STM32+LWIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧移植(網(wǎng)卡采用DM9000)

?

一、環(huán)境介紹

MCU: STM32F103ZET6

代碼開發(fā)工具: Keil5

TCP/IP協(xié)議棧: LWIP

網(wǎng)卡: DM9000

本篇文章主要講解如何在STM32F103工程里添加移植LWIP協(xié)議，最終完成TCP服務(wù)器、TCP客戶端的通信測(cè)試。 網(wǎng)卡采用的是DM9000，工程代碼中，采用STM32的FSMC接口來驅(qū)動(dòng)DM900網(wǎng)卡，DM9000是并口網(wǎng)卡，引腳多，但是速度快，也可以采用其他網(wǎng)卡，SPI協(xié)議的、UART協(xié)議的等。 比如：ENC28J60。 因?yàn)橹饕侵vLWIP協(xié)議棧的移植，所以網(wǎng)卡相關(guān)的代碼就沒有細(xì)說(需要準(zhǔn)備一個(gè)網(wǎng)卡可以正常通信的工程，再移植)。

下面進(jìn)行工程的移植代碼比較多，需要下載對(duì)應(yīng)版本的LWIP源碼，STM32本身的DM9000網(wǎng)卡代碼也比較多，文章里會(huì)講解移植的詳細(xì)的過程，代碼貼出了核心部分。

為了方便大家下載體驗(yàn)，下面給了個(gè)下載鏈接，里面包含了本次文章移植的工程、LWIP源碼，移植文檔等，方便直接體驗(yàn)。地址在這里：https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19907087

資料包里的內(nèi)容如下:

?

?

?

二、D9000網(wǎng)卡

2.1 DM9000簡(jiǎn)介

DM9000 是一款完全集成的、性價(jià)比高、引腳數(shù)少、帶有通用處理器接口的單芯片快速以太網(wǎng)控制器。 自帶一個(gè) 10/100M PHY 和 4K 雙字的 SRAM ，DM9000A 為適應(yīng)各種處理器提供了8位、16 位數(shù)據(jù)接口訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，DM9000擁有自動(dòng)協(xié)商功能，DM9000特性如下：

1、集成自適應(yīng)10/100M收發(fā)器。

2、內(nèi)置16k字節(jié)的SRAM。

3、支持硬件幀校驗(yàn)。

4、兼容3.3V和5.0V輸入輸出電壓。

DM9000 有多種型號(hào)，有 100 引腳和 48 引腳的， 開發(fā)板選擇的是 48 引腳的 DM9000，型號(hào)為 DM9000CEP。

2.2 DM9000 中斷引腳電平設(shè)置

DM9000的34(INT)引腳為中斷輸出引腳，默認(rèn)情況下該引腳高電平有效?？梢酝ㄟ^設(shè)置DM9000 的 20(EECK)引腳來改變 INT 的有效電平，當(dāng) EECK 拉高以后， INT 低電平有效，否則的話 INT 是高電平有效的。開發(fā)板上 R66 電阻為 EECK 的上拉電阻，因此開發(fā)板上 DM9000 的 INT 引腳是低電平有效的。

?

2.3 DM9000 數(shù)據(jù)位寬設(shè)置

前面我們提了一下 DM9000 支持 8 位和 16 位兩種數(shù)據(jù)位寬，可以通過 DM9000 的 21(EECS)引腳設(shè)置其數(shù)據(jù)位寬，當(dāng) EECS 上拉的時(shí)候 DM9000 選擇 8 位數(shù)據(jù)位寬，否則的話選擇 16 位數(shù)據(jù)位寬。開發(fā)板上的 R65 電阻為 EECS 的上拉電阻，但是此電阻并未焊接！ DM9000 芯片的數(shù)據(jù)位寬為 16 位。

?

2.4 DM9000寄存器表

2.5 DM9000常用寄存器介紹

NCR、 NSR、 TCR、 RCR、 FCTR、 BPTR、 TCR2、 ISR、 IMR。

NCR(網(wǎng)絡(luò)控制寄存器)寄存器

FCOL：強(qiáng)制沖突模式，用于檢測(cè)。

FDX：內(nèi)部 PHY 全雙工模式。

LBK：回環(huán)模式(LoopBack)

00 正常；

01 MAC 內(nèi)部回環(huán)；

10 內(nèi)部 PHY100M 模式數(shù)字回環(huán)；

11 保留；

RST：置 1 軟件復(fù)位， 10us 后自動(dòng)清零。

NSR 寄存器(網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)寄存器)

SPEED：網(wǎng)絡(luò)速度，在使用內(nèi)部 PHY 情況下，0 表示 100Mbps，1 表示 100Mbps，當(dāng) LINKST=0時(shí)，此位無意義。

LINKST：連接狀態(tài)， 0 為連接失敗， 1 位已連接。

TX2END： TX(發(fā)送)數(shù)據(jù)包 2 完成標(biāo)志，讀取或?qū)?1 將清零該位。

TX1END： TX(發(fā)送)數(shù)據(jù)包 1 完成標(biāo)志，讀取或?qū)?1 將清零該位。

RXOV： RX(接收)FIFO 溢出標(biāo)志。

TCR 寄存器(發(fā)送控制寄存器)

TJDIS： Jabber 傳輸禁止。

1，禁止 Jabber 傳輸定時(shí)器(2048 字節(jié))。

0，使能。

EXCECM：嚴(yán)重沖突模式控制

0，當(dāng)沖突計(jì)數(shù)多于 15 則終止本次數(shù)據(jù)包。

1，始終嘗試發(fā)送本次數(shù)據(jù)包。

PAD_DIS2：禁止為數(shù)據(jù)包 II 添加填充。

CRC_DIS2：禁止為數(shù)據(jù)包 II 添加 CRC 校驗(yàn)。

PAD_DIS1：禁止為數(shù)據(jù)包 I 添加填充。

CRC_DIS1：禁止為數(shù)據(jù)包 I 添加 CRC 校驗(yàn)。

TXREQ： TX(發(fā)送)請(qǐng)求，發(fā)送完成后自動(dòng)清零該位

RCR 寄存器(發(fā)送控制寄存器)

WTDIS：看門狗定時(shí)器(2048 字節(jié))禁止。

1，進(jìn)制

0，使能

DIS_LONG：丟棄長數(shù)據(jù)包， 1，丟棄數(shù)據(jù)包長度超過 1522 字節(jié)的數(shù)據(jù)包。

DIS_CRC：丟棄 CRC 校驗(yàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包。

ALL：允許廣播。

RUNT：允許小于最小長度的數(shù)據(jù)包。

PRMSC：各種模式。

RXEN：接收使能。

FCTR 寄存器(流控制閾值寄存器)

HWOT：RX FIFO 緩存高位溢出門限

當(dāng) RX SRAM 空閑空間小于該門限值時(shí)則發(fā)送一個(gè)暫停時(shí)間為 FFFFH 的暫停包，若該值為 0，則無接收控件。 1=1k 字節(jié)，默認(rèn)值為 3H，即 3K 字節(jié)空閑空間，不要超過 S RAM 大小。

LWOT：RX FIFO 緩存低位溢出門限當(dāng) RX SRAM 空閑空間大于該門限值時(shí)則發(fā)送一個(gè)暫停時(shí)間為 0000H 的暫停包。

當(dāng)溢出門限最高值的暫停包發(fā)送之后，溢出門限最低值的暫停包才有效，默認(rèn)值為 8K，不要超過 SRAM 大小。

BPTR 寄存器(背壓閾值寄存器)

BPHW：背壓閾值最高值當(dāng)接收 SRAM 空閑空間低于該閾值，則 MAC 將產(chǎn)生一個(gè)擁擠狀態(tài)， 1=1k 字節(jié)。默認(rèn)值為 3H，即 3K 字節(jié)空閑空間，不要超過 SRAM 大小。

JPT：擁擠狀態(tài)時(shí)間，模式為 200us， JPT 值與其對(duì)應(yīng)的擁擠狀態(tài)時(shí)間表

TCR2 寄存器(發(fā)送控制寄存器 2)

LED： LED 模式

1，設(shè)置 LED 引腳為模式 1

0，設(shè)置 LED 引腳為模式 0 或根據(jù) EEPROM 的設(shè)定。

RLCP：重試沖突延時(shí)數(shù)據(jù)包， 1 重新發(fā)送有沖突延遲的數(shù)據(jù)包。

DTU： 1 禁止重新發(fā)送“underruned”數(shù)據(jù)包。

ONEPM：?jiǎn)伟Ｊ健?/span>

1，發(fā)送完成前發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的命令能被執(zhí)行。

0，發(fā)送完成前發(fā)送最多兩個(gè)數(shù)據(jù)包的命令能被執(zhí)行。

IFGS：幀間間隔設(shè)置。

0XXX 為 96bit， 1000 為 64bit， 1001 為 72bit

1010 為 80bit， 1011 為 88bit， 1100 為 96bit

1101 為 104bit， 1110 位 112bit， 1111 為 120bit

ISR 寄存器(中斷狀態(tài)寄存器)

IOMODE： 0,16 位模式； 1,8 位模式。

LNKCHG：連接狀態(tài)改變。

UDRUN：發(fā)送“Underrun”

ROO：接收溢出計(jì)數(shù)器溢出

ROS：接收溢出。

PT：數(shù)據(jù)包發(fā)送。

PR：數(shù)據(jù)包接收。

IMR 寄存器(中斷狀態(tài)寄存器)

PAR：使能 SRAM 的讀/寫指針在指針地址超過 SRAM 的大小時(shí)自動(dòng)跳回起始位置。需要驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置該位，若設(shè)置該位， REG_F5 將自動(dòng)置為 0XH。

LNKCHGI：使能連接狀態(tài)改變中斷。

UDRUNI：使能發(fā)送“Underrun”中斷。

ROOI：使能接收溢出計(jì)數(shù)器溢出中斷。

ROI：使能接收溢出中斷。

PTI：使能數(shù)據(jù)包發(fā)送中斷。

PRI：使能數(shù)據(jù)包接收中斷。

2.6 DM9000 直接內(nèi)存訪問控制(DMAC)

DM9000 直接內(nèi)存訪問控制(DMAC)

DM9000 支持 DMA 方式簡(jiǎn)化對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器的訪問。在我們編程寫好內(nèi)部存儲(chǔ)器地址后，就可以用一個(gè)讀/寫命令偽指令把當(dāng)前數(shù)據(jù)加載到內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，這樣，內(nèi)部存儲(chǔ)器指定位置就可以被讀/寫命令寄存器訪問。存儲(chǔ)器地址將會(huì)自動(dòng)增加，增加的大小與當(dāng)前總線操作模式相同（比如:8-bit、 16-bit 或 32-bit），接著下一個(gè)地址數(shù)據(jù)將會(huì)自動(dòng)加載到內(nèi)部數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。要注意的是在連續(xù)突發(fā)式第一次訪問的數(shù)據(jù)應(yīng)該被忽略，因?yàn)?，這個(gè)數(shù)據(jù)是最后一次讀寫命令的內(nèi)容。內(nèi)部存儲(chǔ)器空間大小 16K 字節(jié)。前 3K 字節(jié)單元用作發(fā)送包的緩沖區(qū)，其他 13K 字節(jié)用作接收包的緩沖區(qū)。所以在寫存儲(chǔ)器操作時(shí)，如果地址越界（即超出 3K 空間），在 IMR 寄存器 bit7 置位的情況下，地址指針將會(huì)返回到存儲(chǔ)器 0 地址處。同樣，在讀存儲(chǔ)器操作時(shí)，如果地址越界（即超出 16K 空間），在 IMR 寄存器 bit7 置位的情況下，地址指針將會(huì)返回到存儲(chǔ)器 0x0C00 地址處。

DM9000 數(shù)據(jù)包發(fā)送

DM9000 有兩個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)包： index1 和 index2，同時(shí)存儲(chǔ)在 TX SRAM 中。發(fā)送控制寄存器(02h)控制循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)和填充(pads)的插入，其狀態(tài)分別記錄在發(fā)送狀態(tài)寄存器I(03H)和發(fā)送狀態(tài)寄存器 II(04H)中。發(fā)送器的起始地址為 0x00H，在軟件或硬件復(fù)位后，默認(rèn)的數(shù)據(jù)發(fā)送包為 index1。首先，使用 DMA 端口將數(shù)據(jù)寫 TX SRAM 中，然后，在發(fā)送數(shù)據(jù)包長度寄存器中把數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)寫入字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器。置位發(fā)送控制寄存器的 bit0 位，則 DM9000 開始發(fā)送 index1 數(shù)據(jù)包。在 index1數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束之前，數(shù)據(jù)發(fā)送包 index2 被移入 TX SRAM 中。在 index1 數(shù)據(jù)包發(fā)送結(jié)束后，將 index2 數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)寫入字節(jié)計(jì)數(shù)寄存器中，然后，置位發(fā)送控制寄存器的 bit0 位，則 index2數(shù)據(jù)包開始發(fā)送。以此類推，后面的數(shù)據(jù)包都以此方式進(jìn)行發(fā)送。

DM9000 數(shù)據(jù)包接收

RX SRAM 是一個(gè)環(huán)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在軟件或硬件復(fù)位后， RX SRAM 的起始地址為 0X0C00。每個(gè)接收數(shù)據(jù)包都包含有 CRC 校驗(yàn)域，數(shù)據(jù)域，以及緊跟其后的 4 字節(jié)包頭域。 4 字節(jié)包頭格式為： 01h、狀態(tài)、 BYTE_COUNT 低、 BYTE_COUNT 高。請(qǐng)注意：每個(gè)接收包的起始地址處在適當(dāng)?shù)牡刂愤吔?，這取決于當(dāng)前總線操作模式（8bit 或者 16bit）

2.7 DM9000原理圖介紹

?

各信號(hào)線描述如下：

PWRST： DM9000 復(fù)位信號(hào)。

CS： DM9000 的片選信號(hào)。

WR(IOW)： 處理器寫命令。

RD(IOR)： 處理器讀命令。

CMD： 命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志， 0，讀寫命令； 1，讀寫數(shù)據(jù)。

SD0~SD15： 16 位雙向數(shù)據(jù)線。

信號(hào)線對(duì)應(yīng)的GPIO口對(duì)應(yīng)關(guān)系

FSMC接口框圖

?

DM9000網(wǎng)卡接在FSMC的第2塊上，數(shù)據(jù)線地址: 0x64000000

PA7地址線作為命令與數(shù)據(jù)線切換引腳。

外接16位寬度存儲(chǔ)器：HADDR[25:1] ? FSMC_A[24:0]

外接8位寬度存儲(chǔ)器： HADDR[25:0] ? FSMC_A[25:0]

2.8 DM9000時(shí)序圖介紹

IOR和IOW是DM9000的讀寫選擇引腳，低電平有效，即低電平時(shí)進(jìn)行讀（IOR）寫（IOW）操作；AEN是芯片選通引腳，低電平有效，該引腳為低時(shí)才能進(jìn)行讀寫操作；CMD的命令/數(shù)據(jù)切換引腳，低電平時(shí)讀寫命令操作，高電平時(shí)讀寫數(shù)據(jù)操作。

讀時(shí)序:

?

寫時(shí)序:

?

三、LWIP(TCP/IP)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧介紹

根據(jù)以太網(wǎng)幀頭攜帶的上層協(xié)議類型值傳遞數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)幀格式定義：

目的MAC地址 源MAC地址 類型/長度 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)

6字節(jié) 6字節(jié) 2字節(jié) 46-1500字節(jié) 4字節(jié)

ip:0x0800

ARP:0x0806

最大幀長1518字節(jié) 最小字節(jié)64字節(jié)

3.1 LWIP介紹

lwip是瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)小組(SICS)的Adam Dunkels(亞當(dāng)·鄧克爾) 開發(fā)的一個(gè)小型開源的TCP/IP協(xié)議棧。實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對(duì)RAM 的占用。

LwIP是Light Weight (輕型)IP協(xié)議，有無操作系統(tǒng)的支持都可以運(yùn)行。LwIP實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對(duì)RAM 的占用，它只需十幾KB的RAM和40K左右的ROM就可以運(yùn)行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端的嵌入式系統(tǒng)中使用。lwip提供三種API：1)RAW API 2)(NETCONN)lwip API 3)BSD API。

RAW 編程接口使得程序效率高，但是需要對(duì) LWIP 有深入的了解，而且不適合大數(shù)據(jù)量等場(chǎng)合。 NETCONN 編程接口，使用 NETCONN API 時(shí)需要有操作系統(tǒng)的支持。

RAW API把協(xié)議棧和應(yīng)用程序放到一個(gè)進(jìn)程里邊，該接口基于函數(shù)回調(diào)技術(shù)，使用該接口的應(yīng)用程序可以不用進(jìn)行連續(xù)操作。不過，這會(huì)使應(yīng)用程序編寫難度加大且代 碼不易被理解。為了接收數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序會(huì)向協(xié)議棧注冊(cè)一個(gè)回調(diào)函數(shù)。該回調(diào)函數(shù)與特定的連接相關(guān)聯(lián)，當(dāng)該關(guān)聯(lián)的連接到達(dá)一個(gè)信息包，該回調(diào)函數(shù)就會(huì)被協(xié)議 棧調(diào)用。這既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是既然應(yīng)用程序和TCP/IP協(xié)議棧駐留在同一個(gè)進(jìn)程中，那么發(fā)送和接收數(shù)據(jù)就不再產(chǎn)生進(jìn)程切換。主要缺點(diǎn)是應(yīng)用程序不 能使自己陷入長期的連續(xù)運(yùn)算中，這樣會(huì)導(dǎo)致通訊性能下降，原因是TCP/IP處理與連續(xù)運(yùn)算是不能并行發(fā)生的。這個(gè)缺點(diǎn)可以通過把應(yīng)用程序分為兩部分來克 服，一部分處理通訊，一部分處理運(yùn)算。

lwip API把接收與處理放在一個(gè)線程里面。這樣只要處理流程稍微被延遲，接收就會(huì)被阻塞，直接造成頻繁丟包、響應(yīng)不及時(shí)等嚴(yán)重問題。因此，接收與協(xié)議處理必須 分開。LwIP的作者顯然已經(jīng)考慮到了這一點(diǎn)，他為我們提供了 tcpip_input() 函數(shù)來處理這個(gè)問題， 雖然他并沒有在 rawapi 一文中說明。 講到這里，讀者應(yīng)該知道tcpip_input()函數(shù)投遞的消息從哪里來的答案了吧，沒錯(cuò)，它們來自于由底層網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)組成的接收線程。我們?cè)诰帉懢W(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)時(shí)， 其接收部分以任務(wù)的形式創(chuàng)建。 數(shù)據(jù)包到達(dá)后， 去掉以太網(wǎng)包頭得到IP包， 然后直接調(diào)用tcpip_input()函數(shù)將其 投遞到mbox郵箱。投遞結(jié)束，接收任務(wù)繼續(xù)下一個(gè)數(shù)據(jù)包的接收，而被投遞得IP包將由TCPIP線程繼續(xù)處理。這樣，即使某個(gè)IP包的處理時(shí)間過長也不 會(huì)造成頻繁丟包現(xiàn)象的發(fā)生。這就是lwip API。

BSD API提供了基于open-read-write-close模型的UNIX標(biāo)準(zhǔn)API，它的最大特點(diǎn)是使應(yīng)用程序移植到其它系統(tǒng)時(shí)比較容易，但用在嵌入式系統(tǒng)中效率比較低，占用資源多。這對(duì)于我們的嵌入式應(yīng)用有時(shí)是不能容忍的

lwIP協(xié)議棧主要關(guān)注的是怎么樣減少內(nèi)存的使用和代碼的大小，這樣就可以讓lwIP適用于資源有限的小型平臺(tái)例如嵌入式系統(tǒng)。為了簡(jiǎn)化處理過程和內(nèi)存要求，lwIP對(duì)API進(jìn)行了裁減，可以不需要復(fù)制一些數(shù)據(jù)。

其主要特性如下：

(1)支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)；

(2)支持ICMP協(xié)議；

(3)包括實(shí)驗(yàn)性擴(kuò)展的UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)；

(4)包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP(傳輸控制協(xié)議)；

(5)提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口(Raw API)，用于提高應(yīng)用程序性能；

(6)可選擇的Berkeley接口API (在多線程情況下使用) 。

(7)在最新的版本中支持ppp

(8) 新版本中增加了的IP fragment(IP分片)的支持.

(9) 支持DHCP協(xié)議,動(dòng)態(tài)分配ip地址.

3.2 幾種開源TCPIP協(xié)議概述

1、BSD TCP/IP協(xié)議棧

BSD棧歷史上是商業(yè)棧的起點(diǎn)，大多數(shù)專業(yè)TCP/IP棧（VxWorks內(nèi)嵌的TCP/IP棧）是BSD棧派生的。這是因?yàn)锽SD棧在BSD許可協(xié)議下提供了這些專業(yè)棧的雛形，BSD許用證允許BSD棧以修改或未修改的形式結(jié)合這些專業(yè)棧的代碼而無須向創(chuàng)建者付版稅。同時(shí)，BSD也是許多TCP/IP協(xié)議中的創(chuàng)新（如廣域網(wǎng)中餓擁塞控制和避免）的點(diǎn)。

2、uC/IP

uC/IP是由Guy Lancaster編寫的一套基于uC/OS且開放源碼的TCP/IP協(xié)議棧，亦可移植到操作系統(tǒng)，是一套完全免費(fèi)的、可供研究的TCP/IP協(xié)議棧，uC/IP大部分源碼是從公開源碼BSD發(fā)布站點(diǎn)和KA9Q（一個(gè)基于DOS單任務(wù)環(huán)境運(yùn)行的TCP/IP協(xié)議棧）移植過來。uC/IP具有如下一些特點(diǎn)：帶身份驗(yàn)證和報(bào)頭壓縮支持的PPP協(xié)議，優(yōu)化的單一請(qǐng)求/回復(fù)交互過程，支持IP/TCP/UDP協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能較為強(qiáng)大，并可裁減。UCIP協(xié)議棧被為一個(gè)帶最小化用戶接口及可應(yīng)用串行鏈路網(wǎng)絡(luò)模塊。根據(jù)采用CPU、編譯器和系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)協(xié)議的多少，協(xié)議棧需要的代碼容量空間在30-60KB之間。http://ucip.sourceforge.net

3、LwIP

LwIP是瑞士計(jì)算機(jī)科學(xué)院（Swedish Institute of Computer Science）的Adam Dunkels等開發(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開放源代碼TCP/IP協(xié)議棧。LwIP的含義是Light Weight(輕型)IP協(xié)議，相對(duì)于uip。LwIP可以移植到操作系統(tǒng)上，也可以在無操作系統(tǒng)的情況下獨(dú)立運(yùn)行。LwIP TCP/IP實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對(duì)RAM的占用，一般它只需要幾十K的RAM和40K左右的ROM就可以運(yùn)行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端嵌入式系統(tǒng)中使用。LwIP的特性如下：支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)，支持ICMP協(xié)議 ，包括實(shí)驗(yàn)性擴(kuò)展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議），包括阻塞控制，RTT估算和快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議），提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口（Raw API）用于提高應(yīng)用程序性能，并提供了可選擇的Berkeley接口API。Svensk forskning f?r h?llbar tillv?xt| RISE或lwIP - A Lightweight TCP/IP stack - Summary [Savannah]

4、uIP

uIP是專門為8位和16位控制器設(shè)計(jì)的一個(gè)非常小的TCP/IP棧。完全用C編寫，因此可移植到各種不同的結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)上，一個(gè)編譯過的?？梢栽趲譑B ROM或幾百字節(jié)RAM中運(yùn)行。uIP中還包括一個(gè)HTTP服務(wù)器作為服務(wù)內(nèi)容。許可：BSD許用證Svensk forskning f?r h?llbar tillv?xt| RISE

uIP是一個(gè)完全由C語言編寫的開源軟件, 它的文檔和源代碼可用于商業(yè)和非商業(yè)用途, 它已經(jīng)移植到了大部分的8位微控制器, 而且已在很多的嵌入式產(chǎn)品和項(xiàng)目中使用.

5、TinyTcp

TinyTcp 棧是TCP/IP的一個(gè)非常小和簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)，它包括一個(gè)FTP客戶。TinyTcp是為了燒入ROM設(shè)計(jì)的并且現(xiàn)在開始對(duì)大端結(jié)構(gòu)似乎是有用的（初始目標(biāo)是68000芯片）。TinyTcp也包括一個(gè)簡(jiǎn)單的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)器用于3COM多總線卡http://ftp.ecs.soton.ac.uk/pub/elks/utils/tiny-tcp.txt

選擇一個(gè)開源協(xié)議?？梢詮乃膫€(gè)方面來考慮：

是否提供易用的底層硬件API，即與硬件平臺(tái)的無關(guān)性；

協(xié)議棧需要調(diào)用的系統(tǒng)函數(shù)接口是否容易構(gòu)造，另一個(gè)對(duì)于應(yīng)用支持程度。

最關(guān)鍵的是占用的系統(tǒng)資源是否在可接受范圍內(nèi)，有裁減優(yōu)化的空間否？ 其中，

BSD ?？赏暾麑?shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，但代碼龐大，70KB-150KB之間，裁減優(yōu)化有難度，

uIP和TinyTcp代碼容量小巧，實(shí)現(xiàn)功能精簡(jiǎn)，限制了在一些較高要求場(chǎng)合下的應(yīng)用，如可靠性與大容量數(shù)據(jù)傳輸。

LwIP和uC/IP是同量級(jí)別的兩個(gè)開源協(xié)議棧，兩者代碼容量和實(shí)現(xiàn)功能相似，LwIP沒有操作系統(tǒng)針對(duì)性，它將協(xié)議棧與平臺(tái)相關(guān)的代碼抽象出來，用戶如果要移植到自己的系統(tǒng)，需要完成該部分代碼的封裝，并為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支持提供了API接口的可選性。

uC/IP協(xié)議最初是針對(duì)uC/OS設(shè)計(jì)，為方便用戶移植實(shí)現(xiàn)，同樣也抽象了協(xié)議棧與平臺(tái)相關(guān)代碼，但是協(xié)議棧所需調(diào)用的系統(tǒng)函數(shù)大多參照uC/OS內(nèi)核函數(shù)原型設(shè)計(jì)，并提供了協(xié)議棧的函數(shù)，方便用戶參考，其不足在于該協(xié)議棧對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支持不足。

根據(jù)以上分析，從應(yīng)用和開發(fā)的角度看，似乎LWIP更得到了網(wǎng)上很多朋友使用的青睞；uC/IP在文檔支持與軟件升級(jí)管理上有很多不足，但是它最初是針對(duì)UC/OS而設(shè)計(jì)，如果選用UC/OS作為軟件基礎(chǔ)的話，在系統(tǒng)函數(shù)構(gòu)造方面有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然你選擇其他操作系統(tǒng)的話，可參照OS_NULL文件夾下的文件修改。 以上的這些開源協(xié)議棧也并非免費(fèi)，拿來就可以用，據(jù)我所知，UC/OS的母公司推出UC/OS-TCP/IP花了6人*2年的工作量，國內(nèi)某公司使用LWIP作為移植的參照，花了4-5人*2年的工作量來測(cè)試與優(yōu)化協(xié)議，使用商用TCP/IP棧的高費(fèi)用就不足為奇了。 作為廣大的愛好者學(xué)習(xí)而言，如果只是跑跑原型，實(shí)驗(yàn)一下效果，以上的幾種開源協(xié)議棧都提供了測(cè)試的例子，應(yīng)該是不錯(cuò)的選擇。

終上所述：LWIP可優(yōu)先考慮，參考的資料較多

四、LWIP協(xié)議棧移植

4.1 LWIP源碼下載

源碼下載地址: http://ftp.yzu.edu.tw/nongnu/lwip/

?

下載LWIP1.4.1版本、并下載contrib-1.4.1版本。

?

4.2 將LWIP源碼加入到工程目錄

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

4.3 配置lwipopts.h文件

?

?

?

?

4.4 修改ethernetif.c文件

ethernetif.c文件默認(rèn)是不編譯的，該文件是網(wǎng)卡底層接口的模板文件，需要根據(jù)修改網(wǎng)卡發(fā)送接口和接收接口。

?

?

?

?

4.5 修改sys_arch.c文件

修改sys_arch.c只是留下sys_now()函數(shù)，其他代碼全部刪除掉。刪除windows.h頭文件。

sys_now()函數(shù)用于返回一個(gè)32位的系統(tǒng)時(shí)鐘，單位是ms。沒有操作系統(tǒng)的情況下，使用定時(shí)器提供時(shí)間即可。

?

4.6 新建lwip_config.c文件

在LWIP/app目錄下新建一個(gè)lwip_config.c/lwip_config.h文件。用于編寫動(dòng)態(tài)IP地址分配處理代碼，和LWIP事物輪詢、初始化代碼。

編寫一個(gè)LWIP初始化配置函數(shù)，向LWIP協(xié)議棧添加一個(gè)新的網(wǎng)卡設(shè)備

/*
函數(shù)功能: LWIP協(xié)議棧初始化
*/
void lwip_config_init(void)
{
	ip_addr_t ipaddr;   //IP地址
	ip_addr_t netmask;  //子網(wǎng)掩碼
	ip_addr_t gw;       //網(wǎng)關(guān)
	
	//全部初始化為0  -因?yàn)槭褂昧藙?dòng)態(tài)IP地址分配
	ipaddr.addr=0;
	netmask.addr=0;
	gw.addr=0;
	
	/*1. 初始化LWIP內(nèi)核*/
	lwip_init();
	/*2. 向網(wǎng)卡列表中添加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備*/
	netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,eernetif_init,eernet_input);
	/*3. 開啟DHCP服務(wù) */
	dhcp_start(&lwip_netif);
	/*4. 設(shè)置netif為默認(rèn)網(wǎng)口*/
	netif_set_default(&lwip_netif);
	/*5. 打開netif網(wǎng)口*/
	netif_set_up(&lwip_netif);	
}

編寫LWIP事物輪詢函數(shù)與DHCP處理函數(shù)

u32 TCPTimer=0;				//TCP查詢計(jì)時(shí)器
u32 ARPTimer=0;				//ARP查詢計(jì)時(shí)器
u32 DHCPfineTimer=0;	 	//DHCP精細(xì)處理計(jì)時(shí)器
u32 DHCPcoarseTimer=0; 		//DHCP粗糙處理計(jì)時(shí)器
u32 DHCP_State=1;          //保存DHCP狀態(tài) 1表示沒有分配成功 0表示分配成功

/*
函數(shù)功能:  LWIP輪詢?nèi)蝿?wù)
*/
void lwip_periodic_handle()
{
	//每250ms調(diào)用一次tcp_tmr()函數(shù)
	if(TCPTimer >= TCP_TMR_INTERVAL)
	{
		TCPTimer=0;
		tcp_tmr();  //處理TCP協(xié)議請(qǐng)求
	}
	
	//ARP每5s周期性調(diào)用一次
	if(ARPTimer >= ARP_TMR_INTERVAL)
	{
		ARPTimer=0;
		etharp_tmr();
	}
	//每500ms調(diào)用一次dhcp_fine_tmr()
	if(DHCPfineTimer >= DHCP_FINE_TIMER_MSECS)
	{
		DHCPfineTimer=0;
		dhcp_fine_tmr(); //動(dòng)態(tài)IP地址分配的事物處理
		if(DHCP_State)lwip_dhcp_process_handle();  //DHCP處理
	}

	//每60s執(zhí)行一次DHCP粗糙處理
	if(DHCPcoarseTimer >= DHCP_COARSE_TIMER_MSECS)
	{
		DHCPcoarseTimer=0;
		dhcp_coarse_tmr();
	}  
}

//lwip控制結(jié)構(gòu)體
typedef struct  
{
	u8 remoteip[4];	//服務(wù)器主機(jī)IP地址 
	u8 ip[4];        //本機(jī)IP地址
	u8 netmask[4]; 	//子網(wǎng)掩碼
	u8 gateway[4]; 	//默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的IP地址
}__lwip_dev;

extern __lwip_dev lwipdev;	//lwip信息結(jié)構(gòu)體

__lwip_dev lwipdev;	//lwip信息結(jié)構(gòu)體


/*
函數(shù)功能: DHCP處理任務(wù)
*/
void lwip_dhcp_process_handle(void)
{
	u32 ip=0,netmask=0,gw=0;
	ip=lwip_netif.ip_addr.addr;			//讀取新IP地址
	netmask=lwip_netif.netmask.addr;   //讀取子網(wǎng)掩碼
	gw=lwip_netif.gw.addr;           //讀取默認(rèn)網(wǎng)關(guān)
	
	if(ip!=0)			//正確獲取到IP地址的時(shí)候
	{
		DHCP_State=0; //表示分配成功
	  //解析出通過DHCP獲取到的IP地址
		lwipdev.ip[3]=(uint8_t)(ip>>24); 
		lwipdev.ip[2]=(uint8_t)(ip>>16);
		lwipdev.ip[1]=(uint8_t)(ip>>8);
		lwipdev.ip[0]=(uint8_t)(ip);
		printf("動(dòng)態(tài)分配
IP:..............%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.ip[0],lwipdev.ip[1],lwipdev.ip[2],lwipdev.ip[3]);
		//解析通過DHCP獲取到的子網(wǎng)掩碼地址
		lwipdev.netmask[3]=(uint8_t)(netmask>>24);
		lwipdev.netmask[2]=(uint8_t)(netmask>>16);
		lwipdev.netmask[1]=(uint8_t)(netmask>>8);
		lwipdev.netmask[0]=(uint8_t)(netmask);
		printf("子網(wǎng)掩
碼............%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.netmask[0],lwipdev.netmask[1],lwipdev.netmask[2],lwipdev.netmask[3]);
		//解析出通過DHCP獲取到的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)
		lwipdev.gateway[3]=(uint8_t)(gw>>24);
		lwipdev.gateway[2]=(uint8_t)(gw>>16);
		lwipdev.gateway[1]=(uint8_t)(gw>>8);
		lwipdev.gateway[0]=(uint8_t)(gw);
		printf("網(wǎng)
關(guān).........%d.%d.%d.%d\r\n",lwipdev.gateway[0],lwipdev.gateway[1],lwipdev.gateway[2],lwipdev.gateway[3]);
	}
}

4.7 配置一個(gè)定時(shí)器提供時(shí)間基準(zhǔn)

?

4.8 初始化lwip動(dòng)態(tài)獲取IP地址

?

4.9 LWIP內(nèi)存配置選擇

LWIP可以選擇使用系統(tǒng)庫自帶的函數(shù)malloc/free進(jìn)行管理空間，也可以使用lwip自己的內(nèi)存管理函數(shù)進(jìn)行管理，源碼默認(rèn)就是使用lwip自己的內(nèi)存管理方法，就是在初始化內(nèi)存的時(shí)候定義一個(gè)數(shù)組，數(shù)組的大小在lwipopts.h文件MEM_SIZE宏定義的。

?

?

?

?

五、LWIP函數(shù)使用(RAW編程接口)

5.1 LWIP初始化配置

?

ip_addr_t ipaddr;   //IP地址
ip_addr_t netmask;  //子網(wǎng)掩碼
ip_addr_t gw;       //網(wǎng)關(guān)

//全部初始化為0  -因?yàn)槭褂昧藙?dòng)態(tài)IP地址分配
ipaddr.addr=0;
netmask.addr=0;
gw.addr=0;

/*1. 初始化LWIP內(nèi)核*/
lwip_init();
/*2. 向網(wǎng)卡列表中添加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備*/
netif_add(&lwip_netif,&ipaddr,&netmask,&gw,NULL,eernetif_init,eernet_input);
/*3. 開啟DHCP服務(wù) */
dhcp_start(&lwip_netif);
/*4. 設(shè)置netif為默認(rèn)網(wǎng)口*/
netif_set_default(&lwip_netif);
/*5. 打開netif網(wǎng)口*/
netif_set_up(&lwip_netif);	

5.2 LWIP輪詢函數(shù)處理

LWIP輪詢期間：

1. 推薦每250ms周期性調(diào)用一次tcp_tmr()函數(shù)，處理TCP協(xié)議請(qǐng)求。

超時(shí)時(shí)間LWIP使用TCP_TMR_INTERVAL宏進(jìn)行了定義。

2. 推薦每5s周期性調(diào)用一次etharp_tmr()函數(shù)，清除ARP表中過期的數(shù)據(jù)。

超時(shí)時(shí)間LWIP使用ARP_TMR_INTERVAL宏進(jìn)行了定義。

3. (如果開啟了動(dòng)態(tài)IP分配功能)推薦每500ms周期性調(diào)用一次dhcp_fine_tmr()函數(shù)，處理DHCP動(dòng)態(tài)IP地址分配請(qǐng)求。 如果IP地址獲取成功，將會(huì)放在初始化時(shí)注冊(cè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)構(gòu)體里(struct netif)。

超時(shí)時(shí)間LWIP使用DHCP_FINE_TIMER_MSECS宏進(jìn)行了定義。

4. (如果開啟了動(dòng)態(tài)IP分配功能)推薦每60s調(diào)用一次dhcp_coarse_tmr()函數(shù)，用于檢查DHCP租約時(shí)間，并進(jìn)行重新綁定。

超時(shí)時(shí)間LWIP使用DHCP_COARSE_TIMER_MSECS宏進(jìn)行了定義。

5. 在LWIP運(yùn)行期間，當(dāng)網(wǎng)卡收到數(shù)據(jù)時(shí)，還需要調(diào)用ethernetif_input函數(shù)讀取網(wǎng)卡數(shù)據(jù)。

在函數(shù)ethernetif_input()主要完成兩個(gè)工作

1、調(diào)用low_level_input(); 讀取網(wǎng)卡實(shí)際數(shù)據(jù)。

2、調(diào)用netif->input();

所以，為了能夠?qū)崟r(shí)的讀取數(shù)據(jù)，需要最快的速度輪詢調(diào)用ethernetif_input函數(shù)。

5.3 LWIP編程RAW接口函數(shù)

tcp_new() 創(chuàng)建一個(gè) TCP 的 PCB 控制塊
tcp_bind() 為 TCP 的 PCB 控制塊綁定一個(gè)本地 IP 地址和端口號(hào)
tcp_listen() 開始 TCP 的 PCB 監(jiān)聽
tcp_accept() 控制塊 accept字段注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，偵聽到連接時(shí)被調(diào)用
tcp_accepted() 通知 LWIP 協(xié)議棧一個(gè) TCP 連接被接受了
tcp_conect() 連接遠(yuǎn)端主機(jī)
tcp_write() 構(gòu)造一個(gè)報(bào)文并放到控制塊的發(fā)送緩沖隊(duì)列中
tcp_sent() 控制塊 sent 字段注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送成功后被回調(diào)
tcp_output() 將發(fā)送緩沖隊(duì)列中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去
tcp_recv()控制塊 recv 字段注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，當(dāng)接收到新數(shù)據(jù)時(shí)被調(diào)用
tcp_recved()當(dāng)程序處理完數(shù)據(jù)后一定要調(diào)用這個(gè)函數(shù)，通知內(nèi)核更新接收窗口
tcp_poll() 控制塊 poll 字段注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，該函數(shù)周期性調(diào)用
tcp_close() 關(guān)閉一個(gè) TCP 連接
tcp_err() 控制塊 err 字段注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，遇到錯(cuò)誤時(shí)被調(diào)用
tcp_abort() 中斷 TCP 連接

5.4 創(chuàng)建TCP服務(wù)器示例

下面演示了TCP服務(wù)器創(chuàng)建步驟，測(cè)試服務(wù)器是否正常。

u8 TCP_Create(u16_t port)
{
	struct tcp_pcb *pcb=NULL;
	pcb=tcp_new(); //創(chuàng)建套接字
	if(pcb==NULL)return 1;
	if(tcp_bind(pcb,IP_ADDR_ANY,port)!=ERR_OK)return 2; //綁定端口號(hào)
	pcb=tcp_listen(pcb); //開始監(jiān)聽
	tcp_accept(pcb,TCP_accept);//等待連接
	return 0;
}

err_t TCP_accept(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb, err_t err)
{
	u8 addr[4];
	//tcp_setprio(newpcb, TCP_PRIO_MIN);  設(shè)置優(yōu)先級(jí)
	printf("有新的客戶端連接!\n");
	addr[3]=(newpcb->remote_ip.addr>>24)&0xFF;
	addr[2]=(newpcb->remote_ip.addr>>16)&0xFF;
	addr[1]=(newpcb->remote_ip.addr>>8)&0xFF;
	addr[0]=(newpcb->remote_ip.addr>>0)&0xFF;
	printf("ip地址:%d.%d.%d.%d\n",addr[0],addr[1],addr[2],addr[3]);
	printf("端口號(hào):%d\n",newpcb->remote_port);
	printf("當(dāng)前隊(duì)列剩余字節(jié):%d\n",tcp_sndbuf(newpcb));
	tcp_write(newpcb,"1234567890",10,1); //將要發(fā)送的數(shù)據(jù)提交到發(fā)送隊(duì)列(不會(huì)立即發(fā)送)
	tcp_output(newpcb); 								 //提示系統(tǒng)現(xiàn)在,發(fā)送數(shù)據(jù)
	tcp_sent(newpcb,TCP_sent); 					 //發(fā)送成功的回調(diào)函數(shù)
	tcp_recv(newpcb,TCP_recv);
	return ERR_OK;
}

err_t TCP_sent(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,u16_t len)
{
	printf("成功發(fā)送:%d字節(jié)\n",len);
	//tcp_close(tpcb); //關(guān)閉客戶端連接
	return ERR_OK;
}

u8 rx_buff[1024];
err_t TCP_recv(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,struct pbuf *p, err_t err)
{
	u32 rx_cnt=0;
	struct pbuf *q;
	memset(rx_buff,0,sizeof(rx_buff));
	if(p==NULL)
	{
	  printf("客戶端已經(jīng)斷開連接!\n");
	}
	else
	{
	  for(q=p;q!=NULL;q=q->next)
	  {
			memcpy(rx_buff+rx_cnt,q->payload,q->len);
			rx_cnt+=q->len;
	  }
       pbuf_free(p); //釋放PUFF
		printf("成功接收:%d字節(jié)\n",rx_cnt);
		printf("收到的數(shù)據(jù)=%s\n",rx_buff);
	}
	return ERR_OK;
}

5.5 創(chuàng)建TCP客戶端示例

u8 TCP_Create(u16_t port)
{
	struct tcp_pcb *pcb=NULL;
	pcb=tcp_new(); //創(chuàng)建套接字
	ip_addr_t ipaddr;
	if(pcb==NULL)return 1;
	IP4_ADDR(&ipaddr,192,168,31,54); //在ip_addr.h里定義
	tcp_connect(pcb,&ipaddr,port,TCP_connected);
	return 0;
}


err_t TCP_connected(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, err_t err)
{
	u8 addr[4];
	//tcp_setprio(newpcb, TCP_PRIO_MIN);  設(shè)置優(yōu)先級(jí)
	printf("服務(wù)器連接成功!\n");
	addr[3]=(tpcb->remote_ip.addr>>24)&0xFF;
	addr[2]=(tpcb->remote_ip.addr>>16)&0xFF;
	addr[1]=(tpcb->remote_ip.addr>>8)&0xFF;
	addr[0]=(tpcb->remote_ip.addr>>0)&0xFF;
	printf("服務(wù)器ip地址:%d.%d.%d.%d\n",addr[0],addr[1],addr[2],addr[3]);
	printf("服務(wù)器端口號(hào):%d\n",tpcb->remote_port);
	printf("當(dāng)前隊(duì)列剩余字節(jié):%d\n",tcp_sndbuf(tpcb));
	tcp_write(tpcb,"1234567890",10,1); //將要發(fā)送的數(shù)據(jù)提交到發(fā)送隊(duì)列(不會(huì)立即發(fā)送)
	tcp_output(tpcb); //提示系統(tǒng)現(xiàn)在,發(fā)送數(shù)據(jù)
	tcp_sent(tpcb,TCP_sent); //發(fā)送成功的回調(diào)函數(shù)
	tcp_recv(tpcb,TCP_recv);
	return ERR_OK;
}


err_t TCP_sent(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,u16_t len)
{
	printf("成功發(fā)送:%d字節(jié)\n",len);
	//tcp_close(tpcb); //關(guān)閉客戶端連接
	return ERR_OK;
}


u8 rx_buff[1024];
err_t TCP_recv(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,struct pbuf *p, err_t err)
{
	u32 rx_cnt=0;
	struct pbuf *q;
	memset(rx_buff,0,sizeof(rx_buff));
	if(p==NULL)
	{
		printf("服務(wù)器已經(jīng)斷開連接!\n");
	}
	else
	{
		for(q=p;q!=NULL;q=q->next)
		{
			  memcpy(rx_buff+rx_cnt,q->payload,q->len);
			  rx_cnt+=q->len;
		}
		printf("成功接收:%d字節(jié)\n",rx_cnt);
		printf("收到的數(shù)據(jù)=%s\n",rx_buff);
	}
	return ERR_OK;
}