【兆易GD32H759I-EVAL】 FreeRTOS_tcpudp例程学习与TCP测试

尹小舟

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本帖最后由尹小舟于 2024-6-11 22:37 编辑

前面分析了main函数，我们现在继续学习分析LWIP;

/*!
    \brief      initializes the LwIP stack
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void lwip_stack_init(void)
{
    ip_addr_t ipaddr;
    ip_addr_t netmask;
    ip_addr_t gw;

    /* create tcp_ip stack thread */
    tcpip_init( NULL, NULL );

    /* IP address setting */
#ifdef USE_DHCP
    ipaddr.addr = 0;
    netmask.addr = 0;
    gw.addr = 0;
#else
    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDR0, IP_ADDR1, IP_ADDR2, IP_ADDR3);
    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDR0, NETMASK_ADDR1 , NETMASK_ADDR2, NETMASK_ADDR3);
    IP4_ADDR(&gw, GW_ADDR0, GW_ADDR1, GW_ADDR2, GW_ADDR3);
  
#endif /* USE_DHCP */

#ifdef USE_ENET0
    /* - netif_add(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr,
              ip_addr_t *netmask, ip_addr_t *gw,
              void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
              err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))

     Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
    netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
    Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
    or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.

    The init function pointer must point to a initialization function for
    your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.*/

    netif_add(&g_mynetif0, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);
    /* registers the default network interface */
    netif_set_default(&g_mynetif0);
    netif_set_status_callback(&g_mynetif0, lwip_netif_status_callback);

    /* when the netif is fully configured this function must be called */
    netif_set_up(&g_mynetif0);

#endif /* USE_ENET0 */

#ifdef USE_ENET1
    /* - netif_add(struct netif *netif, ip_addr_t *ipaddr,
              ip_addr_t *netmask, ip_addr_t *gw,
              void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
              err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))

     Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
    netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
    Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
    or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.

    The init function pointer must point to a initialization function for
    your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.*/

    netif_add(&g_mynetif1, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);
    /* registers the default network interface */
    netif_set_default(&g_mynetif1);
    netif_set_status_callback(&g_mynetif1, lwip_netif_status_callback);

    /* when the netif is fully configured this function must be called */
    netif_set_up(&g_mynetif1);

#endif /* USE_ENET1 */
}

函数定义

void lwip_stack_init(void)  
{  
    // ...  
}

变量定义

ip_addr_t ipaddr;  
ip_addr_t netmask;  
ip_addr_t gw;

这三个变量用于存储 IP 地址、子网掩码和网关地址。

lwIP 栈初始化

tcpip_init( NULL, NULL );

tcpip_init() 函数用于初始化 lwIP 的 TCP/IP 核心模块。它通常创建一个或多个线程来处理 lwIP 的内部操作。在这个例子中，tcpip_init() 被调用时没有传递任何参数（NULL, NULL），这可能意味着使用了默认的参数，这些参数对于当前配置不是必需的。

IP 地址设置

#ifdef USE_DHCP
    ipaddr.addr = 0;
    netmask.addr = 0;
    gw.addr = 0;
#else
    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDR0, IP_ADDR1, IP_ADDR2, IP_ADDR3);
    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDR0, NETMASK_ADDR1 , NETMASK_ADDR2, NETMASK_ADDR3);
    IP4_ADDR(&gw, GW_ADDR0, GW_ADDR1, GW_ADDR2, GW_ADDR3);
  
#endif /* USE_DHCP */

如果定义了 USE_DHCP，则 IP 地址、子网掩码和网关地址被初始化为 0，表示这些值将通过 DHCP 协议自动获取。

如果没有定义 USE_DHCP，则使用静态配置的 IP 地址、子网掩码和网关。这里使用 IP4_ADDR 宏来设置这些值。

网络接口添加

#ifdef USE_ENET0  
    netif_add(&g_mynetif0, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);  
    netif_set_default(&g_mynetif0);  
    netif_set_status_callback(&g_mynetif0, lwip_netif_status_callback);  
    netif_set_up(&g_mynetif0);  
#endif /* USE_ENET0 */

如果定义了 USE_ENET0，则使用 netif_add() 函数将网络接口 g_mynetif0 添加到 lwIP 的网络接口列表中。这个函数需要网络接口结构体的指针、IP 地址、子网掩码、网关地址、一个用户定义的状态指针（在这里是 NULL）、初始化函数 ethernetif_init 和输入函数 tcpip_input。然后，netif_set_default() 函数将 g_mynetif0 设置为默认的网络接口。这意味着在没有明确指定网络接口的情况下，lwIP 将使用此接口发送数据。netif_set_status_callback() 函数用于设置网络接口的状态回调函数 lwip_netif_status_callback。当网络接口的状态发生变化时（例如，链接上或链接下），这个回调函数将被调用。最后，netif_set_up() 函数将网络接口设置为启动状态，使其能够发送和接收数据包。
lwip_stack_init() 函数通过调用 tcpip_init() 初始化 lwIP 栈，并根据是否定义了 USE_DHCP 来选择使用 DHCP 还是静态配置来设置 IP 地址、子网掩码和网关。然后，如果定义了 USE_ENET0，它将添加网络接口 g_mynetif0 到 lwIP 的网络接口列表中，并设置其默认状态和状态回调函数。最后，它将网络接口设置为启动状态。

lwip_netif_status_callback

该函数是LWIP（Lightweight IP）网络栈中网络接口状态变化时的回调函数。当网络接口完全配置并启动后，该函数会被调用以初始化telnet服务器、TCP客户端和UDP回显服务。

/*!
    \brief      after the netif is fully configured, it will be called to initialize the function of telnet, client and udp
    \param[in]  netif: the struct used for lwIP network interface
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void lwip_netif_status_callback(struct netif *netif)
{
    if(((netif->flags & NETIF_FLAG_UP) != 0) && (0 != netif->ip_addr.addr)) {
        /* initilaize the tcp server: telnet 8000 */
        hello_gigadevice_init();
        /* initilaize the tcp client: echo 10260 */
        tcp_client_init();
        /* initilaize the udp: echo 1025 */
        udp_echo_init();
    }
}

函数名：
- void lwip_netif_status_callback(struct netif *netif)：函数没有返回值（void），并接受一个指向netif结构的指针作为参数。netif结构包含了网络接口的配置信息。
函数体：
- 首先，函数检查netif的两个状态标志：
  - NETIF_FLAG_UP：确保网络接口是启动的（up）。
  - netif->ip_addr.addr：确保网络接口已分配了一个非零的IP地址。
- 如果上述两个条件都满足，函数会初始化以下服务：
  - hello_gigadevice_init()：这个函数用于初始化TCP服务器:，监听在8000端口上。
  - tcp_client_init()：这个函数是用于初始化一个TCP客户端的，端口10260
  - udp_echo_init()：这个函数用于初始化一个UDP回显服务，监听在1025端口上。UDP回显服务是一个简单的服务，它接收客户端发送的UDP数据包，并将完全相同的数据包发送回客户端。

hello_task


/*!
    \brief      hello task
    \param[in]  arg: user supplied argument
    \param[out] none
    \retval     none
*/
static void hello_task(void *arg)
{
    int ret;
    int sockfd = -1, newfd = -1;
    uint32_t len;
    int tcp_port = 8000;
    int recvnum;
    struct sockaddr_in svr_addr, clt_addr;
    char buf[50];

    /* bind to port 8000 at any interface */
    svr_addr.sin_family = AF_INET;
    svr_addr.sin_port = htons(tcp_port);
    svr_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

    name_recv.length = 0;
    name_recv.done = 0;

    while(1) {
        /* create a TCP socket */
        sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if(sockfd < 0) {
            continue;
        }

        ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&svr_addr, sizeof(svr_addr));
        if(ret < 0) {
            lwip_close(sockfd);
            sockfd = -1;
            continue;
        }

        /* listen for incoming connections (TCP listen backlog = 1) */
        ret = listen(sockfd, 1);
        if(ret < 0) {
            lwip_close(sockfd);
            continue;
        }

        len = sizeof(clt_addr);

        /* grab new connection */
        newfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clt_addr, (socklen_t *)&len);
        if(-1 != newfd) {
            send(newfd, (void *)&GREETING, sizeof(GREETING), 0);
        }

        while(-1 != newfd) {
            /* reveive packets, and limit a reception to MAX_NAME_SIZE bytes */
            recvnum = recv(newfd, buf, MAX_NAME_SIZE, 0);
            if(recvnum <= 0) {
                lwip_close(newfd);
                newfd = -1;
                break;
            }
            hello_gigadevice_recv(newfd, buf, recvnum);
        }

        lwip_close(sockfd);
        sockfd = -1;
    }
}

这个hello_task函数是一个基于LWIP（Lightweight IP）库的TCP服务器任务。它监听在特定端口（8000）上的TCP连接，并在连接建立后发送一个问候消息（GREETING，这个变量在函数外部定义，没有在此段代码中给出），然后接收并处理来自客户端的数据。以下是对该函数的详细解释：

变量定义：
- sockfd 和 newfd：分别用于监听套接字和与客户端通信的套接字。
- tcp_port：服务器监听的TCP端口号（8000）。
- svr_addr 和 clt_addr：分别用于存储服务器和客户端的地址信息。
- buf：用于存储从客户端接收到的数据。
- recvnum：表示从客户端接收到的数据字节数。
- len：用于accept函数，表示客户端地址结构的长度。
- ret：用于存储系统调用的返回值。
设置服务器地址：
- 使用AF_INET（IPv4）作为地址族。
- 监听端口设置为8000。
- 绑定到任何可用的网络接口（INADDR_ANY）。
无限循环：
- 在这个循环中，服务器不断地尝试创建套接字、绑定、监听，并接受新的连接。
创建套接字：
- 使用socket函数创建一个TCP套接字。
绑定套接字：
- 使用bind函数将套接字绑定到指定的地址和端口。
- 如果绑定失败，关闭套接字并继续下一次循环。
监听连接：
- 使用listen函数开始监听连接。
- 如果监听失败，关闭套接字并继续下一次循环。

接受连接：

使用accept函数接受一个新的连接。

如果成功接受连接，向客户端发送一个问候消息（GREETING）

#define GREETING           "\n\r======= HelloGigaDevice =======\
                            \n\r== GD32 ==\
                            \n\r== Telnet SUCCESS==\
                            \n\rHello. What is your name?\r\n"
#define HELLO              "\n\rGigaDevice PORT Hello "

接收和处理数据：
- 在内部循环中，使用recv函数从客户端接收数据。
- 如果接收到的数据长度小于或等于0（表示连接已关闭或出错），则关闭与客户端的套接字并退出内部循环。
- 否则，调用hello_gigadevice_recv函数（这个函数在代码段中没有给出，可能是处理接收到的数据的自定义函数）。
关闭套接字：
- 这是为了重新进入循环并尝试再次绑定和监听。但通常，服务器只需要一个监听套接字，并在整个运行期间保持打开状态。这里的关闭和重新创建可能是出于某种特定的需求或测试目的。

实验现象