單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)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(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)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(fù)雜工控場景設(shè)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(fù)用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)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(wǎng)關(guān)模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

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

若您想獲取芯片和開發(fā)板的更多詳細(xì)信息，包括產(chǎn)品特性、技術(shù)參數(shù)以及價格等，歡迎訪問官方網(wǎng)頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第七章 W55MH32 DNS解析域名示例

本篇文章，我們將詳細(xì)介紹如何在W55MH32芯片上面實現(xiàn)DNS域名解析功能。并通過實戰(zhàn)例程，為大家講解如何將wiznet.io的域名解析為實際IP地址，供大家參考。

該例程用到的其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如DHCP，請參考相關(guān)章節(jié)。有關(guān)W55MH32的初始化過程，也請參考相關(guān)章節(jié)，這里將不再贅述。

1 DNS協(xié)議簡介

在學(xué)習(xí)DNS協(xié)議之前，我們先區(qū)分一下IP地址和域名這兩個概念：

IP地址：一長串能夠唯一地標(biāo)記網(wǎng)絡(luò)上地計算機的數(shù)字。

域名：又稱網(wǎng)域，是由一串用點分隔的名字組成的Internet上某一臺計算機或計算機組的名稱，用于在數(shù)據(jù)傳輸時對計算機的定位標(biāo)識，例如:wiznet.io。

如何理解域名和網(wǎng)址的概念，可以這么理解，網(wǎng)址里面包含域名。舉個例子：https://wiznet.io/Products就是一個網(wǎng)址，而wiznet.io就是域名。

因為 IP地址具有不方便記憶并且不能顯示地址組織的名稱和性質(zhì)等缺點，所以設(shè)計出了域名，并通過域名解析協(xié)議（DNS，Domain Name System）來將域名和 IP地址相互映射，使人能夠更方便地訪問互聯(lián)網(wǎng)，而不用去記住能夠被機器直接讀取的 IP地址數(shù)串。將域名映射成 IP地址稱為DNS正向解析，將 IP地址映射成域名稱為DNS反向解析。

DNS協(xié)議可以使用UDP或者TCP進(jìn)行傳輸，使用的端口號都為53，但大多數(shù)情況下DNS都是用UDP進(jìn)行傳輸。

以上是DNS協(xié)議的簡介，如想深入了解該協(xié)議，請參考mozilla網(wǎng)站上的介紹：DNS - MDN Web文檔術(shù)語表：Web相關(guān)術(shù)語的定義 | MDN

2 DNS域名介紹

DNS域名通常分為以下幾類：

根域名服務(wù)器：根域名服務(wù)器是DNS系統(tǒng)的頂層，負(fù)責(zé)管理整個DNS命名空間的根區(qū)（Root Zone）。它主要用于引導(dǎo)查詢，指向頂級域（TLD）的權(quán)威服務(wù)器。

頂級域名服務(wù)器：負(fù)責(zé)特定頂級域（如.com、.org、.net）或國家/地區(qū)代碼頂級域（ccTLD，如.cn、.uk）的解析。

權(quán)威DNS服務(wù)器：負(fù)責(zé)存儲并提供特定域名的DNS記錄信息

本地DNS服務(wù)器：本地域名服務(wù)器是電腦解析時的默認(rèn)域名服務(wù)器，即電腦中設(shè)置的首選 DNS 服務(wù)器和備選 DNS 服務(wù)器。常見的有電信、聯(lián)通、谷歌、阿里等的本地 DNS服務(wù)。

3 DNS查詢方式

DNS查詢方式分為以下兩種：

遞歸查詢：指由DNS客戶端（如用戶設(shè)備或本地域名服務(wù)器）向DNS服務(wù)器發(fā)起的查詢請求，DNS服務(wù)器負(fù)責(zé)全程完成查詢過程，并將最終的解析結(jié)果返回給客戶端。

迭代查詢：指DNS服務(wù)器返回給客戶端或請求者的下一步建議，而不是直接返回最終結(jié)果，由客戶端自行完成多次查詢，逐步獲取解析結(jié)果。

下面兩張圖則是遞歸查詢和迭代查詢的工作流程圖。

4 DNS協(xié)議的基本工作流程

接下來，我們以PC端正向解析www.baidu.com為例，了解下DNS解析的工作流程。

1）首先搜索「瀏覽器的 DNS緩存」，緩存中維護(hù)一張域名與 IP地址的對應(yīng)表；

2）若沒有命中，則繼續(xù)搜索「操作系統(tǒng)的 DNS緩存」；

3）若仍然沒有命中，則操作系統(tǒng)將域名發(fā)送至「本地域名服務(wù)器」，本地域名服務(wù)器查詢自己的 DNS緩存，查找成功則返回結(jié)果（注意：主機和本地域名服務(wù)器之間的查詢方式是「遞歸查詢」）；

4）若本地域名服務(wù)器的 DNS 緩存沒有命中，則本地域名服務(wù)器向上級域名服務(wù)器進(jìn)行查詢，通過以下方式進(jìn)行「迭代查詢」（注意：本地域名服務(wù)器和其他域名服務(wù)器之間的查詢方式是迭代查詢，防止根域名服務(wù)器壓力過大）：

首先本地域名服務(wù)器向「根域名服務(wù)器」發(fā)起請求，根域名服務(wù)器是最高層次的，它并不會直接指明這個域名對應(yīng)的 IP地址，而是返回頂級域名服務(wù)器的地址，也就是說給本地域名服務(wù)器指明一條道路，讓他去這里尋找答案。

本地域名服務(wù)器拿到這個「頂級域名服務(wù)器」的地址后，就向其發(fā)起請求，獲取「權(quán)限域名服務(wù)器」的地址

本地域名服務(wù)器根據(jù)權(quán)限域名服務(wù)器的地址向其發(fā)起請求，最終得到該域名對應(yīng)的 IP地址

5）本地域名服務(wù)器將得到的 IP地址返回給操作系統(tǒng)，同時自己將 IP地址緩存起來

6）操作系統(tǒng)將 IP地址返回給瀏覽器，同時自己也將 IP地址緩存起來

7）至此，瀏覽器就得到了域名對應(yīng)的 IP地址，并將 IP地址緩存起來

配合下圖直觀理解：

在W55MH32上使用DNS正向解析wiznet.io域名時，我們只需要向本地域名服務(wù)器發(fā)送DNS請求報文，然后解析DNS響應(yīng)報文即可。

5 DNS報文

DNS報文分為以下五個部分：

報文頭部：定義了請求或響應(yīng)的元信息（如標(biāo)志、條目數(shù)等）。

問題區(qū)域：描述了查詢的域名和查詢類型。

回答區(qū)域：包含查詢的最終結(jié)果（如域名對應(yīng)的IP地址）。

權(quán)威區(qū)域：提供權(quán)威DNS服務(wù)器的信息。

附加區(qū)域：包含附加的相關(guān)信息（如域名的A記錄）。

DNS請求報文主要由報文頭部和問題區(qū)域組成，回答區(qū)域、權(quán)威區(qū)域和附加區(qū)域為空。

報文頭部

Transaction ID：固定長度為16bit，唯一標(biāo)識符，用于匹配請求和響應(yīng)。

Flags：固定長度為16bit，標(biāo)志位（例如查詢類型、遞歸期望等）。

Questions：固定長度為16bit，問題區(qū)域的條目數(shù)，通常為1。

Answer RRs：固定長度為16bit，回答區(qū)域的條目數(shù)，查詢報文中為0。

Authority RRs：固定長度為16bit，權(quán)威區(qū)域的條目數(shù)，查詢報文中為0。

Additional RRs：固定長度為16bit，附加區(qū)域的條目數(shù)，查詢報文中為0。

問題區(qū)域

QName：查詢的域名（以點分形式存儲）。

QType：查詢的記錄類型（如A記錄、AAAA記錄、MX記錄等）。

QClass：查詢的記錄類別，通常為IN（互聯(lián)網(wǎng)）。

DNS響應(yīng)報文包含與請求報文類似的頭部和問題區(qū)域，并附加回答、權(quán)威和附加區(qū)域信息。

報文頭部：同請求報文，但Flags內(nèi)容有所變化：

QR:1表示響應(yīng)（查詢報文中為0）

RCODE：返回碼，表示響應(yīng)狀態(tài)（如0表示無錯誤，3表示域名不存在）。

AA：權(quán)威回答標(biāo)志（1表示這是權(quán)威服務(wù)器返回的響應(yīng)）。

問題區(qū)域：與請求報文一致，用于描述客戶端的查詢。

回答區(qū)域：包含查詢結(jié)果，如域名對應(yīng)的IP地址。每條回答包含以下字段：

Name：對應(yīng)的域名

Type：記錄類型（如A、AAAA、CNAME等）。

Class：記錄類別（通常為IN）。

TTL：記錄的生存時間（秒）。

Rdata：記錄的具體值（如IP地址）。

權(quán)威區(qū)域：提供權(quán)威服務(wù)器的信息，通常包含NS記錄。

附加區(qū)域：包含額外的解析信息，如權(quán)威服務(wù)器的A記錄和AAAA記錄。

請求報文實例：請求解析域名wiznet.io的A記錄

|報文頭部 |
Transaction ID: 0x8D12
Flags: 0x0100 (標(biāo)準(zhǔn)查詢、期望遞歸)
Questions: 1
Answer RRs: 0
Authority RRs: 0
Additional RRs: 0
|問題區(qū)域 |
QName:wiznet.io
QType: A
QClass: IN

|報文原文 |
8D 12 01 00 00 01 00 00 00 00 00 00
06 77 69 7A 6E 65 74 02 69 64 00 00 01 00 01

響應(yīng)報文實例：DNS服務(wù)器返回wiznet.io的A記錄解析結(jié)果（IP為183.111.138.249）

|報文頭部 |
Transaction ID: 0x8D12
Flags: 0x8180 (響應(yīng)、無錯誤)
Questions: 1
Answer RRs: 1
Authority RRs: 0
Additional RRs: 0
|問題區(qū)域 |
QName:wiznet.io
QType: A
QClass: IN
|回答區(qū)域 |
Name:wiznet.io
Type: A
Class: IN
TTL: 156
RData: 183.111.138.249

|報文原文 |
8D 12 81 80 00 01 00 01 00 00 00 00
06 77 69 7A 6E 65 74 02 69 6F 00 00 01 00 01
C0 0C 00 01 00 01 00 00 00 9C 00 04 B7 6F 8A F9

6實現(xiàn)過程

接下來，我們看看如何在W55MH32上實現(xiàn)DNS正向解析。

注意：因為本示例需要訪問互聯(lián)網(wǎng)，請確保W55MH32的配置能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)。

步驟一：注冊DNS定時器中斷到1s定時器中

/**
* @brief   1ms timer IRQ Handler
* @param   none
* @return  none
*/
void TIM3_IRQHandler(void)
{
   static uint32_t tim3_1ms_count = 0;
   if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET)
   {
       tim3_1ms_count++;
       if (tim3_1ms_count >= 1000)
       {
           DHCP_time_handler();
           DNS_time_handler();
           tim3_1ms_count = 0;
       }
       TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
   }
}

注冊DNS定時器中斷主要為了DNS超時處理。

在dns.h文件中，定義了DNS超時時間、重試次數(shù)、端口號和消息ID等內(nèi)容：

#define MAX_DNS_BUF_SIZE 256  ///< maximum size of DNS buffer. */
/*
 * @brief Maxium length of your queried Domain name 
 * @todo SHOULD BE defined it equal as or greater than your Domain name lenght + null character(1)
 * @note SHOULD BE careful to stack overflow because it is allocated 1.5 times as MAX_DOMAIN_NAME in stack.
 */
#define  MAX_DOMAIN_NAME   128       // for example "www.google.com"
#define MAX_DNS_RETRY     2        ///< Requery Count
#define DNS_WAIT_TIME     3        ///< Wait response time. unit 1s.
#define IPPORT_DOMAIN     53       ///< DNS server port number
#define DNS_MSG_ID         0x1122   ///< ID for DNS message. You can be modifyed it any number

步驟二：進(jìn)行DNS正向解析處理

在do_dns()函數(shù)中，我們實現(xiàn)了dns正向解析的過程。

do_dns(ethernet_buf, dns_name, ip_fromdns);

這個函數(shù)的三個傳參分別為DNS解析所需緩存，帶解析域名，解析后的IP地址。

do_dns()函數(shù)的內(nèi)容如下：

/**
* @brief   DNS domain name resolution
* @param   ethernet_buff: ethernet buffer
* @param   domain_name:Domain name to be resolved
* @param   domain_ip:Resolved Internet Protocol Address
* @return  0:success;-1:failed
*/
int do_dns(uint8_t *buf, uint8_t *domain_name, uint8_t *domain_ip)
{
   int         dns_ok_flag  = 0;
   int         dns_run_flag = 1;
   wiz_NetInfo net_info;
   uint8_t     dns_retry_cnt = 0;
   DNS_init(0, buf); // DNS client init
   wizchip_getnetinfo(&net_info);
   while (1)
   {
       switch (DNS_run(net_info.dns, domain_name, domain_ip)) // Read the DNS_run return value
       {
       case DNS_RET_FAIL:                                     // The DNS domain name is successfully resolved
       {
           if (dns_retry_cnt < DNS_RETRY)                     // Determine whether the parsing is successful or whether the parsing exceeds the number of times
           {
               dns_retry_cnt++;
           }
           else
           {
               printf("?> DNS Failedrn");
               dns_ok_flag  = -1;
               dns_run_flag = 0;
           }
           break;
       }
       case DNS_RET_SUCCESS: {
           printf("> Translated %s to %d.%d.%d.%drn", domain_name, domain_ip[0], domain_ip[1], domain_ip[2], domain_ip[3]);
           dns_ok_flag  = 0;
           dns_run_flag = 0;
           break;
       }
       }
       if (dns_run_flag != 1)
       {
           return dns_ok_flag;
       }
   }
}

然后是在DNS主循環(huán)中運行DNS執(zhí)行函數(shù)DNS_run，它的主要作用是進(jìn)行DNS組包，發(fā)送請求，響應(yīng)內(nèi)容解析以及超時處理，這里只需要根據(jù)DNS_run()函數(shù)的返回值進(jìn)行相應(yīng)處理即可。

DNS_run()函數(shù)內(nèi)容如下：

  /* DNS CLIENT RUN */
int8_t DNS_run(uint8_t * dns_ip, uint8_t * name, uint8_t * ip_from_dns)
{
 int8_t ret;
 struct dhdr dhp;
 uint8_t ip[4];
 uint16_t len, port;
 int8_t ret_check_timeout;
 retry_count = 0;
 dns_1s_tick = 0;
 // Socket open
 socket(DNS_SOCKET, Sn_MR_UDP, 0, 0);
#ifdef _DNS_DEBUG_
 printf("> DNS Query to DNS Server : %d.%d.%d.%drn", dns_ip[0], dns_ip[1], dns_ip[2], dns_ip[3]);
#endif
 len = dns_makequery(0, (char *)name, pDNSMSG, MAX_DNS_BUF_SIZE);
 sendto(DNS_SOCKET, pDNSMSG, len, dns_ip, IPPORT_DOMAIN);
 while (1)
 {
   if ((len = getSn_RX_RSR(DNS_SOCKET)) > 0)
   {
     if (len > MAX_DNS_BUF_SIZE) len = MAX_DNS_BUF_SIZE;
     len = recvfrom(DNS_SOCKET, pDNSMSG, len, ip, &port);
     #ifdef _DNS_DEBUG_
       printf("> Receive DNS message from %d.%d.%d.%d(%d). len = %drn", ip[0], ip[1], ip[2], 
       ip[3],port,len);
     #endif
       ret = parseDNSMSG(&dhp, pDNSMSG, ip_from_dns);
     break;
   }
   // Check Timeout
   ret_check_timeout = check_DNS_timeout();
   if (ret_check_timeout < 0) {
#ifdef _DNS_DEBUG_
 printf("?> DNS Server is not responding : %d.%d.%d.%drn", dns_ip[0], dns_ip[1], dns_ip[2], dns_ip[3]);
#endif
     
close(DNS_SOCKET);
     return 0; // timeout occurred
   }
   else if (ret_check_timeout == 0) {
#ifdef _DNS_DEBUG_
     printf("> DNS Timeoutrn");
#endif
     sendto(DNS_SOCKET, pDNSMSG, len, dns_ip, IPPORT_DOMAIN);
   }
 }
 close(DNS_SOCKET);
 // Return value
 // 0 > :  failed / 1 - success
 return ret;
}

7運行結(jié)果

燒錄例程運行后，首先進(jìn)行了PHY鏈路檢測，然后是DHCP獲取網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)果，最后是DNS成功解析出wiznet.io的IP地址為183.111.138.249，如下圖所示：

8總結(jié)

本文介紹在 W55MH32芯片上實現(xiàn) DNS域名解析功能的方法，講解如何將 wiznet.io域名解析為實際 IP地址。闡述了 DNS協(xié)議發(fā)熱概念、域名分類、查詢方式和工作流程，介紹了 DNS報文結(jié)構(gòu)及請求、響應(yīng)報文實例等。展示在W55MH32上的實現(xiàn)過程。

下一篇將講解在該芯片上實現(xiàn) HTTP Client功能，介紹向指定網(wǎng)站提交數(shù)據(jù)的原理和實現(xiàn)步驟。敬請期待！

WIZnet是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP卸載引擎）技術(shù)，基于獨特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU?面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

WIZnet在全球擁有 70多家分銷商，在香港、韓國、美國設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營銷。

香港辦事處管理的區(qū)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