Arduino W5100 web server

De The Linux Craftsman
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Introduction

Warning manual.jpg

Il faut prendre connaissance du module W5100 et s'assurer que le module possède une configuration de niveau 3 OSI.

Soyez sûr de comprendre la section sur comment écrire un sketch avant de poursuivre. Le code ci-dessous fait référence à des parties bien spécifiques, détaillées et expliquées dans la section suscitée.

Récupération de la requête

Il est possible de démarrer un serveur qui écoutera sur un port précis qui, dans notre cas de figure, utilisera le port TCP 80. Dans un premier temps, nous allons récupérer la requête qui vient du client pour voir comment elle est formatée puis, dans un deuxième temps, on verra comment on pourra traiter et formuler une réponse.

Imports

#include "SPI.h"
#include "Ethernet.h"

Variables globales

// Serveur écoutant sur le port 80
EthernetServer server(80);

setup()

// Démarrage du serveur
server.begin();

loop()

// On écoute les connections entrantes
EthernetClient client = server.available();
// Si la connection est établie (SYN / SYN+ACK / ACK)...
if (client) {
  Serial.println(F("---- new request ----"));
  // ...pendant que le client maintient la session TCP...
  while (client.connected()) {
    // ...et que la requête contient des caractères...
    if (client.available()) {
      // ...on récupére les caractères...
      char c = client.read();
      // ... et on les affiche sur le terminal série
      Serial.print(c);
    }
  }
  // Fin de la requête
  Serial.println(F(""));
  Serial.println(F("---- end request ----"));
}

Lorsque l'on entre dans la barre de recherche du navigateur l'adresse IP du module Ethernet on a, après le timeout TCP, le résultat suivant : 

---- new request ----
GET /index.htm&param1=value1 HTTP/1.1
Host: 192.168.1.26
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; Win64; x64; rv:50.0) Gecko/20100101 Firefox/50.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: fr,fr-FR;q=0.8,en-US;q=0.5,en;q=0.3
Accept-Encoding: gzip, deflate
Connection: keep-alive
Upgrade-Insecure-Requests: 1


---- end request ----

On constate que :

  • la requête démarre par le verbe HTTP (ici GET);
  • il y a un espace est un premier slash ;
  • suivit de l'URL (ici index.htm) ;
  • les paramètres suivent le '?' ;
  • la requête contient toutes les entêtes envoyés par le navigateur ;
  • la requête se termine par deux sauts de ligne.

Pour terminer proprement la requête HTTP, il suffit de mettre fin à la session TCP à réception des deux sauts de ligne.

Traitement de fin de requête

On va écrire un programme qui attend le saut de ligne (\n) à la fin d'une ligne vide.

loop()

// On écoute les connections entrantes
EthernetClient client = server.available();
// Si la connection est établie (SYN / SYN+ACK / ACK)...
if (client) {
  // Nos deux compteurs
  uint8_t nbNewLine = 0, bytesOnLine = 0;
  while (client.connected()) {
    if (client.available()) {
      char c = client.read();
      if (c != '\r') {
        if (c == '\n') {
          // Fin de ligne
          if (bytesOnLine == 0) {
            // Ligne vide on incrémente le conteur
            nbNewLine++;
            if (nbNewLine == 1) {
              // Deuxième ligne vide = fin requête
              // Envoie du status HTTP, ici '200 OK'
              client.println("HTTP/1.1 200 OK");
              // Entête spécifiant le contenu du corps
              client.println("Content-Type: text/html");
              /**
                 On prévient le client qu'à la fin de
                 la requête, on coupe la session TCP
              */
              client.println("Connection: close");
              // Spération entre les entêtes HTTP et le corps du message
              client.println();
              // contenu HTML
              client.println("<!DOCTYPE HTML>");
              client.println("<html>");
              client.println("It Works !");
              client.println("</html>");
              // On donne le temps au navigateur de traiter le message
              delay(1);
              // Fermeture de la session TCP
              client.stop();
              break;
            }
          } else {
            // Ligne contenant des caractères, on remet le conteur à zéro
            bytesOnLine = 0;
          }
        } else {
          /**
            On reçoit des caractères autre que \r et \n 
            alors on incrémente le conteur de caractères
          */
          bytesOnLine++;
        }
      }
    }
  }
  // Fin de la requête
  Serial.println(F(""));
  Serial.println(F("---- end request ----"));
}

A partir de maintenant, côté navigateur, la requête se termine proprement et on attend plus le timeout TCP. Il faudrait maintenant, digérer l'URL pour pouvoir répondre en fonction de la requête !

Digestion de l'URL

Le code devient trop complexe pour résider dans la fonction principale. Il faut donc le fragmenter en plusieurs fonctions qui seront appelées dans loop().

Algorithmique

Prenons comme exemple la requête suivante : 

GET /part1/part2/index.htm?paramA=valueA&...&paramX=valueX HTTP1.1

Nous allons écrire la fonction bool digestURL(char c) qui va :

  • vérifier que la ligne commence par GET ;
  • lire chaque partie du chemin (part1, part2, index.htm) ;
  • détecter le '?' pour déterminer si la requête contient des arguments ;
  • détecter les '=' pour faire la séparation entre nom de paramètre et valeur ;
  • détecter les '&' pour séparer les paramètres.

On part du principe que la fonction loop() appelle digestURL(char c) à la réception d'un caractère et renvoie vrai lorsque l'URL est lue.

Variables globales

// Méthode démarrant le début de l'URL
static const char METHOD[] = "GET";
/**
  Arbitrairement on décide que le chemin
  contiendra 5 partie de 10 caractères
*/
static const uint8_t URL_MAX_PART = 5;
static const uint8_t URL_PART_SIZE = 10;
/**
  Arbitrairement on décide qu'il y aura
  maximum 5 paramètres de 10 caractères
*/
static const uint8_t PARAM_MAX_NUMBER = 5;
static const uint8_t PARAM_SIZE = 10;
// Tableau permettant de stocker les parties du chemin
char url_parts[URL_MAX_PART][URL_PART_SIZE];
// Tableau permettant de stocker les paramètres
char param_names[PARAM_MAX_NUMBER][PARAM_SIZE];
char param_values[PARAM_MAX_NUMBER][PARAM_SIZE];

// Variables utilisée à l'exécution
uint16_t http_error_code = 0;
// Permet de savoir si l'URL est trouvée
bool isUrl = false;
// Nombre de parties du chemin
uint8_t nbUrlPart = 0;
// Nombre de paramètres de l'URL
uint8_t nbParam = 0;

loop()

void loop() {
  // On écoute les connections entrantes
  EthernetClient client = server.available();
  // Si la connexion est établie (SYN / SYN+ACK / ACK)...
  if (client) {
    while (client.connected()) {
      if (client.available() && !isUrl) {
        if (!isUrl) {
          if (digestURL(client.read())) {
            isUrl = true;
            // Optionnel, permet de voir ce qui à été récupéré
            displayUrlVariables();
          }
        }
      } else {
        sendHeader(client);
        client.stop();
      }
    }
    resetVariables();
  }
}

Fonctions annexes

/**
   Digère l'URL en séparant le chemin et les paramètres
*/
bool digestURL(char c) {
  static int8_t algoPart = 0, readBytes = 0;
  if (algoPart == 0) {
    // On vérifie que le caractère lue correspond à un caractère de la méthode
    if (c == METHOD[readBytes++]) {
      if (readBytes == strlen(METHOD)) {
        // On vient de lire 'GET', on passe à la suite
        algoPart++;
        readBytes = 0;
      }
    } else {
      //On remet le compteur à zéro
      readBytes = 0;
    }
  } else if (algoPart == 1) {
    // On doit ignorer les 2 caractères qui suivent ' /'
    if (readBytes < 1) {
      readBytes++;
    } else {
      // Les deux caractères sont passés, on passe à la suite
      algoPart++;
      readBytes = 0;
    }
  } else if (c == ' ' || c == '\n') {
    // On à terminé la lecture de l'URL, RAZ des variables
    if (algoPart == 2) {
      // On termine la chaîne
      url_parts[nbUrlPart][readBytes] = '\0';
      nbUrlPart++;
    } else if (algoPart == 4) {
      // On termine la chaîne
      param_values[nbParam][readBytes] = '\0';
      nbParam++;
    }
    algoPart = -1;
  } else if (algoPart == 2) {
    // Lecture des parties du chemin
    if (c == '/') {
      // On termine la chaîne
      url_parts[nbUrlPart][readBytes] = '\0';
      /**
         On passe à la lecture de la partie suivante
         si le nombre max de partie n'est pas atteint
      */
      if (nbUrlPart == URL_MAX_PART - 1) {
        // Erreur 414 (Request-URI Too Long)
        http_error_code = 414;
        algoPart = -1;
      } else {
        nbUrlPart++;
        readBytes = 0;
      }
    } else if (c == '?') {
      // On termine la chaîne
      url_parts[nbUrlPart][readBytes] = '\0';
      // On a terminé la lecture du chemin et il y a des paramètres
      nbUrlPart++;
      algoPart++;
      readBytes = 0;
    } else {
      /**
         On ajoute le caractère à la partie si on
         a pas atteint le nombre max de caractères
      */
      if (readBytes ==  URL_PART_SIZE - 1) {
        // Erreur 413 (Request Entity Too Large)
        http_error_code = 413;
        algoPart = -1;
      } else {
        url_parts[nbUrlPart][readBytes++] = c;
      }
    }
  } else if (algoPart == 3) {
    // Lecture des noms de paramètres
    if (c == '=') {
      // On termine la chaîne
      param_names[nbParam][readBytes] = '\0';
      // On passe à la lecture de la valeur
      algoPart++;
      readBytes = 0;
    } else {
      /**
         On ajoute le caractère au nom si on
         a pas atteint le nombre max de caractères
      */
      if (readBytes ==  PARAM_SIZE - 1) {
        // Erreur 413 (Request Entity Too Large)
        http_error_code = 413;
        algoPart = -1;
      } else {
        param_names[nbParam][readBytes++] = c;
      }
    }
  } else if (algoPart == 4) {
    // Lecture des valeurs de paramètres
    if (c == '&') {
      // On termine la chaîne
      param_values[nbParam][readBytes] = '\0';
      /**
         On passe à la lecture du nom du paramètre suivant
         si le nombre max de paramètres n'est pas atteint
      */
      if (nbParam == PARAM_MAX_NUMBER - 1) {
        // Erreur 414 (Request-URI Too Long)
        http_error_code = 414;
        algoPart = -1;
      } else {
        nbParam++;
        algoPart--;
        readBytes = 0;
      }
    } else {
      /**
         On ajoute le caractère à la valeur si on
         a pas atteint le nombre max de caractères
      */
      if (readBytes ==  PARAM_SIZE - 1) {
        // Erreur 413 (Request Entity Too Large)
        http_error_code = 413;
        algoPart = -1;
      } else {
        param_values[nbParam][readBytes++] = c;
      }
    }
  }
  if (algoPart == -1) {
    // RAZ des variables et fin !
    algoPart = 0;
    readBytes = 0;
    return true;
  }
  return false;
}

/**
   Remet à zéro les variables pour la requête suivante
*/
void resetVariables() {
  // RAZ des variables
  isUrl = false;
  http_error_code = 200;
  nbUrlPart = 0;
  nbParam = 0;
}
/**
   Envoie l'entête HTTP
*/
void sendHeader(EthernetClient client) {
  // Envoie de l'entête HTTP
  client.print(F("HTTP/1.1 "));
  client.println(http_error_code);
  // Ajouter ici les codes HTTP
  if (http_error_code == 200) {
    client.println(F(" OK"));
  } else if (http_error_code == 201) {
    client.println(F(" Created"));
  } else if (http_error_code == 400) {
    client.println(F(" Bad Request"));
  } else if (http_error_code == 404) {
    client.println(F(" Not Found"));
  } else if (http_error_code == 414) {
    client.println(F(" Request-URI Too Long"));
  } else if (http_error_code == 415) {
    client.println(F(" Request Entity Too Large"));
  } else if (http_error_code == 500) {
    client.println(F(" Internal Server Error"));
  }
  // Format de la réponse
  client.println(F("Content-Type: text/html"));
  // On prévient le client que la connexion est fermée
  client.println(F("Connection: close"));
  // On attend que le client reçoive la réponse
  delay(1);
}
/**
   Affiche ce qui à été récupéré
*/
void displayUrlVariables() {
  if (http_error_code < 200 || http_error_code >= 300) {
    Serial.print(F("Error : "));
    Serial.println(http_error_code);
  } else {
    for (uint8_t i = 0; i < nbUrlPart; i++) {
      Serial.print(url_parts[i]);
      if (i < nbUrlPart - 1) {
        Serial.print(F(" / "));
      }
    }
    Serial.println();
    for (uint8_t i = 0; i < nbParam; i++) {
      Serial.print(param_names[i]);
      Serial.print(F("="));
      Serial.print(param_values[i]);
      if (i < nbParam - 1) {
        Serial.print(F(" & "));
      }
    }
  }
}

Et voila, on peut maintenant récupérer la requête. Ci dessous un exemple de ce qui s'affiche dans la console avec l'URL suivante : 

http://192.168.1.26/part1/part2/part3/part4/index.htm?param1=value1&param2=value2&param3=value3&param4=value4&param5=value5

part1 / part2 / part3 / part4 / index.htm
param1=value1 & param2=value2 & param3=value3 & param4=value4 & param5=value5

Servir une page Web

Pour que notre serveur soit achevé, il faut qu'il serve un fichier HTML / CCS / JavaScript présent sur la carte SD.

Imports

#include "SD.h"

Variables globales

// URL complète pour accéder à un fichier
char url[URL_MAX_PART*URL_PART_SIZE+URL_MAX_PART];

setup()

Sous la ligne : 

Serial.begin(9600);

Ajoutez : 

// Accès au module SD
if(!SD.begin(4)){
  Serial.println(F("SD module problem..."));
  while(true);
}

loop()

Remplacez la ligne : 

sendHeader(client);

par : 

sendContent(client);

Fonctions annexes

void sendContent(Client){

}
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