lwIP（Lightweight IP）是一個為嵌入式系統設計的輕量級TCP/IP協議棧。它旨在為資源受限的環境提供完整的網絡協議功能，同時保持低內存使用和代碼大小。由于其模塊化的設計，開發者可以根據需要選擇包含或排除特定功能，以滿足特定應用的資源要求。

Xilinx的lwIP是基于開源lwIP TCP/IP協議棧的一個適應版本，專門為Xilinx的硬件平臺，如Zynq-7000和MicroBlaze，進行了優化和集成。Xilinx為其硬件平臺提供了lwIP的庫，使得開發者可以輕松地在其FPGA和SoC設計中實現網絡通信功能。

以lwip TCP Perf Client為例，這是一個fpga作為TCP Client，像TCP Server發送批量數據，并測試傳輸性能的例程。

TCP參數

先看幾個TCP相關的參數

TCP_CONN_PORT表示TCP的端口號，在Server中，需要指定該端口號，如果發現tcp一直不通，但ping是可以通的，多半原因是這個端口被占用了；

TCP_SERVER_IP_ADDRESS表示TCP Server的IP地址

FPGA的IP地址是在main.c里面指定的：

如果TCP Server使用網絡調試助手接收數據，設置如下：（需要注意，本地端口號應該是5001，跟代碼中匹配）

main函數

main函數的內容如下：

intmain(void)
{
structnetif*netif;

/*themacaddressoftheboard.thisshouldbeuniqueperboard*/
unsignedcharmac_ethernet_address[]={
0x00,0x0a,0x35,0x00,0x01,0x02};

netif=&server_netif;
#ifdefined(__arm__)&&!defined(ARMR5)
#ifXPAR_GIGE_PCS_PMA_SGMII_CORE_PRESENT==1||
XPAR_GIGE_PCS_PMA_1000BASEX_CORE_PRESENT==1
ProgramSi5324();
ProgramSfpPhy();
#endif
#endif

/*DefinethisboardspecificmacroinorderperformPHYreset
*onZCU102
*/
#ifdefXPS_BOARD_ZCU102
IicPhyReset();
#endif

init_platform();

xil_printf("

");
xil_printf("-----lwIPRAWModeTCPClientApplication-----
");

/*initializelwIP*/
lwip_init();

/*Addnetworkinterfacetothenetif_list,andsetitasdefault*/
if(!xemac_add(netif,NULL,NULL,NULL,mac_ethernet_address,
PLATFORM_EMAC_BASEADDR)){
xil_printf("ErroraddingN/Winterface
");
return-1;
}

netif_set_default(netif);

/*nowenableinterrupts*/
platform_enable_interrupts();

/*specifythatthenetworkifisup*/
netif_set_up(netif);
assign_default_ip(&(netif->ip_addr),&(netif->netmask),&(netif->gw));
print_ip_settings(&(netif->ip_addr),&(netif->netmask),&(netif->gw));

xil_printf("
");

/*printappheader*/
print_app_header();

/*starttheapplication*/
start_application();
xil_printf("
");

while(1){
if(TcpFastTmrFlag){
tcp_fasttmr();
TcpFastTmrFlag=0;
}
if(TcpSlowTmrFlag){
tcp_slowtmr();
TcpSlowTmrFlag=0;
}
xemacif_input(netif);
transfer_data();
}

/*neverreached*/
cleanup_platform();

return0;
}

在main函數中，首先就是定義各種網口接口相關的變量，并定義了MAC地址。

netif

這個netif的指針，需要多關注一下。

在lwIP中，netif（網絡接口）是一個核心的結構體，它代表了一個網絡接口，例如以太網接口、Wi-Fi接口等。netif結構體用于定義和管理這些接口，使lwIP可以在多個接口上運行并進行路由決策。

具體來說，netif結構體包括了以下幾個主要的部分：

硬件地址：例如MAC地址。

IP地址、子網掩碼和網關：這些用于IP層的路由和地址決策。

狀態標志：表示接口的狀態，例如是否激活、是否為默認接口等。

輸入和輸出函數指針：這些函數用于處理從該接口接收到的數據包或向該接口發送數據包。

其他驅動特定的數據：例如用于DMA的描述符、緩沖區等。

當你在lwIP中添加一個新的網絡接口時，你通常會初始化一個netif結構體并使用netif_add()函數將其添加到lwIP的接口列表中。這樣，lwIP就可以開始在該接口上接收和發送數據包了。

簡而言之，netif是lwIP中用于表示和管理網絡接口的關鍵結構體。

init_platform

在init_platform()函數中，初始化定時器和中斷。

接下來就是lwip的初始化，這三個初始化都是在platform的庫里面寫好的，直接調用就行。

xemac_add

后面xemac_add的原型如下，可以簡單理解為設置網口的mac地址，此處沒有設置IP的信息，可以看到傳進去的參數都是NULL。

structnetif*
xemac_add(structnetif*netif,
ip_addr_t*ipaddr,ip_addr_t*netmask,ip_addr_t*gw,
unsignedchar*mac_ethernet_address,
UINTPTRmac_baseaddr)

netif_set_default

netif_set_default函數在lwIP中用于設置默認的網絡接口。在一個系統中可能存在多個網絡接口，但通常只有一個被視為默認接口。當lwIP需要發送數據包，但不知道應該通過哪個接口發送時，它會選擇默認接口。

函數原型如下：

/**
*@ingroupnetif
*Setanetworkinterfaceasthedefaultnetworkinterface
*(usedtooutputallpacketsforwhichnospecificrouteisfound)
*
*@paramnetifthedefaultnetworkinterface
*/
void
netif_set_default(structnetif*netif)
{
LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();

if(netif==NULL){
/*removedefaultroute*/
mib2_remove_route_ip4(1,netif);
}else{
/*installdefaultroute*/
mib2_add_route_ip4(1,netif);
}
netif_default=netif;
LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG,("netif:settingdefaultinterface%c%c
",
netif?netif->name[0]:''',netif?netif->name[1]:'''));
}

其中，netif是你希望設置為默認的網絡接口的指針。

當你調用這個函數時，傳入的netif結構體會被設置為默認網絡接口。這意味著，除非有特定的路由決策指示其他接口，否則所有的出站數據包都會通過這個接口發送。

例如，如果你有一個以太網接口和一個Wi-Fi接口，并且你希望所有的通信默認通過Wi-Fi接口進行，那么你會在初始化Wi-Fi接口后調用netif_set_default函數，并傳入Wi-Fi接口的netif結構體指針。

這個函數對于確保正確的網絡通信行為非常重要，特別是在存在多個網絡接口的系統中。

platform_enable_interrupts

這個函數就很容易理解了，就是使能中斷，函數原型如下：

voidplatform_enable_interrupts()
{
/*
*Enablenon-criticalexceptions.
*/
Xil_ExceptionEnableMask(XIL_EXCEPTION_IRQ);
XScuTimer_EnableInterrupt(&TimerInstance);
XScuTimer_Start(&TimerInstance);
return;
}

netif_set_up

netif_set_up函數在lwIP中用于激活一個網絡接口。當你初始化一個網絡接口并準備好開始接收和發送數據時，你需要調用這個函數來標記該接口為"up"狀態。

函數原型如下：

void
netif_set_up(structnetif*netif)
{
LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();

LWIP_ERROR("netif_set_up:invalidnetif",netif!=NULL,return);

if(!(netif->flags&NETIF_FLAG_UP)){
netif_set_flags(netif,NETIF_FLAG_UP);

MIB2_COPY_SYSUPTIME_TO(&netif->ts);

NETIF_STATUS_CALLBACK(netif);

#ifLWIP_NETIF_EXT_STATUS_CALLBACK
{
netif_ext_callback_args_targs;
args.status_changed.state=1;
netif_invoke_ext_callback(netif,LWIP_NSC_STATUS_CHANGED,&args);
}
#endif

netif_issue_reports(netif,NETIF_REPORT_TYPE_IPV4|NETIF_REPORT_TYPE_IPV6);
#ifLWIP_IPV6
nd6_restart_netif(netif);
#endif/*LWIP_IPV6*/
}
}

其中，netif是你希望激活的網絡接口的指針。

當你調用netif_set_up函數時，它會執行以下操作：

設置netif結構體中的flags字段，標記該接口為"up"狀態。

如果配置了lwIP的相關回調，例如NETIF_STATUS_CALLBACK，那么這些回調函數也會被觸發，通知應用程序該接口的狀態已經改變。

通常，在你完成網絡接口的硬件初始化、分配了必要的資源，并確信接口已經準備好進行通信后，你會調用netif_set_up函數。這樣，lwIP就知道它可以開始在該接口上接收和發送數據包了。

相反地，如果你需要將一個接口標記為"down"狀態，例如在接口遇到錯誤或需要進行維護時，你可以調用netif_set_down函數。這會告訴lwIP停止在該接口上的通信，直到接口再次被設置為"up"狀態。

assign_default_ip

從名字也可以看到出來，就是設置ip地址、Netmask和gate way

函數原型也非常直觀，不做過多解釋了

staticvoidassign_default_ip(ip_addr_t*ip,ip_addr_t*mask,ip_addr_t*gw)
{
interr;

xil_printf("ConfiguringdefaultIP%s
",DEFAULT_IP_ADDRESS);

err=inet_aton(DEFAULT_IP_ADDRESS,ip);
if(!err)
xil_printf("InvaliddefaultIPaddress:%d
",err);

err=inet_aton(DEFAULT_IP_MASK,mask);
if(!err)
xil_printf("InvaliddefaultIPMASK:%d
",err);

err=inet_aton(DEFAULT_GW_ADDRESS,gw);
if(!err)
xil_printf("Invaliddefaultgatewayaddress:%d
",err);
}

start_application

start_application函數是一個啟動網絡應用的函數。在很多lwIP的示例應用中，這個函數被用來初始化和啟動特定的網絡應用，例如啟動一個HTTP服務器、TCP客戶端、UDP回聲服務等。具體的功能和行為取決于應用的需求和設計。這個函數可能會初始化所需的網絡資源，設置回調函數，并開始監聽網絡事件。

初始化變量：函數開始時，初始化了一些變量，如err用于錯誤處理，pcb代表TCP控制塊，remote_addr用于存儲遠程服務器的IP地址，以及一個循環計數器i。

設置遠程服務器的IP地址：

如果啟用了IPv6（LWIP_IPV6==1），則使用inet6_aton函數將TCP_SERVER_IPV6_ADDRESS字符串轉換為IPv6地址格式并存儲在remote_addr中。

如果未啟用IPv6，則使用inet_aton函數將TCP_SERVER_IP_ADDRESS字符串轉換為IPv4地址格式。

檢查IP地址的有效性：如果IP地址轉換失敗，函數會打印錯誤消息并返回。

創建TCP控制塊（PCB）：使用tcp_new_ip_type函數為客戶端創建一個新的TCP控制塊。

連接到遠程服務器：使用tcp_connect函數嘗試連接到遠程服務器的指定IP地址和端口TCP_CONN_PORT。如果連接成功，tcp_client_connected回調函數將被注冊，以便在連接建立后進行處理。

錯誤處理：如果在上述步驟中出現任何錯誤，函數會打印相應的錯誤消息并關閉TCP連接。

初始化發送緩沖區：為send_buf緩沖區填充數據，數據內容是0到9的數字字符。

總的來說，start_application函數的主要目的是初始化一個TCP客戶端，嘗試連接到指定的遠程服務器，并準備發送數據。

函數原型如下：

voidstart_application(void)
{
err_terr;
structtcp_pcb*pcb;
ip_addr_tremote_addr;
u32_ti;

#ifLWIP_IPV6==1
remote_addr.type=IPADDR_TYPE_V6;
err=inet6_aton(TCP_SERVER_IPV6_ADDRESS,&remote_addr);
#else
err=inet_aton(TCP_SERVER_IP_ADDRESS,&remote_addr);
#endif/*LWIP_IPV6*/

if(!err){
xil_printf("InvalidServerIPaddress:%d
",err);
return;
}

/*CreateClientPCB*/
pcb=tcp_new_ip_type(IPADDR_TYPE_ANY);
if(!pcb){
xil_printf("ErrorinPCBcreation.outofmemory
");
return;
}

err=tcp_connect(pcb,&remote_addr,TCP_CONN_PORT,
tcp_client_connected);
if(err){
xil_printf("Errorontcp_connect:%d
",err);
tcp_client_close(pcb);
return;
}
client.client_id=0;

/*initializedatabufferbeingsentwithsameasusediniperf*/
for(i=0;i

	

	tcp_fasttmr和tcp_slowtmr

	在lwip的TCP視線中，快速定時器（tcp_fasttmr）和慢速定時器（tcp_slowtmr）都是為了TCP連接的維護而存在的，但它們關注的方面和執行頻率是不同的。

	運行頻率：

	快速定時器：通常每250毫秒被調用一次（這是默認值，但可以配置）。

	慢速定時器：通常每500毫秒被調用一次（這也是默認值，但同樣可以配置）。

	關注的方面：

	連接的生命周期管理：例如，關閉那些已經結束但還沒有完全關閉的連接。

	持續活動檢測：例如，檢查長時間沒有活動的連接，并可能發送探測數據段來檢查對方是否仍然活躍。

	超時管理：管理那些因為長時間沒有響應而需要關閉的連接。

	擁塞控制：調整窗口大小和其他與流量控制相關的參數。

	重傳管理：如果一個數據段沒有得到確認，它會被重新發送。快速定時器負責處理這些重傳。

	延遲確認：TCP不會立刻確認每一個接收到的數據段，而是稍作延遲，以期待有數據可以與確認一同發送，從而減少網絡的數據包數量。快速定時器可以觸發這些延遲確認的發送。

	快速定時器 (tcp_fasttmr)

	主要關注：

	慢速定時器 (tcp_slowtmr)

	主要關注：

	簡而言之，快速定時器主要關注與數據傳輸直接相關的事務，如重傳和確認，而慢速定時器則更多地關注連接的維護、超時和流控制。

	tcp_write

	tcp_write 函數用于將數據排入到一個TCP連接的發送隊列。它是應用程序與 lwIP TCP層之間的一個關鍵接口，允許應用程序發送數據到其TCP連接。

	以下是關于 tcp_write 函數的一些關鍵點：

	非阻塞：與某些TCP/IP實現不同，tcp_write 是非阻塞的。這意味著，如果當前沒有足夠的可用緩沖區來容納你想發送的數據，函數將不會阻塞，而是返回一個錯誤。

	排隊，不是直接發送：當你調用 tcp_write 時，你實際上是將數據放入發送隊列，而不是立即發送數據。真正的數據傳輸將在后續的 lwIP 處理中進行，這可能涉及與其他TCP機制的交互，如擁塞控制。

	參數：該函數通常接受以下參數：

	pcb：代表TCP連接的控制塊。

	data：指向要發送數據的指針。

	len：要發送的數據的長度。

	flags：與數據發送相關的標志。例如，TCP_WRITE_FLAG_COPY 表示應從應用程序的數據緩沖區復制數據（而不是直接引用）。

	確認機制：使用 tcp_write 發送的數據將在對方確認收到之后才從發送隊列中移除。這意味著，即使你已經調用了 tcp_write，你也需要確保你的應用程序繼續處理（例如，通過調用 tcp_output 或等待 lwIP 的主循環）來確保數據被實際發送和確認。

	合適的調用時間：為了避免不必要的網絡擁塞和效率低下，建議在連接建立后或在接收到數據或發送緩沖區有可用空間時（通過相關的TCP回調函數）再調用 tcp_write。

	tcp_write 是 lwIP 的TCP API的一部分，與其他函數（如 tcp_connect, tcp_listen, tcp_close 等）一起，提供了完整的TCP功能。在使用它時，重要的是要理解其工作原理，以及與其他TCP操作的交互方式。

	






	審核編輯：劉清