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LwIP应用开发笔记之十：LwIP带操作系统基本移植

發(fā)布時間：2024/7/23 windows 59 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 LwIP应用开发笔记之十：LwIP带操作系统基本移植小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

現(xiàn)在，TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用無處不在。隨著物聯(lián)網(wǎng)的火爆，嵌入式領(lǐng)域使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊也越來越廣泛。在我們的相關(guān)產(chǎn)品中，也都有應(yīng)用，所以我們結(jié)合應(yīng)用實際對相關(guān)應(yīng)用作相應(yīng)的總結(jié)。

1、技術(shù)準(zhǔn)備

我們采用的開發(fā)平臺是STM32F407和LwIP協(xié)議棧。在開始之前，我們需要做必要的準(zhǔn)備工作。

首先要獲得LwIP的源碼，在網(wǎng)上有很多，不同版本及不同平臺的都有，不過我們還是建議直接從官方網(wǎng)站獲得。其官方網(wǎng)站如下：

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

其次，需要硬件平臺，我們采用了STM32F407ZG+DM9161的網(wǎng)絡(luò)接口方式，這并不是必須的，其他硬件平臺也是一樣的。

最后，因為我們后面要在操作系統(tǒng)下移植，采用的操作系統(tǒng)是FreeRTOS，所以還需下載FreeRTOS的源碼。同樣建議從官網(wǎng)下載：

https://www.freertos.org/index.html

2、LwIP簡要說明

LwIP是一款免費的TCP/IP協(xié)議棧，但它的功能趨勢十分完備。LwIP 具有三種應(yīng)用編程接口（API）：

Raw API：為原始的 LwIP API。它通過事件回調(diào)機制進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。該 API 提供了最好的性能和優(yōu)化的代碼長度，但增加了應(yīng)用開發(fā)的復(fù)雜性。
Netconn API：為高層有序 API，需要實時操作系統(tǒng) （RTOS）的支持（提供進(jìn)程間通訊的方法）。 Netconn API 支持多線程工作。
BSD Socket API：類似 Berkeley 的套接字 API （開發(fā)于 Netconn API 之上）。

對于以上三種接口，前一種只需要裸機即可調(diào)用，后兩種需要操作系統(tǒng)才能調(diào)用。所以據(jù)此LwIP存在兩種移植方式：一是，只移植內(nèi)核，此時應(yīng)用程序的編寫只能基于RAW/Callback API進(jìn)行。二是，移植內(nèi)核和上層API，此時應(yīng)用程序編寫可以使用3種API，即：RAW/Callback API、Sequential API和Socket API。

3、LwIP的帶操作系統(tǒng)基本移植

帶操作系統(tǒng)的移植首先是建立在無操作系統(tǒng)移植基礎(chǔ)之上的。在無操作系統(tǒng)移植時，定義的數(shù)據(jù)類型和宏都是有效的，只需要對lwipopts.h配置文件做簡單修改，并根據(jù)sys_arch.txt移植說明文件編寫sys_arch.c和sys_arch.h兩個文件以實現(xiàn)操作系統(tǒng)模擬層就可以了。

操作系統(tǒng)模擬層的功能再以為協(xié)議棧提供郵箱、信號量、互斥量等機制，用以保證內(nèi)核與上層API的通訊。這些操作系統(tǒng)模擬層函數(shù)均在sys.h中已經(jīng)聲明，我們一般在sys_arch.c文件中完成其定義。所以，我們很清楚，帶操作系統(tǒng)的移植就是在無操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加操作系統(tǒng)模擬層。在接下來我們就看看操作系統(tǒng)模擬層的編寫。

在操作系統(tǒng)已經(jīng)正確移植的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)sys_arch.txt移植說明文件的描述，還需要移植的宏定義及函數(shù)等如下：

名稱	屬性	功能
sys_mbox_t	數(shù)據(jù)類型	指針類型，指向系統(tǒng)郵箱
sys_sem_t	數(shù)據(jù)類型	指針類型，指向系統(tǒng)信號量
sys_mutex_t	數(shù)據(jù)類型	指針類型，指向系統(tǒng)互斥量
sys_thread_t	數(shù)據(jù)類型	系統(tǒng)任務(wù)標(biāo)識
SYS_MBOX_NULL	宏	郵箱指針指向的空值
SYS_SEM_NULL	宏	信號量指針指向的空值
sys_init	函數(shù)	初始化系統(tǒng)模擬層
sys_sem_new	函數(shù)	生成一個信號量
sys_sem_free	函數(shù)	刪除一個信號量
sys_sem_signal	函數(shù)	釋放一個信號量
sys_arch_sem_wait	函數(shù)	等待一個信號量
sys_sem_valid	函數(shù)	判斷一個信號量是否有效
sys_sem_set_invalid	函數(shù)	將一個信號量置為無效
sys_mutex_new	函數(shù)	生成一個新的互斥量
sys_mutex_free	函數(shù)	刪除一個互斥量
sys_mutex_lock	函數(shù)	鎖住一個互斥量
sys_mutex_unlock	函數(shù)	解鎖一個互斥量
sys_mutex_valid	函數(shù)	判斷一個互斥量是否有效
sys_mutex_set_invalid	函數(shù)	將一個互斥量置為無效
sys_mbox_new	函數(shù)	新建一個郵箱
sys_mbox_free	函數(shù)	刪除一個郵箱
sys_mbox_post	函數(shù)	向郵箱投遞消息，阻塞
sys_mbox_trypost	函數(shù)	嘗試向郵箱投遞消息，不阻塞
sys_arch_mbox_fetch	函數(shù)	從郵箱獲取消息，阻塞
sys_arch_mbox_tryfetch	函數(shù)	嘗試從郵箱獲取消息，不阻塞
sys_mbox_valid	函數(shù)	判斷一個郵箱是否有效
sys_mbox_set_invalid	函數(shù)	將一個郵箱設(shè)置為無效
sys_thread_new	函數(shù)	創(chuàng)建新進(jìn)程
sys_arch_protect	函數(shù)	臨界區(qū)保護(hù)
sys_arch_unprotect	函數(shù)	退出臨界區(qū)保護(hù)

從上表中我們可以發(fā)現(xiàn)，這些變量和函數(shù)主要是面向信號量、互斥量及郵箱，包括新建、刪除、釋放、獲取等各類操作，我們需要根據(jù)操作系統(tǒng)的規(guī)定來實現(xiàn)這些函數(shù)，我們在這里使用的FreeRTOS，所以我根據(jù)FreeRTOS對信號量、互斥量及郵箱的操作來實現(xiàn)這些函數(shù)。我們列舉郵箱的各操作函數(shù)實現(xiàn)如下：

/*創(chuàng)建一個空的郵箱。*/ err_t sys_mbox_new(sys_mbox_t *mbox, int size) {osMessageQDef(QUEUE, size, void *);*mbox = osMessageCreate(osMessageQ(QUEUE), NULL);#if SYS_STATS++lwip_stats.sys.mbox.used;if (lwip_stats.sys.mbox.max < lwip_stats.sys.mbox.used) {lwip_stats.sys.mbox.max = lwip_stats.sys.mbox.used;} #endif /* SYS_STATS */if (*mbox == NULL)return ERR_MEM;return ERR_OK; }/*重新分配一個郵箱。如果郵箱被釋放時，郵箱中仍有消息，在lwIP中這是出現(xiàn)編碼錯誤的指示，并通知開發(fā)人員。*/ void sys_mbox_free(sys_mbox_t *mbox) {if( osMessageWaiting(*mbox) ){/* Line for breakpoint.? Should never break here! */portNOP(); #if SYS_STATSlwip_stats.sys.mbox.err++; #endif /* SYS_STATS */}osMessageDelete(*mbox);#if SYS_STATS--lwip_stats.sys.mbox.used; #endif /* SYS_STATS */ }/*發(fā)送消息到郵箱*/ void sys_mbox_post(sys_mbox_t *mbox, void *data) {while(osMessagePut(*mbox, (uint32_t)data, osWaitForever) != osOK); }/*嘗試將消息發(fā)送到郵箱*/ err_t sys_mbox_trypost(sys_mbox_t *mbox, void *msg) { err_t result;if ( osMessagePut(*mbox, (uint32_t)msg, 0) == osOK){result = ERR_OK;}else {// could not post, queue must be fullresult = ERR_MEM;#if SYS_STATSlwip_stats.sys.mbox.err++; #endif /* SYS_STATS */}return result; }/*阻塞進(jìn)程從郵箱獲取消息*/ u32_t sys_arch_mbox_fetch(sys_mbox_t *mbox, void **msg, u32_t timeout) {osEvent event;uint32_t starttime = osKernelSysTick();;if(timeout != 0){event = osMessageGet (*mbox, timeout);if(event.status == osEventMessage){*msg = (void *)event.value.v;return (osKernelSysTick() - starttime);}else{return SYS_ARCH_TIMEOUT;}}else{event = osMessageGet (*mbox, osWaitForever);*msg = (void *)event.value.v;return (osKernelSysTick() - starttime);} }/*嘗試從郵箱獲取消息*/ u32_t sys_arch_mbox_tryfetch(sys_mbox_t *mbox, void **msg) {osEvent event;event = osMessageGet (*mbox, 0);if(event.status == osEventMessage){*msg = (void *)event.value.v;return ERR_OK;}else{return SYS_MBOX_EMPTY;} }/*判斷一個郵箱是否有效*/ int sys_mbox_valid(sys_mbox_t *mbox)????????? {?????if (*mbox == SYS_MBOX_NULL)return 0;elsereturn 1; }/*設(shè)置一個郵箱無效*/????????????????????????????????????????????? void sys_mbox_set_invalid(sys_mbox_t *mbox)?? {????????????????????????????????????????????*mbox = SYS_MBOX_NULL;????????????????????? }?????????????????????????????? ??????????????//? 創(chuàng)建一個新的信號量。而 "count"參數(shù)指示該信號量的初始狀態(tài) err_t sys_sem_new(sys_sem_t *sem, u8_t count) {osSemaphoreDef(SEM);*sem = osSemaphoreCreate (osSemaphore(SEM), 1);if(*sem == NULL){ #if SYS_STATS++lwip_stats.sys.sem.err; #endif /* SYS_STATS */?return ERR_MEM;}if(count == 0)? // Means it can't be taken{osSemaphoreWait(*sem,0);}#if SYS_STATS++lwip_stats.sys.sem.used;if (lwip_stats.sys.sem.max < lwip_stats.sys.sem.used) {lwip_stats.sys.sem.max = lwip_stats.sys.sem.used;} #endif /* SYS_STATS */return ERR_OK; }

此外還有一些函數(shù)也是協(xié)議棧需要的函數(shù)，特別是sys_thread_new函數(shù)，不但協(xié)議棧在初始化是需要用到，在后續(xù)我們實現(xiàn)各類基于LwIP的應(yīng)用時也需要用到，其實現(xiàn)如下：

sys_thread_t sys_thread_new(const char *name, lwip_thread_fn thread , void *arg, int stacksize, int prio) {const osThreadDef_t os_thread_def = { (char *)name, (os_pthread)thread, (osPriority)prio, 0, stacksize};return osThreadCreate(&os_thread_def, arg); } osThreadId osThreadCreate (const osThreadDef_t *thread_def, void *argument) {TaskHandle_t handle;#if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 ) &&? ( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )if((thread_def->buffer != NULL) && (thread_def->controlblock != NULL)) {handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)thread_def->pthread,(const portCHAR *)thread_def->name,thread_def->stacksize, argument, makeFreeRtosPriority(thread_def->tpriority),thread_def->buffer, thread_def->controlblock);}else {if (xTaskCreate((TaskFunction_t)thread_def->pthread,(const portCHAR *)thread_def->name,thread_def->stacksize, argument, makeFreeRtosPriority(thread_def->tpriority),&handle) != pdPASS)? {return NULL;}} #elif( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)thread_def->pthread,(const portCHAR *)thread_def->name,thread_def->stacksize, argument, makeFreeRtosPriority(thread_def->tpriority),thread_def->buffer, thread_def->controlblock); #elseif (xTaskCreate((TaskFunction_t)thread_def->pthread,(const portCHAR *)thread_def->name,thread_def->stacksize, argument, makeFreeRtosPriority(thread_def->tpriority),&handle) != pdPASS)? {return NULL;}???? #endifreturn handle; }

至此，基于FreeRTOS操作系統(tǒng)的LwIP移植結(jié)算完成了，我們編譯下載就可以對其進(jìn)行驗證。

4、結(jié)論

前面已經(jīng)移植了基于操作系統(tǒng)的LwIP，那怎么知道我們的移植是否成功呢？接下來我們對它進(jìn)行必要的驗證。

首先我們查看目標(biāo)板在網(wǎng)絡(luò)上的配置是否正確。我們打開命令行窗口，運行ipconfig命令，查看MAC地址和IP地址配置：

我們配置的MAC地址00：08：E1：00：00：00和IP地址192.168.2.110顯示正常。接下來我們采用ping命令測試網(wǎng)絡(luò)鏈接：

上圖顯示網(wǎng)絡(luò)連接正常，經(jīng)此測試，說明我們的LwIP在有操作系統(tǒng)情況下移植正常。

歡迎關(guān)注：

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LwIP应用开发笔记之十：LwIP带操作系统基本移植的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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