lwip

LwIP是Light Weight (輕型)IP協議，有無操作系統的支持都可以運行。LwIP實現的重點是在保持TCP協議主要功能的基礎上減少對RAM 的佔用，它只需十幾KB的RAM和40K左右的ROM就可以運行，這使LwIP協議棧適合在低端的嵌入式系統中使用。 ^[1] 

lwIP協議棧主要關注的是怎麼樣減少內存的使用和代碼的大小，這樣就可以讓lwIP適用於資源有限的小型平台例如嵌入式系統。為了簡化處理過程和內存要求，lwIP對API進行了裁減，可以不需要複製一些數據。

lwip提供三種API：1、RAW API 2、lwip API 3、BSD API。

RAW API把協議棧和應用程序放到一個進程裏邊，該接口基於函數回調技術，使用該接口的應用程序可以不用進行連續操作。不過，這會使應用程序編寫難度加大且代碼不易被理解。為了接收數據，應用程序會向協議棧註冊一個回調函數。該回調函數與特定的連接相關聯，當該關聯的連接到達一個信息包，該回調函數就會被協議棧調用。這既有優點也有缺點。優點是既然應用程序和TCP/IP協議棧駐留在同一個進程中，那麼發送和接收數據就不再產生進程切換。主要缺點是應用程序不能使自己陷入長期的連續運算中，這樣會導致通訊性能下降，原因是TCP/IP處理與連續運算是不能並行發生的。這個缺點可以通過把應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裏面。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、響應不及時等嚴重問題。因此，接收與協議處理必須分開。LwIP的作者顯然已經考慮到了這一點，他為我們提供了 tcpip_input() 函數來處理這個問題， 雖然他並沒有在 rawapi 一文中説明。 講到這裏，讀者應該知道tcpip_input()函數投遞的消息從哪裏來的答案了吧，沒錯，它們來自於由底層網絡驅動組成的接收線程。我們在編寫網絡驅動時， 其接收部分以任務的形式創建。 數據包到達後， 去掉以太網包頭得到IP包， 然後直接調用tcpip_input()函數將其投遞到mbox郵箱。投遞結束，接收任務繼續下一個數據包的接收，而被投遞得IP包將由TCPIP線程繼續處理。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象的發生。這就是lwip API。

BSD API提供了基於open-read-write-close模型的UNIX標準API，它的最大特點是使應用程序移植到其它系統時比較容易，但用在嵌入式系統中效率比較低，佔用資源多。這對於我們的嵌入式應用有時是不能容忍的。 ^[2] 

其主要特性如下： ^[1] 

(1)支持多網絡接口下的IP轉發；

(2)支持ICMP協議；

(3)包括實驗性擴展的UDP(用户數據報協議)；

(4)包括阻塞控制、RTT 估算、快速恢復和快速轉發的TCP(傳輸控制協議)；

(5)提供專門的內部回調接口(Raw API)，用於提高應用程序性能；

(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協議,動態分配ip地址.

為了移植到μC/OS系統中，需要進行以下調整。

LwIP中需要使用信號量進行通信，所以在sys_arch中應實現相應的信號量結構體struct sys_semt和處理函數sys_sem_new() 、sys_sem_free() 、sys_sem_signal ( ) 和sys_arch_sem_wait ( ) 。由於μC/OS已經實現了信號量OSEVENT的各種操作，並且功能和LwIP上面幾個函數的目的功能是完全一樣的，所以只要把μC/OS的函數重新包裝成上面的函數，就可直接使用。

LwIP 使用消息隊列來緩衝、傳遞數據報文，因此要實現消息隊列結構sys_mbox_t ，以及相應的操作函數：sys_mbox_new() 、sys_mbox_free () 、sys_mbox _post () 和sys_arch_mbox_fetch() 。μC/OS實現了消息隊列結構及其操作，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的基礎上重新實現。具體實現時，對隊列本身的管理利用μC/OS自己的OSQ操作完成，然後使用μC/OS中的內存管理模塊實現對消息的創建、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

LwIP中每個和TCP/IP相關的任務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 的對應表項中。移植時需要實現struct sys_timeouts * sys_arch_timeouts (void) 函數，該函數返回正處於運行態的線程所對應的timeout 隊列指針。

在μC/OS 中，沒有線程(thread) 的概念，只有任務(Task) 。它提供了創建新任務的系統API調用OSTaskCreate，因此只要把OSTaskCreate封裝一下，就可以實現sys_thread_new。需要注意的是LwIP中的thread並沒有μC/OS 中優先級的概念，實現時要由用户事先為LwIP中創建的線程分配好優先級。