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LWIP移植文件介绍

在介绍文件之前首先介绍一下DMA描述符

stm32以太网模块接收/发送FIFO和内存之间的以太网传输是通过以太网DMA使用DMA描述符完成的，一共有两个描述符列表：一个用于接收，一个用于发送， 两个列表的基址分别写入ETH_DMARDLAR 寄存器和 ETH_DMATDLAR 寄存器中。

 typedef struct {

 __IO uint32_t Status; //状态

 uint32_t ControlBufferSize; //控制和 buffer1， buffer2 的长度

 uint32_t Buffer1Addr; //buffer1 地址

 uint32_t Buffer2NextDescAddr; //buffer2 地址或下一个描述符地址

 uint32_t ExtendedStatus; //增强描述符状态

 uint32_t Reserved1; //保留

 uint32_t TimeStampLow; //时间戳低位

 uint32_t TimeStampHigh; //时间戳高位

 } ETH_DMADESCTypeDef;

根据DMA描述符的内容可以组成两种结构，而stm32以太网库提供的就是链接结构。即Buffer1Addr存放数据，Buffer2NextDescAddr指向下一个描述符的首地址

LWIP移植文件介绍-LMLPHP

uint8_t Rx_Buff[ETH_RXBUFNB][ETH_RX_BUF_SIZE]；      
uint8_t Tx_Buff[ETH_TXBUFNB][ETH_TX_BUF_SIZE]；

上面就是在初始化DMA描述符链表使能用到，相当于二维数组，第一个代表描述符的数量，此时定义的是5，第二个代表描述符 Buffer1Addr 的分配空间的大小，此时定义1500

 

1.lwipopts.h

用户自己定义使用的配置文件 可以对宏定义的开关选择打开或者关闭某些功能。系统提供的配置文件opt.h有大量的条件编译，所以还是不要动系统的默认配置。

配置信息有：LWIP_UDP/LWIP_TCP 、系统、lwip的接口编程方式，接收缓冲区的大小，是否使用socket，是否需要打印debug消息等等。

2.网卡驱动的编写：                                         LWIP协议栈只能通过pbuf和网卡通讯

lwip的网卡驱动的移植其实就是对以下几个函数函数的编写与封装。lwip内核已经写好了框架在ethnetif.c中，该文件默认是没有编译进去的（指的是LWIP官网下载的安装包），我们需要自己填充这个文件

 static void low_level_init(struct netif *netif)

 static err_t low_level_output(struct netif *netif, struct pbuf *p)

 static struct pbuf * low_level_input(struct netif *netif)

 void ethernetif_input(struct netif *netif)

 err_t ethernetif_init(struct netif *netif)

（1）.网卡初始化函数，它主要包括mcu的片内外设

　　　① eth的初始化（自协商模式是否开启，PHY的地址，网卡的MAC地址，接收模式是中断还是轮训，stm32官网开发文档写着中断模式只能用于系统，不带系统只能使用轮训模式，但是正点原子使用的demo是中断模式，我此次使用的是poll,是否开启硬件校验和PHY的通讯模式（MII/RMII））

② 将DMA发送和接收描述符初始化成链表结构 ，设置协议栈网络接口管理netif中国与网卡属性相关的特性，如设置MAC硬件地址，mac地址长度，最大传输单元，使能DMA发送和接收

（2）网卡数据包发送函数 将内核数据结构体pbuf描述的数据包发送出去

（3）网卡数据包接收函数，为了让内核更好的处理接收过来的数据，我们需要将接收到的数据封装成pbuf的形式

（4）主要是调用low_level_input()实现从网卡读取一个数据包，及解析数据包的类型（ARP,IP）并提交给应用层，这个函数可直接被应用程序调用

（5）在管理网络接口netif会调用，只要是对netif某些字段进行初始化，并调用low_level_init完成相关的初始化。

下面分别讲解一下这几个函数：.

void low_level_init(struct netif *netif)

初始化了netif的hwaddr_len、hwaddr、mtu、flags，其他的上面已经很详细的介绍，这里不再赘叙

 static void low_level_init(struct netif *netif)

 {

   uint32_t regvalue = ;

   HAL_StatusTypeDef hal_eth_init_status;

 /* Init ETH */

    uint8_t MACAddr[] ;

   heth.Instance = ETH;

   heth.Init.AutoNegotiation = ETH_AUTONEGOTIATION_ENABLE;

   heth.Init.PhyAddress = LAN8742A_PHY_ADDRESS;

   MACAddr[] = 0x02;

   MACAddr[] = 0x00;

   MACAddr[] = 0x00;

   MACAddr[] = 0x00;

   MACAddr[] = 0x00;

   MACAddr[] = 0x00;

   heth.Init.MACAddr = &MACAddr[];

   heth.Init.RxMode = ETH_RXPOLLING_MODE;

   heth.Init.ChecksumMode = ETH_CHECKSUM_BY_HARDWARE;

   heth.Init.MediaInterface = ETH_MEDIA_INTERFACE_RMII;

   /* USER CODE BEGIN MACADDRESS */

   /* USER CODE END MACADDRESS */

   hal_eth_init_status = HAL_ETH_Init(&heth);

   if (hal_eth_init_status == HAL_OK)

   {

     /* Set netif link flag */

     netif->flags |= NETIF_FLAG_LINK_UP;

   }

   /* Initialize Tx Descriptors list: Chain Mode */

   HAL_ETH_DMATxDescListInit(&heth, DMATxDscrTab, &Tx_Buff[][], ETH_TXBUFNB);

   /* Initialize Rx Descriptors list: Chain Mode  */

   HAL_ETH_DMARxDescListInit(&heth, DMARxDscrTab, &Rx_Buff[][], ETH_RXBUFNB);

 #if LWIP_ARP || LWIP_ETHERNET

   /* set MAC hardware address length */

   netif->hwaddr_len = ETH_HWADDR_LEN;

   /* set MAC hardware address */

   netif->hwaddr[] =  heth.Init.MACAddr[];

   netif->hwaddr[] =  heth.Init.MACAddr[];

   netif->hwaddr[] =  heth.Init.MACAddr[];

   netif->hwaddr[] =  heth.Init.MACAddr[];

   netif->hwaddr[] =  heth.Init.MACAddr[];

   netif->hwaddr[] =  heth.Init.MACAddr[];

   /* maximum transfer unit */

   netif->mtu = ;

   /* Accept broadcast address and ARP traffic */

   /* don't set NETIF_FLAG_ETHARP if this device is not an ethernet one */

   #if LWIP_ARP

     netif->flags |= NETIF_FLAG_BROADCAST | NETIF_FLAG_ETHARP;

   #else

     netif->flags |= NETIF_FLAG_BROADCAST;

   #endif /* LWIP_ARP */

   /* Enable MAC and DMA transmission and reception */

   HAL_ETH_Start(&heth);

 /* USER CODE BEGIN PHY_PRE_CONFIG */

 /* USER CODE END PHY_PRE_CONFIG */

   /* Read Register Configuration */

   HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_ISFR, &regvalue);

   regvalue |= (PHY_ISFR_INT4);

   /* Enable Interrupt on change of link status */

   HAL_ETH_WritePHYRegister(&heth, PHY_ISFR , regvalue );

   /* Read Register Configuration */

   HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_ISFR , &regvalue);

 #endif /* LWIP_ARP || LWIP_ETHERNET */

 }

low_level_init

low_level_output(struct netif *netif, struct pbuf *p)：

首先介绍一下pubuf结构体
struct pbuf {

struct pbuf *next; //指向下一个 pbuf 结构体，可以构成链表

void *payload; //指向该 pbuf 真正的数据区

u16_t tot_len; //当前 pbuf 和链表中后面所有 pbuf 的数据长度， 它们属于一个数据包

u16_t len; //当前 pbuf 的数据长度

u8_t type; //当前 pbuf 的类型   pbuf_ram / pbuf_pool

u8_t flags; //状态为，保留

u16_t ref; //该 pbuf 被引用的次数

};

LWIP移植文件介绍-LMLPHP

PS:offset的值因为当前的pbuf处于不同的协议层而不同，如raw时 offset 为0 开启TCP时offset 为54

LWIP移植文件介绍-LMLPHP

本质：

一个pbuf可能无法将所有的数据都发出去，所以一般将pbuf组成一个链表，这样数据就会在pbuf链表的payload区域，遍历pbuf链表将数据全部memcpy到eth的DMA发送描述符链表中，要注意三个地方，一个是offset区域，第二个是发送时要确保DMA发送描述符被ETH所有，不是被LWIP所有，第三个是当要发送数据大于DMA描述符链表所能发送的最大字节.

具体代码实现如下：

static err_t low_level_output(struct netif *netif, struct pbuf *p)

{

err_t errval;

struct pbuf *q;

uint8_t *buffer=(uint8_t *)(ETH_Handler.TxDesc->Buffer1Addr);

__IO ETH_DMADescTypeDef *DmaTxDesc;

uint32_t framelength = ;

uint32_t bufferoffset = ;

uint32_t byteslefttocopy = ;

uint32_t payloadoffset = ;

DmaTxDesc = ETH_Handler.TxDesc;

bufferoffset = ;

//从 pbuf 中拷贝要发送的数据

for(q=p;q!=NULL;q=q->next)

{

//判断此发送描述符是否有效，即判断此发送描述符是否归以太网 DMA 所有

if((DmaTxDesc->Status&ETH_DMATXDESC_OWN)!=(uint32_t)RESET)

{

errval=ERR_USE;

goto error; //发送描述符无效，不可用

}

byteslefttocopy=q->len; //要发送的数据长度

payloadoffset=;

//将 pbuf 中要发送的数据写入到以太网发送描述符中，有时候我们要发送的

//数据可能大于一个以太网描述符的 Tx Buffer，因此我们需要分多次将数据

//拷贝到多个发送描述符中

while((byteslefttocopy+bufferoffset)>ETH_TX_BUF_SIZE )

{

//将数据拷贝到以太网发送描述符的 Tx Buffer 中

memcpy((uint8_t*)((uint8_t*)buffer+bufferoffset),(uint8_t*)((uint8_t*)q->payload\

+payloadoffset),(ETH_TX_BUF_SIZE-bufferoffset));

//DmaTxDsc 指向下一个发送描述符

DmaTxDesc=(ETH_DMADescTypeDef *)(DmaTxDesc->Buffer2NextDescAddr);

//检查新的发送描述符是否有效

if((DmaTxDesc->Status&ETH_DMATXDESC_OWN)!=(uint32_t)RESET)

{

errval = ERR_USE;

goto error; //发送描述符无效，不可用

}

buffer=(uint8_t *)(DmaTxDesc->Buffer1Addr); //更新 buffer 地址，指向新

//的发送描述符的 Tx Buffer

byteslefttocopy=byteslefttocopy-(ETH_TX_BUF_SIZE-bufferoffset);

payloadoffset=payloadoffset+(ETH_TX_BUF_SIZE-bufferoffset);

framelength=framelength+(ETH_TX_BUF_SIZE-bufferoffset);

bufferoffset=;

}

//拷贝剩余的数据

memcpy( (uint8_t*)((uint8_t*)buffer+bufferoffset),(uint8_t*)((uint8_t*)q->payload\

+payloadoffset),byteslefttocopy );

bufferoffset=bufferoffset+byteslefttocopy;

framelength=framelength+byteslefttocopy;

}

HAL_ETH_TransmitFrame(&ETH_Handler,framelength);

errval = ERR_OK;

error:

//发送缓冲区发生下溢，一旦发送缓冲区发生下溢 TxDMA 会进入挂起状态

if((ETH_Handler.Instance->DMASR&ETH_DMASR_TUS)!=(uint32_t)RESET)

{

//清除下溢标志

ETH_Handler.Instance->DMASR = ETH_DMASR_TUS;

//当发送帧中出现下溢错误的时候 TxDMA 会挂起，这时候需要向 DMATPDR 寄存器

//随便写入一个值来将其唤醒，此处我们写 0

ETH_Handler.Instance->DMATPDR=;

}

return errval;

}

low_level_output_code

struct pbuf * low_level_input(struct netif *netif)
本质：
　将网卡eth的DMA描述符中的内容复制到pbuf链表中，供LWIP使用，过程是判断DMA描述符中是否有数据，获取数据长度len，为pbuf分配（offset+len）长度的空间，然后遍历DMA描述符链表进行复制，
最后复制完成将DMA描述符链表清空，最后将DMA描述符还给网卡，标记后即可接受新的数据。
具体代码实现如下：
 static struct pbuf * low_level_input(struct netif *netif)

 {

 struct pbuf *p = NULL;

 struct pbuf *q;

 uint16_t len;

 uint8_t *buffer;

 __IO ETH_DMADescTypeDef *dmarxdesc;

 uint32_t bufferoffset=;

 uint32_t payloadoffset=;

 uint32_t byteslefttocopy=;

 uint32_t i=;

 if(HAL_ETH_GetReceivedFrame(&ETH_Handler)!=HAL_OK) //判断是否接收到数据

 return NULL;

 len=ETH_Handler.RxFrameInfos.length; //获取接收到的以太网帧长度

 buffer=(uint8_t *)ETH_Handler.RxFrameInfos.buffer; //获取接收到的以太网帧的数据 buffer

 if(len>) p=pbuf_alloc(PBUF_RAW,len,PBUF_POOL); //申请 pbuf

 if(p!=NULL) //pbuf 申请成功

 {

 dmarxdesc=ETH_Handler.RxFrameInfos.FSRxDesc; //获取接收描述符链表中

 //的第一个描述符

 bufferoffset = ;

 for(q=p;q!=NULL;q=q->next)

 {

 byteslefttocopy=q->len;

 payloadoffset=;

 //将接收描述符中 Rx Buffer 的数据拷贝到 pbuf 中

 while((byteslefttocopy+bufferoffset)>ETH_RX_BUF_SIZE )

 {

 //将数据拷贝到 pbuf 中

 memcpy((uint8_t*)((uint8_t*)q->payload+payloadoffset),\

 (uint8_t*)((uint8_t*)buffer+bufferoffset),(ETH_RX_BUF_SIZE-bufferoffset));

 //dmarxdesc 指向下一个接收描述符

 dmarxdesc=(ETH_DMADescTypeDef *)(dmarxdesc->Buffer2NextDescAddr);

 //更新 buffer 地址，指向新的接收描述符的 Rx Buffer

 buffer=(uint8_t *)(dmarxdesc->Buffer1Addr);

 byteslefttocopy=byteslefttocopy-(ETH_RX_BUF_SIZE-bufferoffset);

 payloadoffset=payloadoffset+(ETH_RX_BUF_SIZE-bufferoffset);

 bufferoffset=;

 }

 //拷贝剩余的数据

 memcpy((uint8_t*)((uint8_t*)q->payload+payloadoffset),\

 (uint8_t*)((uint8_t*)buffer+bufferoffset),byteslefttocopy);

 bufferoffset=bufferoffset+byteslefttocopy;

 }

 }

 //释放 DMA 描述符

 dmarxdesc=ETH_Handler.RxFrameInfos.FSRxDesc;

 for(i=;i<ETH_Handler.RxFrameInfos.SegCount; i++)

 {

 dmarxdesc->Status|=ETH_DMARXDESC_OWN; //标记描述符归 DMA 所有

 dmarxdesc=(ETH_DMADescTypeDef *)(dmarxdesc->Buffer2NextDescAddr);

 }

 ETH_Handler.RxFrameInfos.SegCount =; //清除段计数器

 //接收缓冲区不可用

 if((ETH_Handler.Instance->DMASR&ETH_DMASR_RBUS)!=(uint32_t)RESET)

 {

 //清除接收缓冲区不可用标志

 ETH_Handler.Instance->DMASR = ETH_DMASR_RBUS;

 //当接收缓冲区不可用的时候 RxDMA 会进去挂起状态，通过向 DMARPDR

 //写入任意一个值来唤醒 Rx DMA

 ETH_Handler.Instance->DMARPDR=;

 }

 return p;

 }

low_level_input_code

void ethernetif_input(struct netif *netif)
主要是对low_level_inpu()的封装，然后传入指定的网卡结构中
 err_t ethernetif_input(struct netif *netif)

 {

 err_t err;

 struct pbuf *p;

 p=low_level_input(netif); //调用 low_level_input 函数接收数据

 if(p==NULL) return ERR_MEM;

 err=netif->input(p, netif); //调用 netif 结构体中的 input 字段(一个函数)来处理数据包

 if(err!=ERR_OK)

 {

 LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG,("ethernetif_input: IP input error\n"));

 pbuf_free(p);

 p = NULL;

 }

 return err;

 }
ethernetif_input
err_t ethernetif_init(struct netif *netif)
主要是对low_level_init()的封装，初始化了netif的相关字段，注册IP层发送函数
 err_t ethernetif_init(struct netif *netif)

 {

 LWIP_ASSERT("netif!=NULL",(netif!=NULL));

 #if LWIP_NETIF_HOSTNAME //LWIP_NETIF_HOSTNAME

 netif->hostname="lwip"; //初始化名称

 #endif

 netif->name[]=IFNAME0; //初始化变量 netif 的 name 字段

 netif->name[]=IFNAME1; //在文件外定义这里不用关心具体值

 netif->output=etharp_output;//IP 层发送数据包函数

 netif->linkoutput=low_level_output;//ARP 模块发送数据包函数

 low_level_init(netif); //底层硬件初始化函数

 return ERR_OK;

 }
ethernetif_init
3.系统时钟
系统通过调用函数sys_check_timerouts来处理内核的各种定时时间比如ARP、TCP等，该函数要求移植者实现一个函数sys_now来返回当前的系统时间，通过差值判断是否时间到达，从而调用相关的函数处理定时事件。在本次移植中，用的hal库自带的tick（1ms）来实现，也可以用全局变量和定时器来实现
 u32_t sys_now(void)

 {

   return HAL_GetTick();

 }
 
4.LWIP初始化过程
       lwip_init()      初始化LWIP内核

            ↓

     IP4_ADDR()         将ip/netmask/gw数值整合成一个ip4_addr_t变量

            ↓

    netif_add()         此函数主要设置ip/netmask/gw 和调用ethernetif_init函数，当有消息来的时候调用ethernet_input。这两个函数会在后面文章介绍,一种网卡设备添加一次

            ↓

netif_set_default()     将此网卡设置为默认网口

            ↓

    netif_set_up()      开启网口，在添加网口设备后就会将NETIF_IS_LINK_UP_FLAG 置1，后面会详细讲解 netif_set_link_up和netif_set_up的区别
因为此次是用的是poll模式，所以要在主循环调用ethnetif_input()和sys_sys_check_timerouts(); 确保内核是工作的。完成这一步，板子就能够ping通了
************************************************************************************************
参考文章：
正点原子的《STM32F7 LWIP开发手册》
《嵌入式网络那些事：LwIP协议栈深度剖析与演练》
05-02 21:14
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