LwIP Application Developers Manual7---lwIP with or without an operating system

1.前言

最近有一些讨论关于lwIP如何在单机的环境（比如，没有一个多线程的操作系统）使用。

本文的目的就是描述lwIP如何在无多线程操作系统或有多线程操作系统环境中运行

2.lwIP单线程内核

2.1 lwIP内核包含的组件

lwIP的内核包括了IP,ICMP,UDP协议的实现，还包括了对缓存和内存的管理。

当lwIP在一个单线程（不是操作系统）环境中运行只有内核组件是必须的。

你可以加入并运行DHCP、DNS，但它们并不是必须的。你编译代码可以只支持UDP或TCP。

2.2 lwIP内核接口

内核组件可以被看成一个软件库，该软件库提供如下接口：

（1）ip_input(pbuf, netif)

把IP数据包和刚引入数据的网络接口作为参数，并对数据包进行TCP/IP处理。

（2）定时器相关

自从lwIP 1.4.0开始，定时器的相关功能移交给TCP定时器，并且加入了对DNS和DHCP定时器的支持。

你可以使用sys_check_timeouts()并且停止阅读这个命题。在一些老版本中，tcp_tmr()每隔250ms（TCP_TMR_INTERVAL）被调用一次来处理所有与TCP定时器相关的处理比如重新传输。

这些定时器函数只在当你运行TCP时需要。

2.3 单线程举例

由于在单线程环境中，内核函数并不会被阻塞，所以可以不需要sys_arch(操作系统抽象层)的实现（信号量和邮箱函数只保留定义）。

在主循环里将会调用链接层驱动，这将导致ip_input(pbuf,netif)的调用，从而导致IP数据报的处理并调用上层协议的handler，最终调用你的回调函数。

一个简单的单线程主循环系统（lwIP 1.4.0+）如下所示：

while() {
   /* poll the driver, get any outstanding frames, alloc memory for them, and
   call netif->input, which is actually ip_input() */
   poll_driver(netif);
   sys_check_timeouts();      /* Handle all system timeouts for all core protocols */
}

注：上面主循环的实现可以通过ping来检测，在incontrib/ports/unix/proj/minimal/里面有一个单线程主循环的实现，你可以自己查看更多的内容。

2.4 系统定时器

在你的裸机系统里你可能有自己的系统定时器，然而你可能想利用lwIP定时器系统来实现你的目的或者处理一些周期性网络任务或延迟相应的网络应用任务。

让我们来假设你有如下函数：

static void myfunction(something *myarg);

你想要该函数过一段时间后再被调用，那么你可以把该函数作为一个参数如下所示：

sys_timeout(APPOPPRIATE_TIME, (sys_timeout_handler) myfunction, myarg);

当你不想要它时，你可以移除该定时器如下所示：

sys_untimeout((sys_timeout_handler) myfunction, myarg);

每次你设置的timeout都是使用系统结构体的元素，因此你要保留足够的空间来满足你的配置。

如果你有足够的好奇（你应该有）来查看opts.h文件，你将会看到如下内容：

/**
 * MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT: the number of simultaneously active timeouts.
 * The default number of timeouts is calculated here for all enabled modules.
 * The formula expects settings to be either '0' or '1'.
 */
#ifndef MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT
#define MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT            (LWIP_TCP + IP_REASSEMBLY + LWIP_ARP + (
*LWIP_DHCP) + LWIP_AUTOIP + LWIP_IGMP + LWIP_DNS + PPP_SUPPORT)
#endif

你需要在lwipopts.h文件里添加正确的数值。

2.5. 1.4.0先前的版本（TODO）

在一些lwIP的老版本中，一个简单的单线程主循环如下所示：

while() {
   if(poll_driver(netif) == PACKET_READY) {
     pbuf = get_packet(netif);
     ip_input(pbuf, netif);
   }
   if (clock() - last_arp_time >= ARP_TMR_INTERVAL * CLOCKTICKS_PER_MS)
   {
       etharp_tmr();
       last_arp_time = clock();
   }
   if(clock() - last_time >= TCP_TMR_INTERVAL * CLOCKTICKS_PER_MS) {
     tcp_tmr();
     last_time = clock();
   }
 }

注意：硬件定时器至少要每毫秒滴答（tick）一次，这样CLOCKTICKS_PER_MS才有效。如果你想要使用OS-tick-counter(比如，每10ms增加一次)，你要调整代码如下所示：clock() - last_time >= TCP_TMR_INTERVAL / MS_PER_TICK

假如你不只使用TCP/IP和ARP，你需要增加定时器的调用次数。在一个多线程系统里，所有的定时器都在api/tcpip.c中调用，因此这个源文件是一个来检查你是否需要加入更多的定时器（比如，IP_PEASSEMBLY,DHCP,等等）的好地方。提示：在api/tcpip.c和以上例子中，定时器并不会“catch up”，意思是如果有一个定时器延迟了（不管什么原因），那么接下来的定时器滴答（ticks）也会被延迟。

3.lwIP在多线程系统中

lwIP被设计成可以在多线程系统中运行，可以和应用并发运行。

在这种情况下所有TCP/IP的处理都在一个线程中。应用线程可以通过序列API来和TCP/IP线程进行通信。

内部线程间的通信都在文件api_lib.c和api_msg.c中实现。api_lib.c包含了被应用程序使用的函数，api_msg.c实现了TCP/IP协议栈的接口。

还有一个第三文件tcpip.c来处理刚接收到的数据包和定时器事件（在先前有描述）。

当lwIP在一个多线程环境中运行，刚接收到的数据包被函数tcpip_input()(或者被tcpip_ethinput（）)所处理，该函数的参数与ip_input()函数相同。

这两个函数的差别在于tcpip_input()函数并不会马上处理刚接收到的数据包，它只是将数据包放在一个队列，该数据随后被TCP/IP线程处理。

当在一个多线程系统中运行，定时器事件在tcpip.c中被处理。你可以参考下面编程:

struct netif this_netif;

void init()
{
  memset( &my_netif, , sizeof(my_netif));
  tcpip_init( ethernet_init_inside_thread, "");
}

void ethernet_init_inside_thread( void *parm)
{
    struct ethernetif *ethernetif;
    struct ip_addr netmask;

        this_netif.state =NULL;
        this_netif.name[] =;
    this_netif.name[] =;
    this_netif.output = etharp_output;
    this_netif.linkoutput = low_level_output;
    this_netif.next =NULL;
    IP4_ADDR( &netmask, , , , );
    netif_add( &this_netif, NULL, &netmask, NULL, NULL, ethernetif_init_low, tcpip_input);
    netif_set_default(&this_netif);
    this_netif.hwaddr_len = ETHARP_HWADDR_LEN;
    this_netif.hwaddr[] = ; // or whatever u like
    this_netif.hwaddr[] = ;
    this_netif.hwaddr[] = ;
    this_netif.hwaddr[] = ;
    this_netif.hwaddr[] = ;
    this_netif.hwaddr[] = ;
    this_netif.mtu = ;
    this_netif.flags = NETIF_FLAG_BROADCAST | NETIF_FLAG_ETHARP | NETIF_FLAG_LINK_UP;
    dhcp_start(&this_netif);
}