学会Zynq（12）lwIP 1.4.1库的配置与使用

1.定制lwIP API模式
lwip141_v1_x支持RAM API和Socket API。RAW API有更好的性能和更低的内存占用，但由于是基于回调机制的，因此不能与其它TCP 栈兼容；Socket API提供了一个BSD socket风格的接口，因此移植性很强，但在性能和内存需求方面没有RAW API效率高。

2.配置Xilinx适配器选项
axi_ethernetlite适配器（ethernetlite_adapter_options）相关的配置参数如下：

axi_ethernet和GigE适配器（temac_adapter_options）的相关配置参数如下：

3.配置内存选项
lwIP栈提供了不同种类的内存。当应用程序使用socket模式时，将使用不同的内存选项。所有可配置的内存选项都作为单独的类别提供。

4.pbuf_options
包缓冲区（Pbuf）跨TCP/IP栈的不同层，下面是lwip栈提供的pbuf内存选项，一般情况下无需修改该选项的默认值。

5.arp_options
一般情况下无需修改该选项的默认值。

6.lwip_ip_options
下表是下级菜单中的IP参数选项，一般情况下无需修改该选项的默认值。

7.icmp_options
该选项只可以设置ICMP的TTL值。Zynq中的GigE核不支持使用ICMP。

8.igmp_options
lwIP支持IGMP协议，该选项没有下级菜单，设置为true可以启用IGMP协议。

9.udp_options
lwIP支持UDP协议，一般情况下无需修改该选项的默认值。

10.tcp_options
lwIP支持TCP协议，一般情况下无需修改该选项的默认值。

11.dhcp_options
lwIP支持DHCP协议，一般情况下无需修改该选项的默认值。

12.stats_options
lwIP栈在设计上可以收集一些统计信息，比如使用的连接数、内存使用量、应用程序使用的信号量的数量。lwIP库提供了函数stats_display()来显示统计值。是否启用该功能在stats选项中设置。该选项下只有一个boolean类型的lwip_stats，默认为false。

13.debug_options
lwIP可以提供调试信息，debug_options下包括lwip_debug、ip_debug、tcp_debug、udp_debug、icmp_debug、igmp_debug、netif_debug、sys_debug、pbuf_debug几个选项，都是boolean类型，设置true/false来打开/关闭对应的调试功能。

软件API
lwIP库提供了两种不同的API：RAW mode和Socket mode。

RAW API基于回调机制，应用程序与TCP栈之间可以直接访问。因此没有额外的socket层，RAW API有优秀的性能表现，但不能与其它TCP栈兼容。此外，Xilinx适配器还为接收数据包提供了xemacif_input程序函数。必须经常调用此函数，将接收到的数据包从中断处理程序移动到lwIP栈。根据接受包的类型，lwIP回调相应的程序。

Socket API是一套BSD socket风格的API。该API提供了一个执行模型，它是一个阻塞的、“打开-读-写-关闭（open-read-write-close）”模型。使用Socket API和Xilinx适配器的应用程序需要生成一个单独的线程xemacif_input_thread。这个线程将接收到的数据包从中断处理程序移动到lwIP的tcpip_thread。必须使用lwIP的sys_thread_new API创建使用lwIP的应用程序线程。

Xilinx适配器提供了一些辅助函数，以简化lwIP API的使用，各函数简要说明如下：

1.lwip_init
void lwip_init()

这个函数为lwIP数据结构做了初始化，会替换对初始化状态、系统、内存、pbuf、ARP、IP、UDP、TCP的特定调用。

2.xemac_add
struct netif *xemac_add (struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr, struct ip_addr *netmask, struct ip_addr *gw, unsigned char *mac_ethernet_address, unsigned mac_baseaddr)

这个函数为添加任何Xilinx EMAC IP和GigE核提供了一个统一的接口。这个函数在lwIP的netif_add函数基础上封装的，用于初始化网络接口‘netif’，给定它的IP地址、网络掩码、网关的IP地址、6字节的以太网地址（MAC地址），以及axi_ethernetlite或axi_ethernet MAC核的基地址。

3.xemacif_input
void xemacif_input(struct netif *netif)

该函数只在RAW模式下可用。Xlinx lwIP适配器在中断模式下工作。接收中断处理程序从EMAC/GigE中将包数据移动并存储在队列中。xemacif_input函数从队列中取出这些包，传递给lwIP。因此在RAW mode下，需要使用这个程序。下面是一个简单示例：
while (1) {
/* receive packets */
xemacif_input(netif);

/* do application specific processing */
}

该程序会通过回调通知已经接收到的数据。

4.xemacif_input_thread
void xemacif_input_thread(struct netif *netif)

该函数只在Socket模式下可用。Socket模式中，应用程序必须启动一个单独的线程来接收输入包。这与RAW模式下的xemacif_input函数功能相同，只不过它驻留在独立的线程中。因此，任何lwIP socket模式下的应用程序都需要有类似如下的代码：
sys_thread_new(“xemacif_input_thread”, xemacif_input_thread, netif,
THREAD_STACK_SIZE, DEFAULT_THREAD_PRIO);

然后，应用程序可以启动单独的线程来完成应用程序中特定的任务。xemacif_input_thread会接收中断处理程序处理的数据，将其传递给lwIP tcpip_thread。

5.xemacpsif_resetrx_on_no_rxdata
void xemacpsif_resetrx_on_no_rxdata(struct netif *netif)

该函数在Raw模式和Socket模式下都可用，但只能用于Zynq系列的GigE控制器。GigE控制器上有一个与Rx路径有关的勘误表（errata）。该勘误表描述了当小数据包的Rx流量过大时，GigE的Rx路径完全没有响应的情况。这种情况很少发生，但发生时需要对控制器中的Rx逻辑进行软件重置。用户的应用程序必须周期性地调用这个函数，以确保Rx路径不会再超过100ms的时间内停止响应。

RAW API程序架构
使用RAW API的应用程序是单线程的，一般具有与下面伪代码类似的主架构：
int main()
{
struct netif *netif, server_netif;
struct ip_addr ipaddr, netmask, gw;
//板子的MAC地址，每个PHY都不同
unsigned char mac_ethernet_address[] =
{0x00, 0x0a, 0x35, 0x00, 0x01, 0x02};

lwip_init();

//把网络接口添加到netif_list, 并设为默认
if (!xemac_add(netif, &ipaddr, &netmask,
&gw, mac_ethernet_address, EMAC_BASEADDR)) {
printf(“Error adding N/W interface\n\r”);
return -1;
}
netif_set_default(netif);

platform_enable_interrupts(); //使能中断
netif_set_up(netif); //指定网络是否打开
start_application(); //启动应用程序，设置回调

//接收并处理包
while (1) {
xemacif_input(netif);
transfer_data(); //执行应用程序的特定功能
}
}

RAW API主要通过异步调用发送和接收的回调函数来工作。

Socket API程序架构
Socket模式下，基于Xilkernel的应用程序可以在Xilkernel软件平台的设置对话框中指定一个静态线程列表，这些线程会在Xilkernel启动时生成。假设main_thread()是一个设定的由Xilkernel启动的线程，在启动Xilkernel调度后，控制权会从应用程序中的“main”转移到这个线程。在main线程中，再创建一个线程（network_thread）来初始化MAC层。

对于基于FreeRTOS（Zynq-7000处理器系统）的应用程序，一旦控制权到达“main”，就会在启动调度程序之前创建一个带有main_thread()入口函数的任务。在FreeRTOS调度程序启动之后，控制权到达main_thread()，在这里进行lwIP的初始化。然后，应用程序再创建一个线程（network_thread）来初始化MAC层。

下面的伪代码展示了一个典型的Socket模式下的程序架构：
void network_thread(void *p)
{
struct netif *netif, server_netif;
struct ip_addr ipaddr, netmask, gw;
//板子的MAC地址，每个PHY都不同
unsigned char mac_ethernet_address[] =
{0x00, 0x0a, 0x35, 0x00, 0x01, 0x02};
netif = &server_netif;

//初始化使用的IP地址
IP4_ADDR(&ipaddr,192,168,1,10);
IP4_ADDR(&netmask,255,255,255,0);
IP4_ADDR(&gw,192,168,1,1);
//把网络接口添加到netif_list, 并设为默认
if (!xemac_add(netif, &ipaddr, &netmask,
&gw, mac_ethernet_address, EMAC_BASEADDR)) {
printf(“Error adding N/W interface\n\r”);
return;
}
netif_set_default(netif);

netif_set_up(netif); //指定网络是否打开
//启动包接收线程
sys_thread_new(“xemacif_input_thread”, xemacif_input_thread,
netif, THREAD_STACKSIZE, DEFAULT_THREAD_PRIO);
//启动应用程序线程
sys_thread_new(“httpd” web_application_thread, 0,
THREAD_STACKSIZE DEFAULT_THREAD_PRIO);
}

int main_thread()
{
//调用sys_thread_new前初始化lwIP
lwip_init();
//使用lwIP的所有线程都要用sys_thread_new()创建
sys_thread_new(“network_thread” network_thread,
NULL, THREAD_STACKSIZE DEFAULT_THREAD_PRIO);
return 0;
}

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文章来源：FPGADesigner的博客
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