0.前言    去年（2013年）的整理了LwIP相關程式碼，並在STM32上“裸奔”成功。一直沒有時間深入整理，在這裡借博文整理總結。LwIP的移植過程細節很多，博文也不可能一一詳解個別部分只能點到為止。    【本文要點】    【1】不帶作業系統的LwIP移植，LwIP版本為1.4.1。    【2】MCU為STM32F103VE，網絡卡為ENC28J60。    【3】移植過程重點描述ethernetif.c和LwIP巨集配置等。    【4】一個簡單的TCP echo例子。    【5】力求簡單，沒有DHCP功能，甚至沒有用到網絡卡中斷。    【程式碼倉庫】    程式碼倉庫位於Bitbucket(要原始碼請點選這裡)。博文中不能把每個細節描述清楚，更多內容請參考程式碼倉庫中的具體程式碼。    【硬體說明】    測試平臺使用奮鬥版，原理圖請參考程式碼倉庫中的DOC目錄。
    【參考博文】    學習嵌入式網路是一個循序漸進的過程，從淺入深從簡單到複雜。    【3】uIP學習筆記——初次應用協議棧1.ethernetif.c的相關修改    雖然LwIP移植過程比較複雜，但是隻要結合網絡卡具體功能，耐心修改ethernetif.c即可。ethernetif.c重點實現網絡卡的三個功能，初始化，傳送和接收。    為了更好的配合lwIP，修改了ENC28J60學習筆記中部分驅動函式。（換句話說，想要從0開始移植LwIP必須對操作網絡卡非常熟悉）    【1】初始化

static void
low_level_init(struct netif *netif)
{
  struct ethernetif *ethernetif = netif->state;
 
  /* set MAC hardware address length */
  netif->hwaddr_len = ETHARP_HWADDR_LEN;

  /* set MAC hardware address */
  netif->hwaddr[0] = 'A';
  netif->hwaddr[1] = 'R';
  netif->hwaddr[2] = 'M';
  netif->hwaddr[3] = 'N';
  netif->hwaddr[4] = 'E';
  netif->hwaddr[5] = 'T';
 
  /* maximum transfer unit */
  netif->mtu = 1500;
 
  /* device capabilities */
  /* don't set NETIF_FLAG_ETHARP if this device is not an ethernet one */
  netif->flags = NETIF_FLAG_BROADCAST | NETIF_FLAG_ETHARP | NETIF_FLAG_LINK_UP;
 
  /* Do whatever else is needed to initialize interface. */
  enc28j60_init(netif->hwaddr); // 【1】
}
 

    【說明】        【1】 enc28j60_init(netif->hwaddr); low_level_init中指定了enc28j60中的網絡卡地址。    【2】傳送

static err_t
low_level_output(struct netif *netif, struct pbuf *p)
{
  struct ethernetif *ethernetif = netif->state;
  struct pbuf *q;

  enc28j60_init_send(p->tot_len); //【1】initiate transfer();
 
#if ETH_PAD_SIZE
  pbuf_header(p, -ETH_PAD_SIZE); /* drop the padding word */
#endif

  for(q = p; q != NULL; q = q->next) {
    /* Send the data from the pbuf to the interface, one pbuf at a
       time. The size of the data in each pbuf is kept in the ->len
       variable. */
    enc28j60_writebuf( q->payload, q->len ); //【2】send data from(q->payload, q->len);
  }

  enc28j60_start_send(); //【3】signal that packet should be sent();

#if ETH_PAD_SIZE
  pbuf_header(p, ETH_PAD_SIZE); /* reclaim the padding word */
#endif
 
  LINK_STATS_INC(link.xmit);

  return ERR_OK;
}

    【說明】        【1】enc28j60_init_send(p->tot_len); 初始化傳送緩衝區大小， pbuf結構為一個連結串列，第一個pbuf結構體中的tot_len欄位代表整個乙太網資料包的大小。        【2】enc28j60_writebuf( q->payload, q->len ); 通過遍歷連結串列把內容填入ENC28J60的緩衝區中。        【3】enc28j60_start_send();啟動網絡卡傳送。    【3】接收

static struct pbuf *
low_level_input(struct netif *netif)
{
  struct ethernetif *ethernetif = netif->state;
  struct pbuf *p, *q;
  u16_t len;

  len = enc28j60_packet_getlen(); // 【1】

#if ETH_PAD_SIZE
  len += ETH_PAD_SIZE; /* allow room for Ethernet padding */
#endif

  /* We allocate a pbuf chain of pbufs from the pool. */
  p = pbuf_alloc(PBUF_RAW, len, PBUF_POOL);
 
  if (p != NULL) {

#if ETH_PAD_SIZE
    pbuf_header(p, -ETH_PAD_SIZE); /* drop the padding word */
#endif

    for(q = p; q != NULL; q = q->next) {
      enc28j60_readbuf (q->payload, q->len ); //【2】read data into(q->payload, q->len);
    }
    enc28j60_finish_receive(); //【3】acknowledge that packet has been read();

#if ETH_PAD_SIZE
    pbuf_header(p, ETH_PAD_SIZE); /* reclaim the padding word */
#endif

    LINK_STATS_INC(link.recv);
  } else {
    enc28j60_finish_receive(); //【4】drop packet();
    LINK_STATS_INC(link.memerr);
    LINK_STATS_INC(link.drop);
  }

  return p;
}

    【說明】        【1】len = enc28j60_packet_getlen(); 獲得網絡卡中資料包的長度。        【2】enc28j60_readbuf (q->payload, q->len);把網絡卡中的內容複製到記憶體池中。        【3】enc28j60_finish_receive();接收完成，移動網絡卡中緩衝區指標。    【4】應用        【1】LwIP網絡卡硬體初始化呼叫ethernetif_init即可，該函式中呼叫了low_level_init，並指定了網絡卡輸出函式low_level_output。        【2】一旦網絡卡有資料進入，應立即代用ethernetif_input函式。可以使用中斷方法或查詢方法。2.lwipopt.h配置簡述    lwip中的配置選項非常的多，瞭解所有的配置非常不容易。本博文參考STM32官方的兩個例子總結得到。

#ifndef __LWIPOPTS_H__
#define __LWIPOPTS_H__

#define SYS_LIGHTWEIGHT_PROT 0

#define NO_SYS 1

#define NO_SYS_NO_TIMERS 1

/* ---------- Memory options ---------- */
/* MEM_ALIGNMENT: should be set to the alignment of the CPU for which
   lwIP is compiled. 4 byte alignment -> define MEM_ALIGNMENT to 4, 2
   byte alignment -> define MEM_ALIGNMENT to 2. */
#define MEM_ALIGNMENT 4

/* MEM_SIZE: the size of the heap memory. If the application will send
a lot of data that needs to be copied, this should be set high. */
#define MEM_SIZE (5*1024)

/* MEMP_NUM_PBUF: the number of memp struct pbufs. If the application
   sends a lot of data out of ROM (or other static memory), this
   should be set high. */
#define MEMP_NUM_PBUF 10
/* MEMP_NUM_UDP_PCB: the number of UDP protocol control blocks. One
   per active UDP "connection". */
#define MEMP_NUM_UDP_PCB 6
/* MEMP_NUM_TCP_PCB: the number of simulatenously active TCP
   connections. */
#define MEMP_NUM_TCP_PCB 10
/* MEMP_NUM_TCP_PCB_LISTEN: the number of listening TCP
   connections. */
#define MEMP_NUM_TCP_PCB_LISTEN 6
/* MEMP_NUM_TCP_SEG: the number of simultaneously queued TCP
   segments. */
#define MEMP_NUM_TCP_SEG 12
/* MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT: the number of simulateously active
   timeouts. */
#define MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT 3


/* ---------- Pbuf options ---------- */
/* PBUF_POOL_SIZE: the number of buffers in the pbuf pool. */
#define PBUF_POOL_SIZE 10

/* PBUF_POOL_BUFSIZE: the size of each pbuf in the pbuf pool. */
#define PBUF_POOL_BUFSIZE 1500


/* ---------- TCP options ---------- */
#define LWIP_TCP 1
#define TCP_TTL 255

/* Controls if TCP should queue segments that arrive out of
   order. Define to 0 if your device is low on memory. */
#define TCP_QUEUE_OOSEQ 0

/* TCP Maximum segment size. */
#define TCP_MSS (1500 - 40)	 /* TCP_MSS = (Ethernet MTU - IP header size - TCP header size) */

/* TCP sender buffer space (bytes). */
#define TCP_SND_BUF (2*TCP_MSS)

/* TCP sender buffer space (pbufs). This must be at least = 2 *
   TCP_SND_BUF/TCP_MSS for things to work. */
#define TCP_SND_QUEUELEN (6 * TCP_SND_BUF)/TCP_MSS

/* TCP receive window. */
#define TCP_WND (2*TCP_MSS)


/* ---------- ICMP options ---------- */
#define LWIP_ICMP 1

/* ---------- DHCP options ---------- */
/* Define LWIP_DHCP to 1 if you want DHCP configuration of
   interfaces. DHCP is not implemented in lwIP 0.5.1, however, so
   turning this on does currently not work. */
#define LWIP_DHCP 0

/* ---------- UDP options ---------- */
#define LWIP_UDP 1
#define UDP_TTL 255

/* ---------- Statistics options ---------- */
#define LWIP_STATS 0
#define LWIP_PROVIDE_ERRNO 1

/**
 * LWIP_NETCONN==1: Enable Netconn API (require to use api_lib.c)
 */
#define LWIP_NETCONN 0

/**
 * LWIP_SOCKET==1: Enable Socket API (require to use sockets.c)
 */
#define LWIP_SOCKET 0

#endif /* __LWIPOPTS_H__ */

    【具體說明和修改】    【1】未使用作業系統，所有NO_SYS定義為1，LWIP_NETCONN定義為0（表示不使用），LWIP_SOCKET定義為0（表示不使用）。    【2】NO_SYS_NO_TIMERS定義為1，該定義為LwIP1.4.0以上版本增加，具體可參考LwIP修改文件。    【3】LWIP_DHCP被定義為0，關閉了DHCP功能以簡化程式碼。    【4】相比STM32官方例子，去除了校驗碼相關配置全部使用軟體校驗。STM32官方案例中使用了程式碼EMAC功能的MCU，該系列MCU中包括硬體校驗功能，但是ENC28J60並沒有此功能，所以只能開啟LwIP中的軟體校驗功能。3.LwIP相關初始化

void LwIP_Config (void)
{
    struct ip_addr ipaddr;
    struct ip_addr netmask;
    struct ip_addr gw;
   
    // 呼叫LWIP初始化函式
    lwip_init();
   
    IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 1, 16); // 設定網路介面的ip地址
    IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255, 0);	 // 子網掩碼
    IP4_ADDR(&gw, 192, 168, 1, 1);	 // 閘道器
   
    // 初始化enc28j60與LWIP的介面，引數為網路介面結構體、ip地址、
    // 子網掩碼、閘道器、網絡卡資訊指標、初始化函式、輸入函式
    netif_add(&enc28j60, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, ðernet_input);
   
    // 把enc28j60設定為預設網絡卡
    netif_set_default(&enc28j60);
   
    netif_set_up(&enc28j60);
}

    【說明】        【1】通過netif_add初始化網絡卡IP地址，子網掩碼和閘道器地址。此處使用靜態IP地址。        【2】netif_add需要傳入兩個函式指標，分別是網絡卡初始化函式和接收內容處理函式。ethernetif_init位於ethernetif.c而ethernet_input並不位於ethernetif.c，此處也不能使用ethernetif_input，其實ethernet_input在函式ethernetif_input被呼叫，但是ethernet_input變了一個樣子：        netif->input(p, netif)!=ERR_OK        【3】在帶作業系統的移植中，最後一個引數使用tcpip_input。4.while(1)部分

    timer_typedef tcp_timer, arp_timer;
   
    /* 設定查詢定時器 ARP定時器 */
    timer_set(&tcp_timer, CLOCK_SECOND / 10); // tcp處理定時器 100ms
    timer_set(&arp_timer, CLOCK_SECOND * 5); // arp處理定時器 5s
    while (1) {
       
        if (enc28j60_packet_getcount() != 0) {
            ethernetif_input(&enc28j60);
        }
       
        // TCP 定時處理
        if (timer_expired(&tcp_timer)) {
            timer_set(&tcp_timer, CLOCK_SECOND / 4);
            tcp_tmr();
        }
       
        // ARP 定時處理
        if (timer_expired(&arp_timer)) {
            timer_set(&arp_timer, CLOCK_SECOND * 5);
            etharp_tmr();
        }
    }

    【說明】    while(1)迴圈包括3個主要功能    【1】一旦接受到資料包，立刻呼叫 ethernetif_input。此處使用查詢法而不是中斷法（中斷法效果相似）    【2】定期處理TCP連結，定時時間為100ms，可根據情況適當縮小時間間隔。    【3】定期更新ARP緩衝，可根據情況適當擴大時間間隔。    【4】此處的timer通過systick實現，具體實現請參考程式碼倉庫。4.基本測試    【1】ping實驗    此時網絡卡的靜態IP地址為192.168.1.16，通過ping指令傳送16個數據包    ping 192.168.1.16 -n 16 圖1 ping實驗    【2】TCP Echo例子    LwIP提供很多示例，TCP Echo示例位於contrib-1.4.1的apps資料夾中，資料夾名為tcpecho_raw）。修改TCP偵聽埠為10086。    err = tcp_bind(echo_pcb, IP_ADDR_ANY, 10086);
圖2 TCP Echo例子5.總結    【1】移植和應用LwIP一定要耐心細緻。    【2】一旦網絡卡接收到資料，應呼叫ethernetif_input函式，呼叫該函式讓資料進入LwIP協議棧。    【3】 netif_add(&enc28j60, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &ethernet_input);最後一個引數為ethernet_input，千萬必要寫成ethernetif_input。6.參考資料    更多細節內容請參考圖書資料    【1】《嵌入式網路系統設計——基於Atmel ARM7系列》    【2】《STM32嵌入式系統開發實戰指南——FreeRTOS與LwIP聯合移植》