LwIP應用開發筆記之一：LwIP無操做系統基本移植

　　如今，TCP/IP協議的應用無處不在。隨着物聯網的火爆，嵌入式領域使用TCP/IP協議進行通信也愈來愈普遍。在咱們的相關產品中，也都有應用，因此咱們結合應用實際對相關應用做相應的總結。

1、技術準備

　　咱們採用的開發平臺是STM32F407和LwIP協議棧。在開始以前，咱們須要作必要的準備工做。

　　首先要得到LwIP的源碼，在網上有不少，不一樣版本及不一樣平臺的都有，不過咱們仍是建議直接從官方網站得到。其官方網站以下：

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

　　其次，須要硬件平臺，咱們採用了STM32F407ZG+DM9161的網絡接口方式，這並非必須的，其餘硬件平臺也是同樣的。

　　最後，由於咱們後面要在操做系統下移植，採用的操做系統是FreeRTOS，因此還需下載FreeRTOS的源碼。一樣簡易從官網下載：

　　https://www.freertos.org/index.html

2、LwIP簡要說明

　　LwIP是一款免費的TCP/IP協議棧，但它的功能趨勢十分完備。LwIP 具備三種應用編程接口 （API）：

• Raw API：爲原始的 LwIP API。它經過事件回調機制進行應用開發。該 API 提供了最好的性能和優化的代碼長度，但增長了應用開發的複雜性。
•  Netconn API：爲高層有序 API，須要實時操做系統 （RTOS）的支持 （提供進程間通信的方法）。 Netconn API 支持多線程工做。
• BSD Socket API：相似 Berkeley 的套接字 API （開發於 Netconn API 之上） 。

　　對於以上三種接口，前一種只須要裸機便可調用，後兩種須要操做系統才能調用。因此據此LwIP存在兩種移植方式：一是，只移植內核，此時應用程序的編寫只能基於RAW/Callback API進行。二是，移植內核和上層API，此時應用程序編寫可使用3種API，即：RAW/Callback API、Sequential API和Socket API。

3、LwIP的無操做系統基本移植

　　在移植以前，咱們須要對源碼有一些瞭解，以及清楚API如何使用，才能進行很好的移植。在源碼的文件中有兩個文本文件：rawapi.txt和sys_arch.txt。在rawapi.txt文件中，做者說明了怎樣使用協議棧的Raw/Callback API進行編程。而在sys_arch.txt文件中，說明了如何移植，規定了移植者須要實現的函數宏定義等。接下來咱們就據此來實現移植。

　　其實，進行無操做系統的移植，所須要作的工做並很少，一是須要定義幾個協議在所須要的頭文件。二是須要編寫網卡的驅動程序，而寫驅動程序是主要工做所在。

　　首先咱們說須要定義的頭文件。根據sys_arch.txt文件中的要求，咱們須要實現cc.h、lwipopts.h和perf.h三個頭文件，線描述以下：

• cc.h文件主要完成協議棧內部使用的數據類型的定義，以保證平臺無關性。
• lwipopts.h文件包含了用戶對協議棧內核參數進行的配置。
• perf.h文件是實現與系通通計和測量相關的功能。

　　其次要實現網卡的驅動，事實上咱們採用STM32F407自帶的網卡，以及ST的開發庫時，驅動大部分都寫好了，咱們只須要完成硬件IO部分的配置以及一些必要的參數配置就能夠了。

　　接下來就是實現幾個必要的函數，按照LwIP做者給出的模板，須要實現5個函數以下：

• low_level_init 調用以太網驅動函數，初始化 STM32F4xx 和 STM32F2x7xx 以太網外設
• low_level_output 調用以太網驅動函數以發送以太網包
• low_level_input 調用以太網驅動函數以接收以太網包
• ethernetif_init 初始化網絡接口結構 （netif）並調用low_level_init以初始化以太網外設
• ethernetif_input 調用low_level_input接收包，而後將其提供給LwIP棧

　　以上這些函數都實現後，咱們須要使協議運轉起來，因此咱們還須要作兩件事，一是對協議及網卡初始化；二是實現對數據的輪詢，固然也可以使用中斷方式，不過在這裏咱們使用查詢方式。

　　初始化部分，除了初始化默認網絡接口的參數外，須要註冊2個函數，一是初始化網絡接口函數ethernetif_init；一是數據包接收函數ethernet_input。實現以下：

 1 /* LwIP初始化配置 */
 2 void LWIP_Init_Configuration(void)
 3 {
 4   /* IP賦值 */
 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   /* 在無操做系統環境下初始化LwIP協議棧 */
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   /* 添加無操做系統的網絡接口參數 */
27   netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &ethernet_input);
28  
29   /* 註冊缺省的網絡接口 */
30   netif_set_default(&gnetif);
31  
32   if (netif_is_link_up(&gnetif))
33   {
34     /* 鏈接正常時，啓用網絡接口 */
35     netif_set_up(&gnetif);
36   }
37   else
38   {
39     /* 鏈接故障時，中止網絡接口 */
40     netif_set_down(&gnetif);
41   }
42  
43 }
44 初始化完成須要調用ethernetif_input接收數據才能實現通信，其實現很簡單。
45 /* 以太網輪循處理函數 */
46 void EthernetProcess(void)
47 {
48   ethernetif_input(&gnetif);
49  
50   /* 無操做系統超時檢測 */
51   sys_check_timeouts();
52  
53 }

　　這樣每次查詢都會檢查是否有數據收到，並經過ethernet_input函數發送到協議棧進行處理。其實，可能你們會發現還有一個sys_check_timeouts()函數，它是一個超時檢測函數，要求調用一個名爲sys_now()的函數來返回系統時鐘，而sys_now()函數是咱們須要實現的，各個系統複雜程度不一樣，在這裏咱們使用了STM32的HAL庫，因此實現就很簡單了。

4、結論

　　前面已經完成了無操做系統LwIP的移植，那怎麼知道咱們的移植是否成功呢？接下來咱們對它進行必要的驗證。

　　首先咱們查看目標板在網絡上的配置是否正確。咱們打開命令行窗口，運行ipconfig命令，查看MAC地址和IP地址配置：

 

　　咱們配置的MAC地址00：08：E1：00：00：00和IP地址192.168.2.110顯示正常。接下來咱們採用ping命令測試網絡連接：

 

　　上圖顯示網絡鏈接正常，說明咱們的LwIP在無操做系統狀況下移植正常。

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