十五、STM32——移植lwip

我这里移植的lwip，都是通过STM32CubeMX直接生成，同时含有FreeRTOS系统。以下是对CubeMX生成的文件直接描述。

1 架构描述

关于源代码文件分为两部分：

中间层文件，跟STM32和PHY芯片有关。STM32芯片不同，PHY芯片不同，这部分文件都会变化。
lwip源文件，不进行修改部分，这部分是直接复制lwip。

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中间层文件：

lwip.c： MX_LWIP_Init 初始化函数，tcp_init, netif_add，网卡连接状态线程创建。
lan8742.c：PHY芯片寄存器读写函数，设置自动协商，获取网口连接状态，开启关闭PHY中断。
ethernetif.c：所有跟STM32 ETH有关的函数，ETH初始化，ETH的读和写，ETH中断。

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主要是 netif.c，这是有关网口描述符定义和相关函数的文件，STM32 ETH的读和写都会在这里赋值给网口描述符对象，从而使用lwip库。

1.1 netif 结构体

netif 是网口的抽象描述符。netif 结构体是在 netif.c 文件中定义的。netif 描述一个网络接口 network interface（网卡）。
单网卡只需要一个netif即可，lwip也实现了多个netif单链表连接的结构，以实现多网卡功能。netif.c 定义了 struct netif *netif_list。

struct netif {

    /* 指向下一块网卡 */
    struct netif *next;

    /* 该网口的ip地址、子网掩码、默认网关配置 */
    ip_addr_t ip_addr;
    ip_addr_t netmask;
    ip_addr_t gw;

    /* 网卡数据的输入（接收），实际指向的是 tcpip_input */
    netif_input_fn input;

    /* 把网络层数据，包装成链路层数据，负责IP->MAC的转换（ARP），实际指向的是 etharp_output */
    netif_output_fn output;
    
    /* 网卡数据底层（物理层）发送，实际指向的是 low_level_output  */
    netif_linkoutput_fn linkoutput;

    /* 当网络接口的 "IP 配置状态" 发生变化时触发。通常打印新IP地址，在界面上更新网络连接信息 */
    netif_status_callback_fn status_callback;

    /* 当网络接口的 "物理链路状态" 发生变化时触发：网线插拔，PHY 链路状态改变（Link Up / Down） */
    netif_status_callback_fn link_callback;

    /**
     * 表示网络接口的主机名（hostname），主要用于：
     * DHCP 协议中的 DHCP Hostname 选项（Option 12）
     * 有些路由器在 DHCP 客户端连接时，会显示主机名
    */
    const char*  hostname;

    /**
     * 是 LwIP 内部用于标识网络接口的两个字符的“接口简名”
     * 配合接口号（num）形成接口标识，例如：en0、st1、et0、lw0 等
    */
    char name[2];

    /* 如果你设备上有多个网络接口（如多个以太网/WiFi/PPP），每个接口会有一个唯一的 num 值（从 0 开始递增）。 */
    u8_t num;  /* netif_num赋值给num， netif_num 由 netif_add 函数进行加一，每调用一次 netif_num 加一 */
}

netif 相关函数

netif_init() /* 网卡抽象描述符(netif)初始化 */
netif_add() /* 添加一个虚拟网卡（netif） */
netif_remove() /* 移除一个虚拟网卡（netif） */
netif_set_default() /* 设置默认虚拟网卡（用于未知的数据包） */

1.2 lwip.c

调用所有相关功能进行初始化

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1.3 ethernetif.c

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1.4 lan8742.c

LAN8742_Init初始化，并不是初始化PHY芯片的，是对PHY对象（lan8742_Objct_t *pObj）的地址号进行赋值。
实现了PHY读写寄存器相关函数，自动协商，开启和关闭PHY中断函数。

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2 lwip自动创建的3个线程

2.1 ethernet_link_thread

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该线程周期性检测以太网物理链路状态，并在网线插拔时动态配置 MAC 和更新 LwIP 网络接口的上下线状态。

确保网络断开或重新连接后能自动响应。

2.2 ethernetif_input

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STM32以太网中断，发出 RxPktSemaphore 信号量
ethernetif_input 循环等待该RxPktSemaphore信号量可用，调用 tcpip_input 函数，把以太网数据放入 tcpip_mbox 邮箱，可以让 tcpip_thread 处理以太网输入数据。

2.3 tcpip_thread

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以太网数据读取流程

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3 以太网问题分析和移植总结

PHY芯片复位问题，如果PHY模块没有复位引脚或者复位后，需要等待一定时间，判断PHY是否复位成功。

例如：我使用的LAN8720芯片，没有复位引脚，复位后，LANxxx_Init直接读取phy地址，可以就会失败。
PHY芯片地址。由于PHY芯片寄存器可能不一样，地址可能读取失败。
MPU配置问题，STM32H7系列，以太网DMA描述符和lwip内存池的SRAM空间需要配置。否则会有内存问题。
FreeRTOS默认任务会进行LWIP初始化，所以任务栈大小需要设置为大一些，比如 2048。