rt-thread 優(yōu)化系列（五）lwip 裁剪

前言

很久之前就開始整理下面的優(yōu)化項(xiàng)列表了，但是有很多問題研究不深，一時(shí)不敢冒失推出。
前不久，有人在論壇上提問，當(dāng)時(shí)我給的答案比現(xiàn)在少，但是現(xiàn)在列出來的這些也不能保證是全部，以后再做補(bǔ)充吧。

lwip 協(xié)議棧、sal socket 抽象層使用了很多全局?jǐn)?shù)組變量當(dāng)作線程棧，可以修改成從內(nèi)存堆動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存。
有些功能和特性在嵌入式設(shè)備里是用不到的，可以先去掉。
還有的是可有可無的特性，如果想用，也存在優(yōu)化空間，可以自己實(shí)現(xiàn)。

以下說明不限于 lwip ，sal 部分也有涉及。

裁剪詳解

sal 可裁剪優(yōu)化項(xiàng)

1. `SAL_INTERNET_CHECK`: 網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)，使用到了 workqueue 。檢測(cè)原理就是嘗試連接 "link.rt-thread.org::8101"，發(fā)送檢測(cè)數(shù)據(jù)。
這個(gè)或者可以去掉檢測(cè)，或者換成自家服務(wù)器。
2. `#define SAL_SOCKETS_NUM 4`: 這個(gè)可能是支持創(chuàng)建 socket 的最大數(shù)量。
3. `RT_USING_NETDEV`: 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，沒有終端操作的情況下可以優(yōu)化掉。其中，`NETDEV_USING_IFCONFIG` `NETDEV_USING_PING` `NETDEV_USING_NETSTAT` `NETDEV_USING_AUTO_DEFAULT` 分別可以單獨(dú)增刪。
4. `NETDEV_IPV6`: 目前支持還不普及的吧，可以關(guān)掉，如果需要才開啟。

lwip 可裁剪優(yōu)化項(xiàng)

1. `RT_LWIP_IGMP` 組播需要用到的，不用組播可能可以去掉
2. `RT_LWIP_ICMP` ping 命令使用的協(xié)議，沒有 ping 也不需要這個(gè)協(xié)議。
3. `RT_LWIP_DNS` 局域網(wǎng)不需要這個(gè)，或者說，直接使用 ip 地址進(jìn)行連接而不是使用 url 鏈接地址，可以不使用 dns。
4. `RT_LWIP_TCP_WND` tcp 接收窗口，這個(gè)應(yīng)該是申請(qǐng)內(nèi)存大小。可以適當(dāng)減小。不定義就是 1460 x 2 字節(jié)
5. `RT_LWIP_TCP_SND_BUF` tcp 發(fā)送緩存，同上，不定義就是 1460 x 2 字節(jié)
6. `LWIP_NO_TX_THREAD` 和 `LWIP_NO_RX_THREAD` eth 線程，發(fā)送一個(gè)，接收一個(gè)。以下是幾個(gè)相關(guān)宏定義，如果不定義堆棧大小，默認(rèn)使用 1024

   #define RT_LWIP_ETHTHREAD_PRIORITY 12
   #define RT_LWIP_ETHTHREAD_STACKSIZE 1024
   #define RT_LWIP_ETHTHREAD_MBOX_SIZE 8
   #define LWIP_NO_TX_THREAD
   #define LWIP_NO_RX_THREAD

源碼里，這部分還有很大優(yōu)化空間，具體見下文詳解。
7. `LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK` 和前邊的 SAL_INTERNET_CHECK 有關(guān)，這里設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接回調(diào)?？梢酝ㄖ獞?yīng)用層連接上 INTERNET 了。
8. `LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK` 網(wǎng)卡連接狀態(tài)，僅表示物理連接接入網(wǎng)絡(luò)，有可能是和電腦直連，或者交換機(jī)、路由器等等。
9. `SO_REUSE` 端口復(fù)用，這個(gè)在組播，而且是 UDP 協(xié)議才有用。不需要就定義成 0
10. `LWIP_SO_SNDTIMEO` `LWIP_SO_RCVTIMEO` `LWIP_SO_RCVBUF` 這三個(gè)，如果 rtconf.h 里沒有定義， lwipopts.h 會(huì)定義，所以不需要就定義成 0。
其中 LWIP_SO_RCVBUF 接收緩沖，涉及到接收緩沖上限。多數(shù)情況下不會(huì)有影響，只有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)多的時(shí)候才可能達(dá)到這個(gè)緩存上限。
11. `RT_LWIP_USING_PING` 這個(gè)和前面的 NETDEV_USING_PING RT_LWIP_ICMP 有關(guān)。
12. `RT_LWIP_STATS` 這是一組 stat 的總開關(guān)，詳細(xì)細(xì)節(jié)查看 lwipopts.h 文件內(nèi)的定義?；蛘呷∠?RT_LWIP_STATS 定義，關(guān)閉所有 stat 項(xiàng)，或者單獨(dú)修改 lwipopts.h 文件中某些 stat 定義。

13. 修改 eth_rx_thread 和 eth_tx_thread ，啟用 RT_USING_HEAP 后，添加動(dòng)態(tài)創(chuàng)建線程。這兩個(gè)線程被初始化在 INIT_PREV_EXPORT 階段。片上內(nèi)存堆和片外內(nèi)地堆初始化注冊(cè)都在 INIT_BOARD_EXPORT 階段，可以申請(qǐng)使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存。

erx etx 兩個(gè)線程

以 etx 為例。`ethernetif_linkoutput` 函數(shù)主要操作如下：

   if (rt_mb_send(e_tx_thread_mb, (rt_uint32_t) &msg) == RT_EOK)
   {
       /* waiting for ack */
       rt_sem_take(&(enetif->tx_ack), RT_WAITING_FOREVER);
   }

發(fā)送了一個(gè)郵箱，然后等待一個(gè)信號(hào)量。這個(gè)信號(hào)量從哪兒來？看下面的 etx 線程入口函數(shù)。

static void eth_tx_thread_entry(void* parameter)
{
   struct eth_tx_msg* msg;
   while (1)
   {
       if (rt_mb_recv(e_tx_thread_mb, (rt_ubase_t *)&msg, RT_WAITING_FOREVER) == RT_EOK)
       {
           struct eth_device* enetif;

           RT_ASSERT(msg->netif != RT_NULL);
           RT_ASSERT(msg->buf   != RT_NULL);

           enetif = (struct eth_device*)msg->netif->state;
           if (enetif != RT_NULL)
           {
               /* call driver's interface */
               if (enetif->eth_tx(&(enetif->parent), msg->buf) != RT_EOK)
               {
                   /* transmit eth packet failed */
               }
           }

           /* send ACK */
           rt_sem_release(&(enetif->tx_ack));
       }
   }
}

etx 等待 `ethernetif_linkoutput` 的郵件消息，然后調(diào)用 eth 驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)，完成后釋放信號(hào)量給 `ethernetif_linkoutput`一個(gè)應(yīng)答。

從這里看，用上這個(gè)線程，需要額外增加兩次 ipc 消息。
去掉 etx 之后呢？`ethernetif_linkoutput` 變成下面的樣子。

static err_t ethernetif_linkoutput(struct netif *netif, struct pbuf *p)
{
   struct eth_device* enetif;
   RT_ASSERT(netif != RT_NULL);
   enetif = (struct eth_device*)netif->state;

   if (enetif->eth_tx(&(enetif->parent), p) != RT_EOK)
   {
       return ERR_IF;
   }
   return ERR_OK;
}

與使用 etx 線程唯一不同的是：使用線程時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)操作 eth 驅(qū)動(dòng)都在 etx 線程里進(jìn)行的；如果去掉，就有可能多個(gè)應(yīng)用線程同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，出現(xiàn)多個(gè)線程競(jìng)爭(zhēng) eth 驅(qū)動(dòng)資源的現(xiàn)象。但是，這個(gè)可以經(jīng)過優(yōu)化應(yīng)用層業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行規(guī)避。

更多關(guān)于不使用 etx 和 erx 線程的修改，請(qǐng)移步我的 gitee 倉(cāng)庫(kù)。

本系列提到的所有代碼更改已經(jīng)提交到 gitee ，歡迎大家測(cè)試
https://gitee.com/thewon/rt_thread_repo

審核編輯：湯梓紅