仪数据回收工作的需要，选择性地在地震仪上实现FTP服务器的部分功能，包括服务器登陆、文件路径切换（便于切换到以日期信息命名的文件夹中）、文件显示、文件删除（释放地震仪存储空间）、文件下载（回收地震数据）。

地震仪上的软件主程序流程图如图2所示。首先是给SD卡和物理层芯片（DP83848）上电。测试文件系统，以便于操作SD卡。配置以太网GPIO端口，因为采用了RMII，所以主要就是配置和RMII模式实现相关的GPIO端口。配置以太网中断，主要涉及到中断优先级等的设置。配置以太网MAC/DMA，主要完成传输速度、传输模式、校验方式等的配置，以保证数据的快速、正确传输。LwIP协议栈的初始化，完成地震仪IP地址、子网掩码和网关的设置等。完成上述的配置以后，接下来主要完成涉及FTP服务的应用层编程，具体过程：

（1）配置地震仪进入侦听状态。

（2）建立命令链接。

（3）判断FTP服务器的登陆状态，如果已有用户登录，返回已经被登录信息；否则，继续往下运行。

（4）等待接收到的数据。在客户端要求输入登录信息（用户名和密码），如果登录信息没有匹配成功，返回登录错误信息，继续要求输入登录信息。

（5）服务器登陆成功以后，进入命令接收和处理部分。解析命令，并判断具体的命令类型。如果是退出型命令，退出FTP服务器。

（6）如果不是退出型命令，则进入具体的命令处理过程中。一条非退出型命令执行完毕，关闭命令链接，返回到（2）继续等待下一条命令的到来。

图2 主程序流程图Fig.2 Flow chart of main program

3 测试结果

基于地震数据回收的需要，实现的FTP服务器支持的命令包括 dir，cd，get，del等。为了测试地震仪上的FTP服务器的实现情况以及具体功能的执行效果，利用具体实验测试了FTP服务器的功能稳定性以及传输速度等。

首先用交叉网线连接服务器（地震仪）和客户端（PC），配置二者在同一网段（这里地震仪的IP地址为192.168.1.103）。在客户端打开登录窗口，测试过程如图3所示。客户端发出登录要求 （open命令），服务器返回信息要求在客户端输入登录名和登录密码 （这里登录名和登录密码分别为sei和518）。当登录信息匹配成功，服务器返回登录成功信息，可以开始进一步的测试。客户端输入生成文件列表命令 （dir命令），服务器返回文件列表信息（包括以字节为单位的文件大小、文件名字及类型、文件夹名字等）。然后，测试cd命令，执行的结果是来到相应的路径中 （这里实现了切换到名字为20150405的文件夹中和返回该文件夹的上级路径）。在测试界面输入del命令，在命令执行前后各执行一次dir命令，可以通过对比SD卡中的文件列表信息确认相应文件是否被删除。

图3 对FTP服务器的测试Fig.3 Test for the FTP server

图4是对get命令的测试结果，可以看到测试实验分别对3种不同的文件进行了下载测试。找到客户端的相应路径，可以看到3个文件下载成功。经过计算可以知道3个文件的平均下载速度为1121.78 KB/s。

4 结语

根据存储式地震仪的工作方式，在地震仪上搭建了一种基于STM32和DP83848的FTP服务器，以实现文件列表显示、文件下载等核心任务。经过实际的测试，该FTP服务器可以实现服务器登陆、文件列表显示、路径切换、文件下载、删除等功能，可以满足本地存储数据的存储式地震仪的数据回收需要。

图4 get命令的测试Fig.4 Test of get command

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