3日間で作る フルスクラッチHTTPサーバー on STM32F767 Nucleo

プロトコルスタックから自作してみた。

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1. 3日間で作る フルスクラッチHTTPサーバー on STM32F767 Nucleo VTb(@PiBVT)
2. 目次 • 自己紹介等 • 今回作ったもの • そもそもの経緯 • STM32F767 Nucleoとは？ • 全体の設計 • 自作プロトコルスタックについて • 専用プロキシについて • HTTPサーバーについて • 色々動かす • 今後の展望 • おわりに
3. 自己紹介等 • VTb(@PiBVT) • プログラミング歴2年の初心者 • 最近の悩みはオブジェクト指向言語・データ構造 • C++分からん
4. 今回作ったもの STM32F767 Nucleo上で動くHTTP(over UDP)サーバーon自作プロトコルスタック • なぜTCPじゃない？　=> TCPを3日で実装できるほどプロじゃないから。 • なぜマイコン上？ => なんとなく。楽しそうだったから。 • lwIPって知ってる？ => 知ってるけど自作した。楽しそうだったから。 • 何の意味があるの？ => 意味なんて無いです。楽しそうだったから。 • アホですか？ => はい。アホです。 楽しさだけを追い求めました。
5. そもそもの経緯 1. 去年のセキュキャン後、自作OS上にHTTP サーバーを実装した(デバドラから) 2. 当然のことながらまともに動作しない 3. ならベアメタルしやすい環境で一度練習しとこ 4. 時間なかった 5. せや、over UDPにしたろ 6. なんか動いた
6. STM32F767 Nucleoとは？ • STM32F767ZIとST-Linkを搭載したボード • ARMな32bitマイコン(ARM Cortex-M7) • RAM:512KB ROM:2MB • 専用の開発環境(TrueStudio, SW4STM32) とUSB経由の書き込み • PICやAVRに比べて高性能 • ミドルウェアも充実(lwIP,FreeRTOS等) • 割と安い(2000~3000円程度) https://www.st.com/ja/evaluation-tools/nucleo-f767zi.htmlより
7. 全体の設計 • TCPの実装は間に合わないため、専用プロキシでTCP ⇔ UDPの変換を行う • F767上ではUDPを処理する • HTMLはF767上でハードコーディング(FSは間に合わない)
8. 自作プロトコルスタックについて • 1to1で接続している状況で必要な最低限 なものだけを実装 • ARP : MAC ⇔ IPアドレスの変換に必要 • IP : ICMP, UDPの通信に必要 • ICMP : pingは打てるようにしておきたい • UDP : HTTPの通信に必要 OSみたいにカーネルスレッドとしては動かず、 main関数内でethernet_if_rx()が無限に回り、 上の層の関数を叩くだけ。 my
9. 自作プロトコルスタックについて -ARP- • RFC 826を参考にした(https://tools.ietf.org/html/rfc826) • 唯一全ての機能を実装してある • ARP Requestを受け取ると、ARP Replyを返す簡単なもの
10. 自作プロトコルスタックについて -ICMP- • RFC 792を参考にした(https://tools.ietf.org/html/rfc792) • pingに必要なEchoとEcho Replyのみ実装 • Linuxのpingはタイムスタンプも織り込む必要があるようだが、適当に受信した EchoのタイムスタンプをコピーしてEcho Replyに入れた。
11. 自作プロトコルスタックについて -UDP- • RFC 768を参考にした(https://tools.ietf.org/html/rfc768) • UDP自体は完全な実装だが、IPv4の実装がガバガバ。 • HTTPサーバー側から叩きやすいようにAPIを整備した(つもり)
12. 専用プロキシについて • TCP ⇔ UDPの変換を行う超手抜きなプロキシ • 実質サーバーな気もするが気にしたら負け。
13. HTTPサーバーについて • index.htmlだけしか存在しない • それ以外は全て404 Not Found • ハードコーディングされた文字列を送り返すだけ。 • 時間なかったんや。許して。
14. 色々動かす • arp-scanでF7を探してみる • pingで反応があるか確認 • curlでとりあえずHello Worldを確認 • firefoxで見てみる
15. 今後の展望 • やっぱりTCPは動かしたい。 • BSDソケットぽいものにしたい。 • FAT読めるようにしてSDカードからHTMLファイル読み出したい。 • 他の処理も同時にしたい。 結論：自作OSしよう
16. おわりに • 既存のプロトコルスタックはすごい！ • TCP/IPはすごい！ • 最近のマイコンはすごい！ • ソースコードはさすがに今のままでは公開しません....