LWIP协议栈架构与设计解析
lwip协议栈中的pub_alloc
lwip协议栈中的pub_alloc
dev pbuf alloc函数简介
netdev_pbuf_alloc是网卡驱动中的内存申请函数，申请一块缓冲区用于存放网络报文数据。
2.pbuf结构分析
netdev_pbuf_alloc函数以pbuf结构申请内存空间。
3.pbuf_alloc函数封装
netdev_pbuf_alloc函数是pbuf_alloc函数的函数封装，对外
提供的函数接口只带有一个参数用于指定申请的缓冲区大小。
而
pbuf_alloc函数有三个参数，分别是申请的pbuf数据缓冲区是否带有偏移，数据缓冲区大小及缓冲区类型。
在netdev_pbuf_alloc函数中，申请的pbuf结构缓冲区数据偏移固定为0，缓冲区类型为
PBUF_POOL。
netdev_pbuf_alloc函数传入的第二个参数缓冲区大小
在调用pbuf_alloc函数申请pbuf结构时会被增加一个reserve长度，用于协议栈中的部分特殊操作。
3.1 pbuf_alloc函数第一个参数分析
在网络中通信的数据报文，除了真正的数据段外，还包括了
TCP/IP各层协议的报文头。
如用户有特殊需求，要在应用层构建报
文并直接通过网卡驱动发送，则需要申请pbuf结构的数据缓冲区带
有各层偏移。
(仅供参考)嵌入式网络那些事：LwIP协议深度剖析与实战演练(阅读笔记)
嵌入式网络那些事：LwIP协议深度剖析与实战演练（阅读笔记）TCP/IP协议模型可以分为4层（从下到上）：网络接口层（Network Interface Layer）、网络层（Internet Layer）、传输层（Transport Layer）、应用层（Application Layer）网络接口层：主要负责网络上数据帧的发送和接收。
一方面将上层（网络层）的数据组装成自己特定的数据帧并发送，另一方面接收网络中的发给自己的数据帧，并解析出帧中的数据后递交上层（网络层）。
网络层：主要负责主机之间的通信中选择数据报的传输路径，即路由。
一方面，当网络层接收到来自于上层（传输层）的数据分组后封装在IP数据报中，使用路由器算法来确定是直接交付数据报还是传递给路由器。
另一方面判断是否为给本机的数据报，是则去除首部后递交给上层(传输层)，否则转发给路由器。
传输层：主要提供应用程序之间的通信服务，即端到端通信。
为保证提供可靠的传输服务，可采用协商、确认、重发等机制。
应用层：利用传输层提供的数据传输功能发送字节的数据到对方。
应用层DNS、DHCP、HTTP、SNMP、API、BSD Socket传输层TCP、UDP网络层IPv4、IPv6、ICMP、IGMP、ARP网络接口PPP、SLIP、以太网、回环接口层第五章【在无操作系统模拟层环境下移植LwIP】1.LwIP是TCP/IP协议一种独立、简单的实现。
一般其运行需要几十KB的RAM和40KB的ROM。
2.使用的版本是1.3.2.主要功能有：①ARP协议，以太网地址解析协议；②IP协议，包括IPv4和IPv6，支持IP分片和重装，支持多网络接口下的数据包转发；③ICMP协议，用于网络调试与维护④IGMP协议，用于网络组管理，可以实现多播数据的接收；⑤UDP协议，用户数据报协议；⑥TCP协议，支持TCPTCP拥塞控制，RTT估计，快速恢复与重传等；⑦提供三种用户编程接口方式：raw/callback API、sequential API、BSD-style socket API；⑧DNS，域名解析；⑨SNMP，简单网络管理协议；⑩DHCP，动态主机配置协议；⑪AUTOIP，IP地址自动配置；⑫PPP，点对点协议，支持PPPoE。
wifi协议栈
wifi协议栈WiFi协议栈。
WiFi协议栈是指无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）中的通信协议栈，它是实现无线网络通信的关键组成部分。
WiFi协议栈通常包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等多个层次，每个层次都有自己的功能和特点，协同工作以实现高效的无线网络通信。
物理层是WiFi协议栈的最底层，它负责无线信号的调制解调、频谱分配、传输功率控制等工作。
在物理层之上是数据链路层，它负责无线信号的编解码、帧同步、信道访问控制等工作。
网络层负责IP地址分配、路由选择、分组转发等工作，传输层负责可靠数据传输、拥塞控制、流量管理等工作，而应用层则负责具体的网络应用，如Web浏览、文件传输、视频流媒体等。
在WiFi协议栈中，不同层次之间通过接口进行交互，每个层次只关注自己的功能，通过协同工作实现端到端的无线通信。
物理层负责将数字信号转换为模拟信号，并通过天线发送出去，接收端则将接收到的模拟信号转换为数字信号，交给数据链路层进行处理。
数据链路层负责将数据帧发送到正确的接收端，并进行差错检测和纠正，确保数据的可靠传输。
网络层负责将数据包发送到目标IP地址，并选择合适的路由进行转发，传输层负责建立端到端的数据传输连接，并确保数据的可靠传输。
应用层负责具体的网络应用，如Web浏览器将HTTP请求发送到服务器并接收响应，文件传输应用将文件发送到目标主机，视频流媒体应用将视频流发送到接收端等。
WiFi协议栈的设计旨在实现高效的无线网络通信，提高数据传输速率，降低传输延迟，提升网络吞吐量。
为了实现这一目标，WiFi协议栈采用了一系列技术，如信道复用技术、自适应调制技术、分组转发技术、拥塞控制技术等。
这些技术在不同层次上发挥作用，共同构成了高效的无线网络通信系统。
总的来说，WiFi协议栈是实现无线网络通信的关键技术之一，它通过多层次的协同工作，实现了高效的数据传输和网络应用。
μCOS-II-下-LwIP-协议栈的移植和测试
1、引言为了实现嵌入式系统终端连入互联网，而有必要为其引入了网络功能。
μC/OS II 是一个源代码开放的实时操作系统，但是它只是一个实时的任务调度及通信内核，并没有集成TCP/IP 通信协议，为了实现网络功能，需要在μC/OS II 移植一个轻量级的TCP/IP 通信协议LwIP。
本文主要论述μC/OS II 下通信协议LwIP 的移植以及测试。
2、LwIP 简介LwIP ( light weight IP)是瑞士计算机科学院的Adam Dunkels 等开发的一套开放TCP/IP 协议栈源代码。
LwIP 既可以移植到操作系统上，又可以在无操作系统的情况下独立运行。
LwIP 实现的重点是在保持TCP/IP 协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，这使LwIP 适合在低端嵌入式系统中使用。
其主要特点如下：（1）支持多网络接口下IP 转发；（2）支持ICMP 协议；（3）包括试验性扩展的UDP；（4）包括简单的拥塞控制，RTT 估算和快速恢复和快速转发的TCP；（5）提供专门的内部回调接口（Raw API）用于提高应用程序性能；（6）可选择的Berkeley 接口API；3、LwIP 协议栈移植到μC/OS II 操作系统的具体实现3.1 嵌入式系统结构和LwIP 接口整个嵌入式系统的结构如图 1 所示，由ARM 微处理器、网卡、网络设备驱动、μC/OSII 操作系统、LwIP 协议栈和应用程序组成。
图 1 嵌入式系统结构图LwIP 在设计时为了适应不同的操作系统，并没有在代码中使用和某个特定的操作系统相关的系统调用和数据结构，而是在LwIP 和操作系统之间提供了一个接口层（sys_arch interface），该接口主要实现的功能包括数据类型的定义、存储模式的选择、任务间的同步、时间和内存的管理等。
因此，完成LwIP 在μC/OS II 移植，我们就是要通过修改这个接口层来实现。
同时，还要根据自己所要实现的具体目的，可以对LwIP 协议栈进行一定的裁减。
LWIP目录结构以及在实验版web_server例子的实现原理
Date:2011/08/01LWIP目录结构LWIP/APIApi_lib.c:netbuf与netconn数据结构相关的各类函数Api_msg.c:api_msg的发送与处理，安装在UDP/TCP控制块上的接收处理回调函数，通过其可以向相应的conn发送邮件或信号量，来表示接收到什么。
Err.c：各种错误代码，以及一个错误翻译函数Socket.c:最抽象的socket系列函数实现代码Tcpip.c:TCPIP的主进程tcpip_thread—通过邮箱驱动，以及向主进程发送邮件的两个函数（tcpip_apimsg）用于API或tcpip_input用于网口驱动发送接收到的数据，还有主进程的tcpip_input(其初始化一个回调函数tcpip_init_done连同其调用参数，该回调函数在tcpip_thread所有初始化完毕后调用)。
LWIP/coreDhcp.cInet.c:校验和的计算以及主机网络字序的转换函数Inet6.c：ipversion校验和的计算Mem.c：内存管理函数集Memp.c：以数据结构为参数提供内存申请服务Netif.c：网络接口服务集合，用于维护netif串结构和对其配置，定义了一个netif串以及缺省的netifPbuf.c:pbuf结构服务集合，向上层函数提供理想化的数据包纳空间Stats.c：定义一个struct stats_lwip_stats全局变量，还有一个对其初始化的函数Sys.c:系统服务函数函数集合，建立在用户提供的原始系统服务函数之上Udp.c:一系统UDP层的函数，存在于TCPIP主进程中，主动函数api_msg.c中do.xx函数调用，如udp_bind().udp_send(),被动函数udp_input()是为ip_input()调用，还有一个安装udp_pcb回调函数的函数udp_recv.此外，还有一个udp_pcb的链表在此定义。
Tcp.c:tcp_in,c,tcp_input.c tcp_out.c tcp_output.cLWIP/CORE/IPV4Ip.c:ip层服务函数，包括一个在tcpip_thread()中调用的ip_input.cIp_addr.c：定义了两个变量ip_addr_any,ip_addr_broadcastLwip/core/ipv6Icmp6.c ip6.c ip6_addr.cLwip/core/ipv4/lwipIcmp.h inet.h ip.h ip_addr.h ip_frag.hLwip/include/ipv6/lwipIcmp.h inet.h ip.h ip_addr.hLWIP/include/lwipApi.h:是api_lib.c头文件，定义了netbuf和netconn两个数据结构Api_msg.h：api_msg.c的头文件，定义了api_msg_msg何api_msg两个数据结构Arch.h：处理器，编译器相关定义，包括大小端，字节对齐编译命令Debug.h所有debug相关的定义和开关Dhcp.h：dhcp.c的头文件，定义了dhcp数据结构Err.h：err.c的头文件List.h：lict.c的头文件Mem.h：mem.c头文件，定义了使用内存的大小，此外还有一些对齐用的宏Memp.h:memp.c头文件Netif.h：netif.c头文件，定义了netif的数据结构Opt.h：重要文件，定义各种控制结构缺省数目，堆空间容量，对齐配置，功能开关，debug 开关Pbuf.h：pbuf.c头文件，定义了pbuf数据结构Socket.h：socket.c头文件，定义了in_addr，socket_in，sockaddr，linger，timeeval，fd_set数据结构Stats.h：stats.c头文件，定义了stat_proto,stats_mem,stats_pbuf,stats_syselem,Stat_sys,stat数据结构Sys.h:sys.c的头文件，定义了sys_timeout，sys_timeouts数据结构Tcp.h：tcp.c的头文件，定义了tcp_pcb，tcp_pcb_listen，tcp_seg数据结构Tcpip.h：tcpip.c的头文件，定义了tcpip_msg数据结构Udp.h：udp.c头文件，定义了tcpip_hdr，udp_pcb数据结构Lwip/include/netifEtharp.h:etharp.c头文件，定义了eth_addr,eth_hdr,etharp_hdr,ethip_hdr数据结构定义了链路层数据包头结构Loopif.h：loopif.c头文件Slipif.h：slipif.c头文件Lwip/netifEtharp.c：各种ARP相关的函数，定义etharp_entry数据结构以及arp_table[]列表缓存Ethernetif.c：驱动程序板块Loopif.c：定义了换回解耦的两个函数Slipif.c：slip协议相关的函数外设应用层：该文件内函数会调用外设中间件提供的API函数，主要负责实现所需功能；外设中间件：本代码的外设中间件使用的是LwIP协议栈，调用底层的网口发送与接收API，实现所需的网络协议和较复杂的网络应用；外设驱动层：该文件内函数会读写芯片内的指定寄存器，将抽象的寄存器读写操作转化为较具体的API函数，供上层函数调用；外设寄存器层：该文件为指定外设的头文件，负责将与外设相关的寄存器地址映射到该文件中，使得上层可以对寄存器进行读写操作main函数里面lwip_stack_init(TCPIP_PRIO, tcpip_init_done, 0);跟踪程序其函数原型为：void lwip_stack_init(int thread_prio, void (* initfunc)(void *), void *arg){sys_init();//硬件初始化#ifdef STATSstats_init();#endif /* STATS */mem_init();//LWIP分配固定长度初始化memp_init();//LWIP分配不固定的长度初始化pbuf_init();//LWIP包缓冲管理pbufs初始化netif_init();//网络接口初始化，这里面有一个netif指针，这个指针指向netif()这个函数,这个指针给ip_addr,netmask,gw赋NULL，tcpip_init(thread_prio, initfunc, arg);//thread prio这个参数是被sys_thread_new(tcpip_thread,NULL,thread_prio)这个函数调用，这是一个操作系统线程的创建，/*void tcpip_init(void (* initfunc)(void *), void *arg)//指针函数{tcpip_init_done = initfunc;tcpip_init_done_arg = arg;mbox = sys_mbox_new();//LWIP提供的缓冲和传递报文sys_thread_new(tcpip_thread, NULL, TCPIP_THREAD_PRIO);}注：tcpip_init是lwip提供一个api，主要任务建立lwip的主线程tcpip_thread！并在主线程里完成ip_init,tcp_init, udp_init*/return;}1:tcpip_init_done对应程序里面的：static void tcpip_init_done(void *arg){/** At this point LWIP has been initialized, but the Ethernet interface has* not; the initialise_lwip_devices() call does so, adding in MicroC-OS/II* threads for low-level Ethernet MAC interface and TCP protocol timer.*//*lwip_devices_init();//这个函数将对在system.h中定义的所有已安装的以太网设备驱动程序进行注册,这个函数原型在alt_lwip_dev.c里面，调用函数get_mac_addr()和函数get_ip_addr ()从而获取系统的mac地址和IP地址。
嵌入式网络那些事：LwIP协议深度剖析与实战演练(阅读笔记)
TCP/IP协议模型可以分为4层（从下到上）：网络接口层（Network Interface Layer）、网络层（Internet Layer）、传输层（Transport Layer）、应用层（Application Layer）
网络接口层： 主要负责网络上数据帧的发送和接收。一方面将上层（网络层）的数据组装成自己特定的数据帧并发送，另一方面接收网络中的发给自己 的数据帧，并解析出帧中的数据后递交上层（网络层）。
大型网络
B类
10
128~191 2字节
2字节
16368 65534 中型网络
C类
110
192~223 3字节
1字节 2096896 254 小型网络
D类
1110 224~239
-
-
-
-
组播地址
E类
1111 240~255
-
-
-
-
保留
PACK_STRUCT_BEGIN //!<禁止编译器自对齐
PACK_STRUCT_END
以太网 目的地
址
以太 网
源地 址
帧类 型
硬件 类型
协议 类型
硬 件 地 址 长 度
协 议 地 址 长 度
O P
发送 方
以太 网
地址
发 送 方
IP
地 址
接收 方
以太 网
地址
接收 方
IP地
址
6（字
节）
6
2
2
2
1 12 6 4 6
4
以太网首部
28字节ARP数据包
6.以太网头部中的前两个字段是以太网的目的MAC地址和源MAC地址，目的地址为全1的特殊地址是以太网广播地址。 7.以太网帧类型，对于ARP包来说，为0x0806，对于IP数据包来说，为0x0800，对于PPPoE数据包来说，为0x8864。在网络数据中的数 据发送都是采用的大端方式，例如IP包的帧类型，先发0x08，后发0x00。 8.硬件地址长度和协议地址长度，对于以太网上ARP请求或应答来说，它们的值分别有6和4，代表MAC地址的长度和IP地址的长度。
基于ARM的LwIP协议栈研究与移植
LwIP（Lightweight IP）是一种专为嵌入式系统设计的轻量级TCP/IP协议。 它实现了TCP/IP协议栈的主要功能，包括IP、ICMP、IGMP、UDP、TCP等协议， 适用于内存受限的环境。LwIP具有可移植性、可扩展性、易用性等特点，因此 在嵌入式系统中得到了广泛应用。
三、基于FreeRTOS的LwIP移植
5、调试与测试：完成移植后，需要对系统进行调试和测试，确保网络连接的 稳定性和可靠性。这包括对网络接口的物理连接、软件配置、数据传输等进行 测试。
四、优化策略
为了提高基于ARM的LwIP协议栈的性能和效率，以下优化策略可以参考：
1、内存管理：由于嵌入式系统的内存资源有限，因此需要合理地管理内存。 可以采用内存池技术，预先分配一定数量的内存块，以减少内存碎片和内存分 配的时间开销。
一、实时操作系统FreeRTOS
FreeRTOS是一个开源的、可扩展的、适用于各种不同平台（包括ARM CortexM系列、AVR、PIC32等）的实时操作系统。FreeRTOS内核提供多任务调度、任 务优先级管理、中断处理等功能，使得嵌入式系统可以更加高效、可靠地进行 任务管理和资源分配。
二、LwIP协议
4、减少系统资源占用
在嵌入式系统中，资源通常是有限的。因此，为了优化系统的性能和可靠性， 可以减少系统资源占用的比例。例如，在使用任务堆栈时，可以使用较小的堆 栈大小来避免过多的内存占用；在使用中断处理函数时，可以尽量减少中断处 理函数的执行时间，避免长时间占用CPU资源。
五、结论
本次演示介绍了基于实时操作系统FreeRTOS的LwIP协议的移植和优化方法。 通过使用内存池技术、异步通信技术、优化协议栈处理函数以及减少系统资源 占用等优化方法，可以提高系统的性能和可靠性。在嵌入式系统中，基于 FreeRTOS的LwIP协议的移植和优化具有重要的意义和应用价值。
lwIP基本栈接口层(tcp部分)
• lwIP(TCP/IP)协议栈移植 • lwIP - A Lightweight TCP/IP st...
最近读者：
登录后，您就 出现在这里。
风望天子 277177648
gwf713 charles_526 345073919
炫→文
xiaoke2457 zhangfeez ju
网友评论：
发表评论： 内 容：
返回：ERR_OK表示发送成功，其它表示发送失败。
实际上这个函数仅是将数据放入发送队列中，但并不会立即发送，它会等待更多的数据一并发送，这样会更有效率。如果需要立即发送的话，这个函数用后要 调用tcp_output函数（下一个讲）。
2、err_t tcp_output(struct tcp_pcb *pcb) 说明：从发送队列中查看有多少待发送的数据包，并将它们发送出去。 参数：pcb协议控制块 返回：ERR_OK表示发送成功或没有可发送的数据，其它表示出错。
用户名:
密码:
登录 注册
使用lwIP的TCP/IP协议栈提供的服务有两种方式：一种是使用lwIP API接口，另一种是直接调用TCP和UDP模块中的函数。本文主要介绍第二种中TCP模块部 分的主要函数。
本文在xilinx的SDK工具中根据生成的源码总结出的几个主要函数，源码中其它大部分函数均是被这几个主要函数的调用来实现功能的。通过这几个函数可 以直接在裸机下运行实现协议。需要注意的是，所有函数均是基于“tcp_pcb”这样一个结构体上实现的，定义如图所示。
本文在xilinx的sdk工具中根据生成的源码总结出的几个主要函数源码中其它大部分函数均是被这几个主要函数的调用来实现功能的
lwIP基本栈接口层（tcp部分）_海纳百川 有容乃大_空间Page 1 of 4
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LWIP协议栈架构与设计解析
LWIP（Light Weight IP）是一个用于嵌入式系统的开源TCP/IP协议栈。
它是为了解决嵌入式设备资源有限、内存受限等问题而设计的，具有
轻量化、灵活、易于移植等特点。
下面将对LWIP协议栈的架构与设计进
行解析。
1.LWIP的架构
（1）网络接口层：网络接口层提供了与硬件驱动程序交互的接口，
通过这一层实现数据包的发送和接收。
LWIP提供了一个网络设备抽象层，可以方便地适配不同的硬件接口。
（2）核心协议层：核心协议层实现了常用的协议，如IP协议、TCP
协议和UDP协议等。
这一层主要负责数据包的分组、转发和重传等功能，
保证了数据的可靠传输。
（3）应用层：应用层提供了常用的网络应用协议，如HTTP、FTP等。
LWIP的应用层实现可以根据需求进行选择和配置。
（4）操作系统适配层：操作系统适配层是LWIP与操作系统之间的接口，主要负责处理操作系统的相关任务，如内存管理、线程调度等。
LWIP
可以支持不同的操作系统，如RTOS（实时操作系统）和裸机系统。
2.LWIP的设计
（1）内存管理：LWIP使用动态内存管理，可以根据需要分配和释放
内存。
它提供了两种内存池：PBUF（包缓冲区）和RAW（原始数据）。
PBUF用于存储网络数据包，RAW用于存储应用程序数据。
这种内存管理方
式可以根据需求进行调整，以适应不同的内存限制。
（2）事件驱动机制：LWIP基于事件驱动的模型，利用回调函数来处理网络事件。
这种机制能够充分利用系统资源，并且可以灵活地处理网络事件。
当一个事件发生时，LWIP会调用相应的回调函数进行处理。
（3）可配置性：LWIP具有灵活的配置选项，可以根据需要打开或关闭相应的功能。
用户可以根据具体应用的需求进行配置，以达到最佳的性能和资源使用效率。
（4）高度移植性：LWIP的代码结构清晰、模块化，实现了与操作系统和硬件无关的设计。
它提供了一组通用的API，可以方便地在不同的平台上进行移植和定制。
总结：
LWIP协议栈是一个针对嵌入式系统的轻量级TCP/IP协议栈，具有灵活、可配置和易于移植的特点。
它的架构主要包括网络接口层、核心协议层、应用层和操作系统适配层。
LWIP的设计考虑了嵌入式设备资源有限的特点，采用动态内存管理、事件驱动机制和可配置性等设计策略，以满足嵌入式设备的需求。