基于 LWIP 建立 TCP Server 与主机通信实验

LWIP 版本：2.0.3

上一篇文章是写如何将 LWIP 移植到板子上，今天晚上记录基于 LWIP 实现与主机的网络通信。

先是打开了原子的实验例程，大概浏览了一遍，觉得 TCP 网络网络通信也就是那么一些套路。什么 创建、配置、绑定、监听、accept ....，果断复制源文件到工程路径下，调整头文件包含直至编译无误。将 tcp_server_init( ) 加入到 main 中，下载测试，果然出现问题。 ping 都 ping 不通了，尴尬.....

问题解决过程：

出问题了是好事，可以更加深入的了解 LWIP（强行安慰自己一波）。遂加入 printf 输出查找问题根源，最后追踪到 netconn_new 内的 netconn_alloc 函数处，解决办法如下：

本以为是其内部调用的函数 memp_malloc 申请内存失败。进入函数内部开始阅读源码，发现 MEMP_MEM_MALLOC 宏没有被打开，误理解为没有启用该宏就不会成功申请到内存，后来经测试发现并不是它的问题，官方注释如下：

/**
 * MEMP_MEM_MALLOC==1: Use mem_malloc/mem_free instead of the lwip pool allocator.
 * Especially useful with MEM_LIBC_MALLOC but handle with care regarding execution
 * speed (heap alloc can be much slower than pool alloc) and usage from interrupts
 * (especially if your netif driver allocates PBUF_POOL pbufs for received frames
 * from interrupt)!
 * ATTENTION: Currently, this uses the heap for ALL pools (also for private pools,
 * not only for internal pools defined in memp_std.h)!
 */

如果不启用该宏，LWIP 内核会直接从 lwip pool 中取出相应的结构，pool 的内存已经在 LWIP 内核运行前申请完毕，官方推荐不启用该宏，因为 speed (heap alloc can be much slower than pool alloc)。

后来继续查找问题所在，发现一个致命问题：netconn_alloc 函数内调用的创建邮箱函数 sys_mbox_new 没有为其参数（一个邮箱指针）分配内存，这是移植时残留的问题，终于找上头来。通过 LWIP 内核中提供的 mem_malloc/mem_free 函数解决了这个问题，如下所示：

err_t sys_mbox_new( sys_mbox_t *mbox, int size)
{
	*mbox = mem_malloc(sizeof(TQ_DESCR));
	.....
}

void sys_mbox_free(sys_mbox_t * mbox)
{
    .......
	mem_free(*mbox);
	*mbox=NULL;
}

重新编译工程，下载到板子，完美运行！

运行结果：

打开网络助手，配置好 tcp server 与端口，点击连接，显示如下：

串口助手显示如下：

附：lwip_server.c 源码

#include "tcp_server.h"
#include "lwip/opt.h"
#include "lwip_app.h"
#include "lwip/sys.h"
#include "lwip/api.h"
#include "delay.h"
#include "string.h"  

u8 tcp_server_recvbuf[TCP_SERVER_RX_BUFSIZE];
static const u8 tcp_server_sendbuf[] = "Welcome to connect to the LWIP server.\r\n";
u8 tcp_server_flag = 0xff;
#define TCPSERVER_PRIO		6
#define TCPSERVER_STK_SIZE	300
OS_STK TCPSERVER_TASK_STK[TCPSERVER_STK_SIZE];

static void tcp_server_thread(void *arg)
{
	OS_CPU_SR cpu_sr;
	u32 data_len = 0;
	struct pbuf *q;
	err_t err,recv_err;
	u8 remot_addr[4];
	struct netconn *conn, *newconn;
	static ip_addr_t ipaddr;
	static u16_t port;

	LWIP_UNUSED_ARG(arg);

    /* 创建 TCP、绑定、监听 */
	conn = netconn_new(NETCONN_TCP);
	netconn_bind(conn,IP_ADDR_ANY,TCP_SERVER_PORT);
	netconn_listen(conn);  	

	/* 禁止阻塞线程，等待时间为 10ms */
	conn->recv_timeout = 10;  					

	while (1)
	{
		err = netconn_accept(conn,&newconn);
		if(err==ERR_OK) newconn->recv_timeout = 10;

		if (err == ERR_OK)
		{
			struct netbuf *recvbuf;

            /* 获取到客户端的 IP 及端口号 */
			netconn_getaddr(newconn,&ipaddr,&port,0); 

			remot_addr[3] = (uint8_t)(ipaddr.addr >> 24);
			remot_addr[2] = (uint8_t)(ipaddr.addr >> 16);
			remot_addr[1] = (uint8_t)(ipaddr.addr >> 8);
			remot_addr[0] = (uint8_t)(ipaddr.addr);
			printf("主机：%d.%d.%d.%d 连接上服务器，主机端口号为：%d\r\n",remot_addr[0], remot_addr[1],remot_addr[2],remot_addr[3],port);

			while(1)
			{
				if((tcp_server_flag & LWIP_SEND_DATA) == LWIP_SEND_DATA)
				{
				    /* 向客户端发送消息 */
                    err = netconn_write(newconn,tcp_server_sendbuf,strlen((char*)tcp_server_sendbuf),NETCONN_COPY);
					if(err != ERR_OK)
					{
						printf("发送失败\r\n");
					}
					tcp_server_flag &= ~LWIP_SEND_DATA;
				}

				/* 接收消息 */
				if((recv_err = netconn_recv(newconn,&recvbuf)) == ERR_OK)
				{
					OS_ENTER_CRITICAL();
					memset(tcp_server_recvbuf,0,TCP_SERVER_RX_BUFSIZE);  		

				    /* 将缓冲区信息转存到自定义空间 */
					for(q=recvbuf->p;q!=NULL;q=q->next)
					{
						if(q->len > (TCP_SERVER_RX_BUFSIZE-data_len))
                        memcpy(tcp_server_recvbuf+data_len,q->payload,(TCP_SERVER_RX_BUFSIZE-data_len));
						else memcpy(tcp_server_recvbuf+data_len,q->payload,q->len);
						data_len += q->len;
						if(data_len > TCP_SERVER_RX_BUFSIZE) break;
					}
					OS_EXIT_CRITICAL();
					data_len=0;
					printf("%s\r\n",tcp_server_recvbuf);
					netbuf_delete(recvbuf);

				/* 断开连接 */
				}else if(recv_err == ERR_CLSD)
				{
					netconn_close(newconn);
					netconn_delete(newconn);
					tcp_server_flag = 0xff;
					printf("主机：%d.%d.%d.%d 断开与服务器的连接\r\n",remot_addr[0], remot_addr[1],remot_addr[2],remot_addr[3]);
					break;
				}
			}
		}
		delay_ms(10);
	}
}

INT8U tcp_server_init(void)
{
	INT8U res=0;
	OS_CPU_SR cpu_sr;

	OS_ENTER_CRITICAL();	

	/* 创建 TCP 服务器任务 */
	res = OSTaskCreate(tcp_server_thread,(void*)0,(OS_STK*)&TCPSERVER_TASK_STK[TCPSERVER_STK_SIZE-1],TCPSERVER_PRIO);
	OS_EXIT_CRITICAL();		

	return res;
}

本篇文章参考自原子的 LWIP 网络实验，感谢