[應用] 在 ARM 控制器上實現一個 FTP server

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設計說明

        最近實現在 STM32F207 控制器 (ARM-based) 上面實現一個簡易型的 FTP server，其目的是為了文件的傳輸。原本在一般電腦上的 FTP 是一個再平常不過的網路功能，但是在 embedded system 上如果沒有搭配 Linux 作業系統，通常要自行開發 FTP 才行。圖一所示就是 STM32F207 控制器，上面有網路介面和 SD 卡，我們希望從遠端能將儲存在 SD 卡上的文檔經由網路下載，而這個 SD 卡就類似硬碟的功能。

        為了完成 FTP 服務器，在控制器上面的源代碼需要準備：作業系統、檔案管理系統、TCP/IP 網路協定。幸運地，STM32 晶片已經整合了 FreeRTOS 作業系統，LwIP 網路通訊協定，還有 FatFs 檔案管理系統，所以我們必須利用這些材料將 FTP 的功能完成。由於晶片速度和記憶體的容量有限，FTP 服務器必須考量到連線的數量，只能盡量簡化 FTP 的功能，否則整個系統容易崩潰。另外，FreeRTOS 作業系統是運行在多工環境，當 FTP 連線存取多個檔案時，必須考慮到檔案管理的保護 (critical section)，這部分的設計如果沒保護好，檔案管理也可能會崩潰進而當機。底下是我們實現了一個簡易型 FTP server 的驗證，分別從命令列的 ftp 或者從檔案總管的 ftp 連線。

圖一：STM32F207 控制器

實現設計

        我們從電腦上打開命令列，輸入 ftp xxx.xxx.xxx.xxx 就可以連上 FTP 服務器，成功連上後可以看到圖二的結果。因為設計為了方便簡單，所以不需要輸入使用者與密碼，直接就能登錄成功。在開發 FTP 服務器時，以最輕便的功能來考量，所以我們不可能把所有 FTP 協定的指令通通設計進去，只能實現一些常用的以及必要的指令，比如圖二和圖三的 dir / ls / quit 就是必要的指令。
圖二：命令列的 FTP 連上服務器

圖三：輸入 FTP 指令的結果

        除了以命令列的方式執行 FTP，也可以從檔案總管上面輸入 ftp://xxx.xxx.xxx.xxx 來登錄FTP 服務器，如圖四所示。從檔案總管登錄的好處就是 Windows 會把 FTP 所需的指令一次就做完，不用像命令列一樣依序地手動輸入。不過，這種方式需要用到更多 FTP 協定的指令，在設計 FTP server 必須考慮進去，最好的方法就是用 Wireshark 抓封包，看看有哪些指令還沒有實現的，再一一實現。
圖四：從檔案總管連上 FTP 服務器

參考資料

[1] FreeRTOS - www.freertos.org
[2] LwIP - https://savannah.nongnu.org/projects/lwip/
[3] FatFs - http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
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