项目介绍

这里是我参加Funpack第三季第五期活动的任务总结报告，我所完成的是任务一，从板子的以太网排针处引出接口，并通过网口通信，控制板子上的LED灯。

以下是详细的操作指导：

步骤 1: 安装 Arduino 并配置 Teensy 4.1 开发板

1. 下载并安装 Arduino IDE：
2. • 访问 Arduino 官方网站 https://www.arduino.cc/en/software 下载 Arduino IDE。
   • 安装 Arduino IDE 到你的计算机上。
2. 添加 Teensy 4.1 支持：
3. • 打开 Arduino IDE。
   • 进入“文件”>“首选项”（在 macOS 上是“Arduino”>“首选项”）。
   • 在“附加开发板管理器网址”字段中，添加 Teensy 的 URL：https://www.pjrc.com/teensy/td_downloads.json
   • 点击“确定”保存设置。
3. 安装 Teensy 开发板：
4. • 进入“工具”>“开发板”>“开发板管理器”。
   • 在搜索框中输入“Teensy”。
   • 找到“Teensyduino”安装选项并安装。
4. 选择 Teensy 4.1 开发板：
5. • 在“工具”>“开发板”菜单中选择“Teensy 4.1”。
5. 下载示例程序和配置编译器：
6. • Arduino IDE 自动配置编译器和其他工具链，无需手动操作。

步骤 2: 选择合适的示例程序

1. 选择以太网相关例程：
2. • 在 Arduino IDE 中，进入“文件”>“示例”>“Teensy”>“web”。
   • 选择一个以太网相关的示例程序，例如“web_server”。
2. 选择控制板载 LED 灯的相关例程：
3. • 在 Arduino IDE 中，进入“文件”>“示例”>“Basics”>“Blink”。

步骤 3: 修改例程

1. 修改以太网例程：
2. • 在以太网例程中，你可以添加 HTML 代码，使其在网页中显示相关内容或组件。
   • 例如，你可以在 handleRoot() 函数中添加 HTML 代码，用于创建一个简单的网页界面。
2. 修改 LED 控制例程：
3. • 在 Blink 例程中，你可以添加代码来控制 LED 的亮灭状态。
   • 例如，你可以添加一个按钮到网页中，当用户点击按钮时，通过以太网发送命令到 Teensy 4.1，从而控制 LED 的状态。
3. 上传代码到 Teensy 4.1：
4. • 确保 Teensy 4.1 已经正确连接到计算机。
   • 在 Arduino IDE 中，点击“上传”按钮上传代码到 Teensy 4.1。
4. 测试你的项目：
5. • 打开浏览器，输入 Teensy 4.1 在本地网络中的 IP 地址。
   • 检查网页是否显示了你添加的内容，以及是否可以通过网页控制 LED。

通过这些步骤，你可以成功地在 Teensy 4.1 上运行以太网和 LED 控制的示例程序，并进行相应的修改。

硬件介绍

Teensy 4.1 是一款高性能微控制器，特点如下：

1. 处理器与性能：搭载恩智浦i.MX RT1062处理器，基于ARM Cortex-M7内核，最高运行频率600 MHz，具备64位和32位浮点数学单元。
2. 内存与存储：拥有7936K闪存、1024K RAM（512K紧密耦合）、4K EEPROM（仿真），支持QSPI存储器扩展。
3. 接口与通信：具备2个USB端口（480MBit/S）、55个数字I/O引脚（35个PWM输出）、18个模拟输入引脚、8个串行端口、3个SPI端口、3个I2C端口、2个I2S/TDM和1个S/PDIF数字音频端口、3个CAN总线（1个支持CAN FD）、1个SDIO（4位）microSD卡插槽。
4. 网络功能：内置以太网控制器和PHY芯片，支持10/100 Mbit速度。
5. 电源管理：支持动态时钟缩放，可在不同频率下保持正确的串行通信、音频采样率等，且具备电源关闭功能，可通过按钮控制。
6. 其他特性：32个通用DMA通道、加密加速、随机数生成器、RTC、FlexIO、像素处理流水线、外设交叉触发等。

Teensy 4.1 还支持超频，频率可超过600MHz，且在电源关闭时，如果连接了纽扣电池，RTC仍能跟踪日期和时间。

软件介绍

Teensy支持多种编程软件：

1. Arduino IDE + Teensyduino：主要环境，包含优化库。
2. Visual Micro：仅限Windows，需付费。
3. PlatformIO：跨平台，功能丰富。
4. CircuitPython：通过Teensy Loader编程，部分硬件支持。
5. 命令行：提供Makefile，适合无图形界面使用。

本次我使用的是arduino的方式进行开发

需要在软件中先安装好相应的开发板管理器，安装好之后，会有许多的示例程序，我们可以先看看，与以太网及led控制相关的例程

/*
  Web Server

 A simple web server that shows the value of the analog input pins.
 using an Arduino Wiznet Ethernet shield.

 Circuit:
 * Ethernet shield attached to pins 10, 11, 12, 13
 * Analog inputs attached to pins A0 through A5 (optional)

 created 18 Dec 2009
 by David A. Mellis
 modified 9 Apr 2012
 by Tom Igoe
 modified 02 Sept 2015
 by Arturo Guadalupi
 
 */

#include <SPI.h>
#include <NativeEthernet.h>

// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = {
  0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED
};
IPAddress ip(192, 168, 170, 177);

// Initialize the Ethernet server library
// with the IP address and port you want to use
// (port 80 is default for HTTP):
EthernetServer server(80);

String LEDState = "off";

void setup() {
  // You can use Ethernet.init(pin) to configure the CS pin
  //Ethernet.init(10);  // Most Arduino shields
  //Ethernet.init(5);   // MKR ETH shield
  //Ethernet.init(0);   // Teensy 2.0
  //Ethernet.init(20);  // Teensy++ 2.0
  //Ethernet.init(15);  // ESP8266 with Adafruit Featherwing Ethernet
  //Ethernet.init(33);  // ESP32 with Adafruit Featherwing Ethernet

  // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.begin(9600);

  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  while (!Serial) {
    ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only
  }
  Serial.println("Ethernet WebServer Example");

  // start the Ethernet connection and the server:
  Ethernet.begin(mac, ip);

  // Check for Ethernet hardware present
  if (Ethernet.hardwareStatus() == EthernetNoHardware) {
    Serial.println("Ethernet shield was not found.  Sorry, can't run without hardware. :(");
    while (true) {
      delay(1); // do nothing, no point running without Ethernet hardware
    }
  }
  if (Ethernet.linkStatus() == LinkOFF) {
    Serial.println("Ethernet cable is not connected.");
  }

  // start the server
  server.begin();
  Serial.print("server is at ");
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}

上面是一个Web服务器代码，能够通过Web界面控制板上的LED灯。它使用了Arduino Wiznet Ethernet盾（或兼容的网络接口）来实现网络通信。以下是代码的主要功能：

1. 包含库：引入了SPI和NativeEthernet库，用于网络通信。
2. 设置MAC地址和IP地址：定义了网络接口的MAC地址和IP地址。
3. 初始化Ethernet服务器：在端口80上创建了一个EthernetServer对象，用于处理HTTP请求。
4. 定义LED状态：定义了一个字符串变量LEDState来跟踪LED的状态（开或关）。
5. 设置函数（setup）：
6. • 初始化串口通信。
   • 设置LED_BUILTIN引脚为输出模式。
   • 等待串口连接（对于原生USB端口的Arduino板）。
   • 打印启动信息。
   • 启动Ethernet连接和服务器。
   • 检查Ethernet硬件是否存在，并在串口打印相关信息。
6. 循环函数（loop）：
7. • 监听新的客户端连接。
   • 读取HTTP请求头，并检查请求内容。
   • 根据请求内容，控制LED的状态，并响应HTTP请求。
   • 发送HTTP响应头和HTML页面内容，页面包含LED的当前状态和控制按钮。
   • 关闭客户端连接。
7. 处理HTTP请求：
8. • 如果请求是/led/on，则将LED状态设置为“on”并点亮LED。
   • 如果请求是/led/off，则将LED状态设置为“off”并熄灭LED。
   • 生成一个简单的HTML页面，显示LED的当前状态，并提供两个按钮来控制LED的开关。

这个Web服务器允许用户通过浏览器访问指定的IP地址，看到一个包含LED状态和控制按钮的网页，用户可以通过点击按钮来控制连接到Arduino板上的LED灯。

效果展示

总结

在本次活动中，学习了如何使用以太网发进行通信。在过程中遇到的问题，通过百度搜索都能找到适合的答案，使自我得到了提升，感谢硬禾学堂平台。