lwip是瑞典計算機科學院(SICS)的Adam Dunkels 開發(fā)的一個小型開源的TCP/IP協(xié)議棧。實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM 的占用。
簡介
LwIP是Light Weight (輕型)IP協(xié)議，有無操作系統(tǒng)的支持都可以運行。LwIP實現(xiàn)的重點是在保持TCP協(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對RAM 的占用，它只需十幾KB的RAM和40K左右的ROM就可以運行，這使LwIP協(xié)議棧適合在低端的嵌入式系統(tǒng)中使用。
lwIP協(xié)議棧主要關(guān)注的是怎么樣減少內(nèi)存的使用和代碼的大小，這樣就可以讓lwIP適用于資源有限的小型平臺例如嵌入式系統(tǒng)。為了簡化處理過程和內(nèi)存要求，lwIP對API進行了裁減，可以不需要復(fù)制一些數(shù)據(jù)。
模式
lwip提供三種API：1)RAW API 2)lwip API 3)BSD API。
RAW API把協(xié)議棧和應(yīng)用程序放到一個進程里邊，該接口基于函數(shù)回調(diào)技術(shù)，使用該接口的應(yīng)用程序可以不用進行連續(xù)操作。不過，這會使應(yīng)用程序編寫難度加大且代 碼不易被理解。為了接收數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序會向協(xié)議棧注冊一個回調(diào)函數(shù)。該回調(diào)函數(shù)與特定的連接相關(guān)聯(lián)，當該關(guān)聯(lián)的連接到達一個信息包，該回調(diào)函數(shù)就會被協(xié)議 棧調(diào)用。這既有優(yōu)點也有缺點。優(yōu)點是既然應(yīng)用程序和TCP/IP協(xié)議棧駐留在同一個進程中，那么發(fā)送和接收數(shù)據(jù)就不再產(chǎn)生進程切換。主要缺點是應(yīng)用程序不 能使自己陷入長期的連續(xù)運算中，這樣會導(dǎo)致通訊性能下降，原因是TCP/IP處理與連續(xù)運算是不能并行發(fā)生的。這個缺點可以通過把應(yīng)用程序分為兩部分來克 服，一部分處理通訊，一部分處理運算。
lwip API把接收與處理放在一個線程里面。這樣只要處理流程稍微被延遲，接收就會被阻塞，直接造成頻繁丟包、響應(yīng)不及時等嚴重問題。因此，接收與協(xié)議處理必須 分開。LwIP的作者顯然已經(jīng)考慮到了這一點，他為我們提供了 tcpip_input() 函數(shù)來處理這個問題，雖然他并沒有在 rawapi 一文中說明。講到這里，讀者應(yīng)該知道tcpip_input()函數(shù)投遞的消息從哪里來的答案了吧，沒錯，它們來自于由底層網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動組成的接收線程。我們在編寫網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動時，其接收部分以任務(wù)的形式創(chuàng)建。數(shù)據(jù)包到達后，去掉以太網(wǎng)包頭得到IP包，然后直接調(diào)用tcpip_input()函數(shù)將其 投遞到mbox郵箱。投遞結(jié)束，接收任務(wù)繼續(xù)下一個數(shù)據(jù)包的接收，而被投遞得IP包將由TCPIP線程繼續(xù)處理。這樣，即使某個IP包的處理時間過長也不 會造成頻繁丟包現(xiàn)象的發(fā)生。這就是lwip API。
BSD API提供了基于open-read-write-close模型的unix標準API，它的最大特點是使應(yīng)用程序移植到其它系統(tǒng)時比較容易，但用在嵌入式系統(tǒng)中效率比較低，占用資源多。這對于我們的嵌入式應(yīng)用有時是不能容忍的。
特性
其主要特性如下：
(1)支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)；
(2)支持ICMP協(xié)議；
(3)包括實驗性擴展的UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)；
(4)包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP(傳輸控制協(xié)議)；
(5)提供專門的內(nèi)部回調(diào)接口(Raw API)，用于提高應(yīng)用程序性能；
(6)可選擇的Berkeley接口API (在多線程情況下使用) ；
(7)在最新的版本中支持ppp；
(8) 新版本中增加了的IP fragment的支持；
(9) 支持DHCP協(xié)議，動態(tài)分配ip地址。
移植
為了移植到μC/OS系統(tǒng)中，需要進行以下調(diào)整。
(1)信號量
LwIP中需要使用信號量進行通信，所以在sys_arch中應(yīng)實現(xiàn)相應(yīng)的信號量結(jié)構(gòu)體struct sys_semt和處理函數(shù)sys_sem_new() 、sys_sem_free() 、sys_sem_signal ( ) 和sys_arch_sem_wait ( ) 。由于μC/OS已經(jīng)實現(xiàn)了信號量OSEVENT的各種操作，并且功能和LwIP上面幾個函數(shù)的目的功能是完全一樣的，所以只要把μC/OS的函數(shù)重新包裝成上面的函數(shù)，就可直接使用。
(2)消息隊列
LwIP 使用消息隊列來緩沖、傳遞數(shù)據(jù)報文，因此要實現(xiàn)消息隊列結(jié)構(gòu)sys_mbox_t ，以及相應(yīng)的操作函數(shù)：sys_mbox_new() 、sys_mbox_free () 、sys_mbox _post () 和sys_arch_mbox_fetch() 。μC/OS實現(xiàn)了消息隊列結(jié)構(gòu)及其操作，但是μC/OS沒有對消息隊列中的消息進行管理，因此不能直接使用，必須在μC/OS的基礎(chǔ)上重新實現(xiàn)。具體實現(xiàn)時，對隊列本身的管理利用μC/OS自己的OSQ操作完成，然后使用μC/OS中的內(nèi)存管理模塊實現(xiàn)對消息的創(chuàng)建、使用、刪除和回收，兩部分綜合起來形成了LwIP的消息隊列功能。
(3)定時器函數(shù)
LwIP中每個和TCP/IP相關(guān)的任務(wù)的一系列定時事件組成一個單向鏈表，每個鏈表的起始指針存在lwip_timeouts 的對應(yīng)表項中，如圖2所示。移植時需要實現(xiàn)struct sys_timeouts * sys_arch_timeouts (void) 函數(shù)，該函數(shù)返回正處于運行態(tài)的線程所對應(yīng)的timeout 隊列指針。
(4) 創(chuàng)建新線程函數(shù)
在μC/OS 中，沒有線程(thread) 的概念，只有任務(wù)(Task) 。它提供了創(chuàng)建新任務(wù)的系統(tǒng)API調(diào)用OSTaskCreate，因此只要把OSTaskCreate封裝一下，就可以實現(xiàn)sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread并沒有μC/OS 中優(yōu)先級的概念，實現(xiàn)時要由用戶事先為LwIP中創(chuàng)建的線程分配好優(yōu)先級。
參考資料 >