LwIP应用开发笔记之一：LwIP无操做系统基本移植

　　如今，TCP/IP协议的应用无处不在。随着物联网的火爆，嵌入式领域使用TCP/IP协议进行通信也愈来愈普遍。在咱们的相关产品中，也都有应用，因此咱们结合应用实际对相关应用做相应的总结。

1、技术准备

　　咱们采用的开发平台是STM32F407和LwIP协议栈。在开始以前，咱们须要作必要的准备工做。

　　首先要得到LwIP的源码，在网上有不少，不一样版本及不一样平台的都有，不过咱们仍是建议直接从官方网站得到。其官方网站以下：

　　http://savannah.nongnu.org/projects/lwip/

　　其次，须要硬件平台，咱们采用了STM32F407ZG+DM9161的网络接口方式，这并非必须的，其余硬件平台也是同样的。

　　最后，由于咱们后面要在操做系统下移植，采用的操做系统是FreeRTOS，因此还需下载FreeRTOS的源码。一样简易从官网下载：

　　https://www.freertos.org/index.html

2、LwIP简要说明

　　LwIP是一款免费的TCP/IP协议栈，但它的功能趋势十分完备。LwIP 具备三种应用编程接口 （API）：

• Raw API：为原始的 LwIP API。它经过事件回调机制进行应用开发。该 API 提供了最好的性能和优化的代码长度，但增长了应用开发的复杂性。
•  Netconn API：为高层有序 API，须要实时操做系统 （RTOS）的支持 （提供进程间通信的方法）。 Netconn API 支持多线程工做。
• BSD Socket API：相似 Berkeley 的套接字 API （开发于 Netconn API 之上） 。

　　对于以上三种接口，前一种只须要裸机便可调用，后两种须要操做系统才能调用。因此据此LwIP存在两种移植方式：一是，只移植内核，此时应用程序的编写只能基于RAW/Callback API进行。二是，移植内核和上层API，此时应用程序编写可使用3种API，即：RAW/Callback API、Sequential API和Socket API。

3、LwIP的无操做系统基本移植

　　在移植以前，咱们须要对源码有一些了解，以及清楚API如何使用，才能进行很好的移植。在源码的文件中有两个文本文件：rawapi.txt和sys_arch.txt。在rawapi.txt文件中，做者说明了怎样使用协议栈的Raw/Callback API进行编程。而在sys_arch.txt文件中，说明了如何移植，规定了移植者须要实现的函数宏定义等。接下来咱们就据此来实现移植。

　　其实，进行无操做系统的移植，所须要作的工做并很少，一是须要定义几个协议在所须要的头文件。二是须要编写网卡的驱动程序，而写驱动程序是主要工做所在。

　　首先咱们说须要定义的头文件。根据sys_arch.txt文件中的要求，咱们须要实现cc.h、lwipopts.h和perf.h三个头文件，线描述以下：

• cc.h文件主要完成协议栈内部使用的数据类型的定义，以保证平台无关性。
• lwipopts.h文件包含了用户对协议栈内核参数进行的配置。
• perf.h文件是实现与系通通计和测量相关的功能。

　　其次要实现网卡的驱动，事实上咱们采用STM32F407自带的网卡，以及ST的开发库时，驱动大部分都写好了，咱们只须要完成硬件IO部分的配置以及一些必要的参数配置就能够了。

　　接下来就是实现几个必要的函数，按照LwIP做者给出的模板，须要实现5个函数以下：

• low_level_init 调用以太网驱动函数，初始化 STM32F4xx 和 STM32F2x7xx 以太网外设
• low_level_output 调用以太网驱动函数以发送以太网包
• low_level_input 调用以太网驱动函数以接收以太网包
• ethernetif_init 初始化网络接口结构 （netif）并调用low_level_init以初始化以太网外设
• ethernetif_input 调用low_level_input接收包，而后将其提供给LwIP栈

　　以上这些函数都实现后，咱们须要使协议运转起来，因此咱们还须要作两件事，一是对协议及网卡初始化；二是实现对数据的轮询，固然也可以使用中断方式，不过在这里咱们使用查询方式。

　　初始化部分，除了初始化默认网络接口的参数外，须要注册2个函数，一是初始化网络接口函数ethernetif_init；一是数据包接收函数ethernet_input。实现以下：

 1 /* LwIP初始化配置 */
 2 void LWIP_Init_Configuration(void)
 3 {
 4   /* IP赋值 */
 5   IP_ADDRESS[0] = 192;
 6   IP_ADDRESS[1] = 168;
 7   IP_ADDRESS[2] = 2;
 8   IP_ADDRESS[3] = 110;
 9   NETMASK_ADDRESS[0] = 255;
10   NETMASK_ADDRESS[1] = 255;
11   NETMASK_ADDRESS[2] = 255;
12   NETMASK_ADDRESS[3] = 0;
13   GATEWAY_ADDRESS[0] = 192;
14   GATEWAY_ADDRESS[1] = 168;
15   GATEWAY_ADDRESS[2] = 2;
16   GATEWAY_ADDRESS[3] = 1;
17  
18   /* 在无操做系统环境下初始化LwIP协议栈 */
19   lwip_init();
20  
21   /* 固定IP地址初始化(IPv4) */
22   IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDRESS[0], IP_ADDRESS[1], IP_ADDRESS[2], IP_ADDRESS[3]);
23   IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDRESS[0], NETMASK_ADDRESS[1] , NETMASK_ADDRESS[2], NETMASK_ADDRESS[3]);
24   IP4_ADDR(&gw, GATEWAY_ADDRESS[0], GATEWAY_ADDRESS[1], GATEWAY_ADDRESS[2], GATEWAY_ADDRESS[3]);
25  
26   /* 添加无操做系统的网络接口参数 */
27   netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &ethernet_input);
28  
29   /* 注册缺省的网络接口 */
30   netif_set_default(&gnetif);
31  
32   if (netif_is_link_up(&gnetif))
33   {
34     /* 链接正常时，启用网络接口 */
35     netif_set_up(&gnetif);
36   }
37   else
38   {
39     /* 链接故障时，中止网络接口 */
40     netif_set_down(&gnetif);
41   }
42  
43 }
44 初始化完成须要调用ethernetif_input接收数据才能实现通信，其实现很简单。
45 /* 以太网轮循处理函数 */
46 void EthernetProcess(void)
47 {
48   ethernetif_input(&gnetif);
49  
50   /* 无操做系统超时检测 */
51   sys_check_timeouts();
52  
53 }

　　这样每次查询都会检查是否有数据收到，并经过ethernet_input函数发送到协议栈进行处理。其实，可能你们会发现还有一个sys_check_timeouts()函数，它是一个超时检测函数，要求调用一个名为sys_now()的函数来返回系统时钟，而sys_now()函数是咱们须要实现的，各个系统复杂程度不一样，在这里咱们使用了STM32的HAL库，因此实现就很简单了。

4、结论

　　前面已经完成了无操做系统LwIP的移植，那怎么知道咱们的移植是否成功呢？接下来咱们对它进行必要的验证。

　　首先咱们查看目标板在网络上的配置是否正确。咱们打开命令行窗口，运行ipconfig命令，查看MAC地址和IP地址配置：

 

　　咱们配置的MAC地址00：08：E1：00：00：00和IP地址192.168.2.110显示正常。接下来咱们采用ping命令测试网络连接：

 

　　上图显示网络链接正常，说明咱们的LwIP在无操做系统状况下移植正常。

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