lwIP和uCOS-II移植学习笔记

2007年11月27日 星期二 09:56

2007.1.28

lwip提供三种API：1)RAW API 2)lwip API 3)BSD API。

RAW API把协议栈和应用程序放到一个进程里边，该接口基于函数回调技术，使用该接口的应用程序可以不用进行连续操作。不过，这会使应用程序编写难度加大且代码不易被理解。为了接收数据，应用程序会向协议栈注册一个回调函数。该回调函数与特定的连接相关联，当该关联的连接到达一个信息包，该回调函数就会被协议栈调用。这即有优点也有缺点。优点是既然应用程序和TCP/IP协议栈驻留在同一个进程中，那么发送和接收数据就不再产生进程切换。主要缺点是应用程序不能使自己陷入长期的连续运算中，这样会导致通讯性能下降，原因是TCP/IP处理与连续运算是不能并行发生的。这个缺点可以通过把应用程序分为两部分来克服，一部分处理通讯，一部分处理运算。

RAW API把接收与处理放在一个线程里面。这样只要处理流程稍微被延迟，接收就会被阻塞，直接造成频繁丢包、响应不及时等严重问题。因此，接收与协议处理必须分开。LwIP的作者显然已经考虑到了这一点，他为我们提供了tcpip_input()函数来处理这个问题，虽然他并没有在rawapi一文中说明。讲到这里，读者应该知道tcpip_input()函数投递的消息从哪里来的答案了吧，没错，它们来自于由底层网络驱动组成的接

收线程。我们在编写网络驱动时，其接收部分以任务的形式创建。数据包到达后，去掉以太网包头得到IP包，然后直接调用tcpip_input()函数将其投递到mbox邮箱。投递结束，接收任务继续下一个数据包的接收，而被投递得IP包将由TCPIP线程继续处理。这样，即使某个IP包的处理时间过长也不会造成频繁丢包现象的发生。这就是lwip API。

BSD API提供了基于open-read-write-close模型的UNIX标准API，它的最大特点是使应用程序移植到其它系统时比较容易，但用在嵌入式系统中效率比较低，占用资源多。这对于我们的嵌入式应用有时是不能容忍的。

基于以上的考虑，我决定采用lwip API。嵌入式应用讲求效率高和资源省。谁让我的内存只有32K:-(

2007.1.28

在看懂lwip的工作流程之前我的理解：1.以太网数据的接收作为一个单独的进程，用消息传递的方式通知tcpip进程处理数据。接收进程采用中断触发的方式工作。2.tcpip作为一个进程，连接底层进程和应用层进程。3.每个应用程序作为单独的进程。

尚未理解的地方：1.是否每次接收到数据都创建一个tcpip进程对数据进行处理，在处理完毕之后销毁。还是接收进程把 数据放到lwip缓冲区里，等待tcpip进程处理。

2. 把多个应用程序和lwip采用rawAPI的形式是否能够放到一个进程里面。3.接收进程和tcpip进程能否放入一个进程，可以的话对性能有什么影响？？4.lwip对每个网络进程都创建一个定时器结构，它们怎样工作？并且定时器的时钟来源是什么？

2007.1.29

为了节省内存空间，不使用IP碎片的重组。

lwip对存储区的管理堪称经典，其实可以用作操作系统的内存管理，等移植完成后要好好研究，呵呵~~。lwip的存储管理是这样的：收到的pbufs是PBUF POOL类型，发送出的pbufs是PBUF ROM或PBUF RAM类型。PBUF ROM由memp分配struct pbuf,而PBUF RAM和PBUF POOL在它们占用的内存中分配!

2007.1.30

用嵌入式操作系统最难把握的时进程堆栈的大小，要求程序员能较准确地估算，如果在任务中使用递归，必须能够预料最坏情况下的递归层数！最理想的是能够通过一种方法测试出系统占用堆栈的大小，等移植完成可以考虑写一个这样的程序。

2007.3.20

程序老出现预取指错误，我怀疑是信号量或者邮箱的移植出现问题。

2007.3.22

ARP can work now!!ICMP can work now!TCP can work now!lwip终于在我的板子上成功运行了！硬件设计没有任何问题！但从现在ping的数据看来，它的速度还差很远！下一步的工作是对lwip进行优化，让它达到更好的性能！

一个值得高兴的日子！

2007.4.18

配置，还是配置！lwipopts.h!os_cfg.h!

调试程序的时候你一定要做这样的假设：lwip是没有错误的，就算协议栈不能工作也一定是你的配置有问题！

lwip经过无数人的试用，它能保证可以完成你的工作！

2007.4.24

lwip协议栈有自己的内存区,用于协议栈相关变量对内存的使用.因此,在协议栈相关的应用程序中,我们尽量使用这一部分内存. 避免造成内存空间的浪费!并且注意：用完之后一定要释放，否则你不是一个合格的程序员！

为了保护内存缓冲区的完整性，防止因多个进程同时访问破坏数据，lwip使用ucos提供的OS_ENTER_CRITICAL和OS_EXIT_CRITICAL来保护临界资源！当然也可以用信号量来实现，但其效能不如前者！

今天还修正了网上移植代码的一个bug，lwip要求每5秒钟调用一次arp_timer对ARP缓存表中的信息进行更新。但网上的移植代码都没有实现此功能。我通过把arp_timer加入协议栈进程的定时事件中来实现arp_timer事件的定时调用！

2007.4.28：单片机具有I2C功能的管脚是开漏输出，用作GPIO时要加上拉电阻。

TODOs:

1.测试出tcpip进程的堆栈大小。由于我们的内存只有32K，必须充分利用内存，并保证内存不会溢出。

2.测试系统负荷并分配信号量和消息队列的大小。如

果信号量和消息队列用完程序会不会失去响应？

3.测试系统的性能。并发处理能力？

4.sys_arch_mbox_fetch()函数中对OSQPend()进行修改。

5.sys_arch_sem_wait()和sys_arch_mbox_fetch()的返回值应该是多少，这取决于lwip怎样对两者的返回值进行处理，

6.OS_CRITICAL_METHOD宏，将其值改为3，这样与lwip的要求一致。现在OS_CRITICAL_METHOD的值为2.

7.测试驱动程序的性能。

8.解决使用外部中断触发接收数据时的程序死掉的问题。

9.对25P80的访问用信号量来保护,并且由于写操作占用时间比较长,我们可以在系统空闲的时候再进行此操作.有待思考.

10.加入对DHCP的实现.

11.实现双网络接口的冗余切换功能.