stm32f4+FreeRTOS移植lwip2.1.2
本篇目标：上一篇freertos的优化(stm32f4_os_app)中，RTOS的移植已经告一段落了，接下来就是移植重要的网络协议栈-lwip2.1.2！
硬件配置：STM32_ETH以太网 + lan8720芯片
资料准备：
- lwip源码：源码下载链接
- 最后工程：项目工程(github分支) project 文件夹下的 stm32f4_os_lwip 工程。
工程说明与已实现功能
工程借鉴了官网stm32移植lwip例程的接口文件，并升级在freertos10.3.1上移植lwip2.1.2版本。
已经实现的一些功能：
- 实现了基于os的lwip，可以使用标准socket进行网络开发
- dhcp自动获取ip
- 网络接口热拔插
- 接口封装，一键配置初始化
- 可以直接打开目录下keil工程或者stm32cubeide工程进行烧写测试
- 每个开源库与应用基本解耦，二次移植方便
源码lwip目录说明
为了方便，直接将工程下 thirdlib/lwip-2.1.2 目录拿来说明，相比源码增加了一个 port 文件夹（如有需要，可以直接copy该目录到自己的工程进行适配）：
├─doc // 文档说明
├─port // 移植适配目录（源码目录不包括）
│ ├─arch // type字定义
│ ├─driver // 硬件适配
│ │ ├─sdio_wifi // sdio wifi芯片（rtl8189待适配）
│ │ └─stm32_eth // eth + lan8720
│ └─os // RTOS接口封装
├─src // lwip源码
│ ├─api // 应用调用api接口
│ ├─apps // 基于lwip的应用示例
│ ├─core // 内部核心代码
│ ├─include // 头文件
│ └─netif // 数据格式
└─test // 接口测试
适配文件接口说明
lwip的主要适配文件都集中在port文件夹，其中arch与os文件夹都是一些基础定义，以及freertos在lwip中的接口封装，不做详细说明，从接口名称比较容易就能看出函数的作用。
主要说明下stm32_eth文件夹下的代码，是主要硬件与lwip数据传输的部分。
└─stm32_eth
├─ethernetif.c // eth硬件与lwip数据交互接口
├─ethernetif.h
├─eth_init.c // eth硬件初始化，接口函数
├─eth_init.h
├─lwip_init.c // lwip初始化,建立任务等
├─lwip_init.h
├─stm32f4x7_eth.c // stm32 eth外设库函数
└─stm32f4x7_eth.h
eth_init.c (eth部分解析)：
/* Ethernet pins configuration ************* lan8720硬件pin脚连接 - RMII *********/
/*
ETH_MDIO -------------------------> PA2
ETH_MDC --------------------------> PC1
ETH_MII_RX_CLK/ETH_RMII_REF_CLK---> PA1
ETH_MII_RX_DV/ETH_RMII_CRS_DV ----> PA7
ETH_MII_RXD0/ETH_RMII_RXD0 -------> PC4
ETH_MII_RXD1/ETH_RMII_RXD1 -------> PC5
ETH_MII_TX_EN/ETH_RMII_TX_EN -----> PB11
ETH_MII_TXD0/ETH_RMII_TXD0 -------> PB12
ETH_MII_TXD1/ETH_RMII_TXD1 -------> PB13
*/
/**
* eth以太网总初始化函数，初始化成功即与lan8720通讯成功
*/
uint32_t ETH_BSP_Config(void)
{
uint32_t EthStatus = 0;
/* Configure the GPIO ports for ethernet pins; lan8720引脚初始化配置，引脚连接如上 */
ETH_GPIO_Config();
/* Configure the Ethernet MAC/DMA; ETH调用stm32库函数初始化，与lan8720通讯 */
EthStatus |= ETH_MACDMA_Config();
/* Get Ethernet link status; 读取lan8720状态寄存器，自动协商完成 */
if(ETH_ReadPHYRegister(PHY_ADDRESS, PHY_SR) & PHY_DUPLEX_STATUS)
{
EthStatus |= ETH_LINK_FLAG;
}
return EthStatus;
}
// 移植适配注意点：
1. 不同的芯片PHY地址或许不同，同样状寄存器的地址也不同，需要根据数据手册来确认，配置宏：PHY_ADDRESS、PHY_SR
2. 根据不同的硬件和芯片，重启、配置、协商的延迟时间都不同，需要进行调试：PHY_RESET_DELAY、PHY_CONFIG_DELAY、ETH_REG_WRITE_DELAY
3. 这里ETH底层调用的是STM32_ETH库函数，首先先要保证ETH正确的配置，能够读取到PHY芯片的寄存器信息
ethernetif.c (接口解析)：
/**
* 初始化函数，在lwip初始化的时候传入，在lwip内部调用
*/
err_t ethernetif_init(struct netif *netif)
{
LWIP_ASSERT("netif != NULL", (netif != NULL));
/* Initialize interface hostname */
netif->hostname = "stm32_net";
netif->name[0] = IFNAME0;
netif->name[1] = IFNAME1;
/* We directly use etharp_output() here to save a function call.
* You can instead declare your own function an call etharp_output()
* from it if you have to do some checks before sending (e.g. if link
* is available...) */
netif->output = etharp_output;
netif->linkoutput = low_level_output; // 与硬件交互的接口函数-输出
/* initialize the hardware */
low_level_init(netif);
/* 定时更新arp信息 */
etharp_init();
sys_timeout(ARP_TMR_INTERVAL, arp_timer, NULL);
return ERR_OK;
}
/**
* 硬件初始化使能函数，在lwip初始化的时候被调用
*/
static void low_level_init(struct netif *netif)
{
int i;
/* set MAC hardware address length */
netif->hwaddr_len = ETHARP_HWADDR_LEN;
/* set MAC hardware address */
netif->hwaddr[0] = 0;
netif->hwaddr[1] = 1;
netif->hwaddr[2] = 2;
netif->hwaddr[3] = 3;
netif->hwaddr[4] = 4;
netif->hwaddr[5] = 5;
/* initialize MAC address in ethernet MAC */
ETH_MACAddressConfig(ETH_MAC_Address0, netif->hwaddr);
/* 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;
/* Initialize Tx Descriptors list: Chain Mode */
ETH_DMATxDescChainInit(DMATxDscrTab, &Tx_Buff[0][0], ETH_TXBUFNB);
/* Initialize Rx Descriptors list: Chain Mode */
ETH_DMARxDescChainInit(DMARxDscrTab, &Rx_Buff[0][0], ETH_RXBUFNB);
/* Enable Ethernet Rx interrrupt */
for(i=0; i<ETH_RXBUFNB; i++)
{
ETH_DMARxDescReceiveITConfig(&DMARxDscrTab[i], ENABLE);
}
/* Enable the TCP, UDP and ICMP checksum insertion for the Tx frames */
for(i=0; i<ETH_TXBUFNB; i++)
{
ETH_DMATxDescChecksumInsertionConfig(&DMATxDscrTab[i], ETH_DMATxDesc_ChecksumTCPUDPICMPFull);
}
/* Note: TCP, UDP, ICMP checksum checking for received frame are enabled in DMA config */
sys_sem_new(ð_input_sem, 0);
sys_thread_new("eth_input_thread", eth_input_thread, NULL, 1024*2, (configMAX_PRIORITIES - 1));
/* Enable MAC and DMA transmission and reception */
ETH_Start();
}
/**
* lwip输入函数，在线程中等待中断消息，并且读取数据
*/
err_t ethernetif_input(struct netif *netif)
{
err_t err;
struct pbuf *p;
/* move received packet into a new pbuf */
p = low_level_input(netif);
/* no packet could be read, silently ignore this */
if (p == NULL) return ERR_MEM;
/* entry point to the LwIP stack */
err = netif->input(p, netif); // 将数据传入lwip
if (err != ERR_OK)
{
LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("ethernetif_input: IP input error\n"));
pbuf_free(p);
}
return err;
}
/**
* 数据转换，将lwip数据包组合塞入ETH buffer中发送出去
*/
static err_t low_level_output(struct netif *netif, struct pbuf *p)
/**
* 与上函数相反，将ETH buffer中的数据读取出来，组成pbuf包传入lwip
*/
static struct pbuf * low_level_input(struct netif *netif)
lwip_init.c (接口解析)：
/**
* lwip初始化、检测任务
*/
static void LwIP_loop_task(void *p)
{
uint32_t EthStatus = 0;
ip_addr_t ipaddr={
0};
ip_addr_t netmask={
0};
ip_addr_t gw={
0};
/* eth init */
net_status = NET_STATUS_CONFIG;
EthStatus = ETH_BSP_Config();
__log_debug("EthStatus:0x%02x", EthStatus);
tcpip_init(NULL, NULL);
/* - netif_add(struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr,
struct ip_addr *netmask, struct ip_addr *gw,
void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))
Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.
The init function pointer must point to a initialization function for
your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.*/
netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ethernetif_init, tcpip_input);
/* Registers the default network interface.*/
netif_set_default(&gnetif);
if (EthStatus == (ETH_INIT_FLAG | ETH_LINK_FLAG))
{
net_status = NET_STATUS_LINK_UP;
__log_debug("netif_set_up");
/* Set Ethernet link flag */
gnetif.flags |= NETIF_FLAG_LINK_UP;
/* When the netif is fully configured this function must be called.*/
netif_set_up(&gnetif);
sys_thread_new("dhcp", LwIP_DHCP_task, NULL, 1024, (configMAX_PRIORITIES - 3));
}
else
{
net_status = NET_STATUS_LINK_DOWN;
/* When the netif link is down this function must be called.*/
netif_set_down(&gnetif);
}
/* Set the link callback function, this function is called on change of link status*/
netif_set_link_callback(&gnetif, ETH_link_callback);
uint8_t flag = 0;
while(1)
{
/* 循环检测网线通断 */
if(ETH_Get_Link_Status())
{
flag = 1;
network_led_write(&flag, 1);
netif_set_link_up(&gnetif);
}
else
{
flag = 0;
network_led_write(&flag, 1);
netif_set_link_down(&gnetif);
}
sys_delay(100);
}
}
/**
* DHCP任务
*/
static void LwIP_DHCP_task(void *p)
{
ip_addr_t ipaddr;
ip_addr_t netmask;
ip_addr_t gw;
struct dhcp* dhcp;
uint16_t timeout = 0;
DHCP_STA dhcp_status = DHCP_START;
while(1)
{
switch (dhcp_status)
{
case DHCP_START:
net_status = NET_STATUS_DHCPING;
__log_info("start dhcp ... ");
dhcp_start(&gnetif);
dhcp = netif_dhcp_data(&gnetif);
/* IP address should be set to 0
every time we want to assign a new DHCP address */
dhcp_status = DHCP_WAIT_ADDRESS;
break;
case DHCP_WAIT_ADDRESS:
/* Read the new IP address */
if (dhcp->offered_ip_addr.addr != 0)
{
dhcp_status = DHCP_ADDRESS_ASSIGNED;
__log_info("got dhcp ip");
ipaddr = dhcp->offered_ip_addr;
netmask = dhcp->offered_sn_mask;
gw = dhcp->offered_gw_addr;
/* Stop DHCP */
dhcp_stop(&gnetif);
__log_info("got ipadder: %s", inet_ntoa(ipaddr.addr));
__log_info("got netmask: %s", inet_ntoa(netmask.addr));
__log_info("got gwadder: %s", inet_ntoa(gw.addr));
netif_set_addr(&gnetif, &ipaddr , &netmask, &gw);
net_status = NET_STATUS_GOT_IP;
vTaskDelete(NULL);
}
else
{
/* DHCP timeout */
if (timeout > 10)
{
dhcp_status = DHCP_TIMEOUT;
/* Stop DHCP */
dhcp_stop(&gnetif);
/* Static address used */
IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 100, 88);
IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255, 0);
IP4_ADDR(&gw, 192, 168, 100, 1);
netif_set_addr(&gnetif, &ipaddr , &netmask, &gw);
__log_info("use static ip");
__log_info("got ipadder: %s", inet_ntoa(gnetif.ip_addr.addr));
__log_info("got netmask: %s", inet_ntoa(gnetif.netmask.addr));
__log_info("got gwadder: %s", inet_ntoa(gnetif.gw.addr));
net_status = NET_STATUS_GOT_IP;
vTaskDelete(NULL);
}
else
{
timeout++;
}
}
break;
default:
break;
}
/* wait 250 ms */
sys_delay(250);
}
}
lwip适配数据通路解析
路由器 LAN8720A ETH以太网 LWIP 应用 网线 中断通知 ETH_IRQHandler 读取缓冲区数据转换 low_level_input 将数据传入协议栈 netif->>input 将应用数据传输到 recv 接口 将应用数据通过 send 接口发送出去 调用 netif->>linkoutput 接口发送 将数据塞入到缓冲区 low_level_output 通过DMA发送 网线 路由器 LAN8720A ETH以太网 LWIP 应用
功能简单应用
在 project 文件下建立了 stm32f4_os_lwip 工程，在工程中简单调用 NetWork_Init() 就可以完成lwip的初始化，烧录后就可以 ping 通。
小结
将lwip协议栈的移植分为三个部分：
- lwip协议栈初始化，包括协议初始化，dhcp等 – lwip_init.c
- lwip与硬件数据转换 – ethernetif.c
- 硬件初始化，数据接收 – eth_init.c
如果需要重新移植其他硬件，只需要将硬件初始化的部分替换成自己的硬件驱动，再将格式装换成lwip的格式传入即可，上层保持不变。
如有其它问题可以问我哦~
Tuu