移植lwIP至U-Boot

来源：互联网发布：matlab 初始化零矩阵编辑：程序博客网时间：2024/05/17 08:56

原文地址：http://www.wl-chuang.com/blog/2011/11/04/porting-lwip-to-uboot/

U-Boot是嵌入式系統上被廣為運用的boot loader，它擁有極為活躍的開發社群，也支援許多不同類型的CPU核心架構。U-Boot目前並不支援完整的TCP/IP，僅有限度地支援TFTP，方便開發者上傳韌體或是網路開機(BOOTP)。U-Boot身為boot loader非嵌入式作業系統，依據開放原始碼社群秉持地「精簡就是美」原則，不支援TCP/IP是可以理解的。萬一真的需要網路功能，移植一套完整的TCP/IP協定堆疊的任務雖然富有挑戰性，實務上亦是可行之道。

麻雀雖小五臟俱全的「lwIP」

lightweight IP(lwIP)是一個輕巧的開放原始碼之TCP/IP通訊協定之實作。lwIP首先由Adam Dunkels發表，目前則是以Kieran Mansley為計畫主持人，帶領開放原始碼社群進行該專案的維護與開發。

目前lwIP已實做的協定如下：

IP (Internet Protocol) including packet forwarding over multiple network interfaces
ICMP (Internet Control Message Protocol) for network maintenance and debugging
IGMP (Internet Group Management Protocol) for multicast traffic management
UDP (User Datagram Protocol) including experimental UDP-lite extensions
TCP (Transmission Control Protocol) with congestion control, RTT estimation and fast recovery/fast retransmit
Raw/native API for enhanced performance
DNS (Domain names resolver)
SNMP (Simple Network Management Protocol)
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
AUTOIP (for IPv4, conform with RFC 3927)
PPP (Point-to-Point Protocol)
ARP (Address Resolution Protocol) for Ethernet
Optional Berkeley-like socket API

lwIP設計理念主要是希望於支援TCP/IP協定的同時，於執行時期也能精簡記憶體之運用，以達成支援小型的嵌入式裝置、平台或即時作業系統(RTOS)的目標；除此之外，lwIP也已經移植到眾多RTOS平台上，例如：eCos…等等。由此這些特性來看，使用lwIP搭配U-Boot是一個好的選擇。

lwIP移植步驟

lwIP的的核心部份由ANSI C撰寫，使用目前的GCC應該可以直接交叉編譯(cross compiling)。整體來說要將lwIP移植到不同平台上，只要完成三件工作即可。首先要決定lwIP的組態；接著，補完lwIP需要之OS抽象層的實作；最後，撰寫lwIP之網路卡驅動程式。 lwIP architecture

一、選擇你要的lwIP組態

移植lwIP的第一步，要先決定將要啟用之lwIP的功能。由於lwIP包含許多通訊協定堆疊的實作以及許多系統開發除錯(debug)相關的功能，有些功能可能暫時使用不到，我們可以選擇將之關閉。

首先，建立並編輯「lwipopts.h」。以下為範例：

lwipopts.h

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101

#ifndef __LWIPOPTS_H__#define __LWIPOPTS_H__#define NO_SYS                      1#define MEM_LIBC_MALLOC             1#define MEMP_MEM_MALLOC             0#define MEMP_SEPARATE_POOLS         0#define MEM_ALIGNMENT               4#define MEM_SIZE                    (4 * 1024 * 1024)#define MEMP_NUM_PBUF               1024#define MEMP_NUM_UDP_PCB            20#define MEMP_NUM_TCP_PCB            20#define MEMP_NUM_TCP_PCB_LISTEN     16#define MEMP_NUM_TCP_SEG            128#define MEMP_NUM_REASSDATA          32#define MEMP_NUM_ARP_QUEUE          10#define PBUF_POOL_SIZE              512#define LWIP_ARP                    1#define LWIP_TCP                    1#define LWIP_UDP                    1#define LWIP_DHCP                   1#define IP_REASS_MAX_PBUFS          64#define IP_FRAG_USES_STATIC_BUF     0#define IP_DEFAULT_TTL              255#define IP_SOF_BROADCAST            1#define IP_SOF_BROADCAST_RECV       1#define LWIP_ICMP                   1#define LWIP_BROADCAST_PING         1#define LWIP_MULTICAST_PING         1#define LWIP_RAW                    1#define TCP_WND                     (4 * TCP_MSS)#define TCP_MSS                     1460#define TCP_SND_BUF                 (8 * TCP_MSS)#define TCP_LISTEN_BACKLOG          1#define LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK  1#define LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK    1#define LWIP_NETIF_HWADDRHINT       1#define LWIP_NETCONN                0#define LWIP_SOCKET                 0#define LWIP_STATS_DISPLAY          1#define MEM_STATS                   0#define SYS_STATS                   0#define MEMP_STATS                  0#define LINK_STATS                  0#define ETHARP_TRUST_IP_MAC         0#define ETH_PAD_SIZE                0#define LWIP_CHKSUM_ALGORITHM       2#define LWIP_TCP_KEEPALIVE          1#define MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT        5// Keepalive values, compliant with RFC 1122. Don't change this unless you know what you're doing#define TCP_KEEPIDLE_DEFAULT        10000UL // Default KEEPALIVE timer in milliseconds#define TCP_KEEPINTVL_DEFAULT       2000UL  // Default Time between KEEPALIVE probes in milliseconds#define TCP_KEEPCNT_DEFAULT         9U      // Default Counter for KEEPALIVE probesextern void* dma_memory_alloc(unsigned int size);extern void* dma_memory_calloc(unsigned int size, unsigned int number);extern void  dma_memory_free(void* ptr);#define mem_init()#define mem_free                    dma_memory_free#define mem_malloc                  dma_memory_alloc#define mem_calloc(c, n)            dma_memory_calloc((c) * (n))#define mem_realloc(p, sz)          (p)#define LWIP_MEM_ALIGN(addr) ((void *)(((u32_t)(addr) + MEM_ALIGNMENT - 1) & ~(MEM_ALIGNMENT - 1)))#define LWIP_DEBUG                  0#define ETHARP_DEBUG                LWIP_DBG_OFF#define NETIF_DEBUG                 LWIP_DBG_OFF#define PBUF_DEBUG                  LWIP_DBG_OFF#define API_LIB_DEBUG               LWIP_DBG_OFF#define API_MSG_DEBUG               LWIP_DBG_OFF#define SOCKETS_DEBUG               LWIP_DBG_OFF#define ICMP_DEBUG                  LWIP_DBG_OFF#define INET_DEBUG                  LWIP_DBG_OFF#define IP_DEBUG                    LWIP_DBG_OFF#define IP_REASS_DEBUG              LWIP_DBG_OFF#define RAW_DEBUG                   LWIP_DBG_OFF#define MEM_DEBUG                   LWIP_DBG_OFF#define MEMP_DEBUG                  LWIP_DBG_OFF#define SYS_DEBUG                   LWIP_DBG_OFF#define TCP_DEBUG                   LWIP_DBG_OFF#define TCP_INPUT_DEBUG             LWIP_DBG_OFF#define TCP_OUTPUT_DEBUG            LWIP_DBG_OFF#define TCP_RTO_DEBUG               LWIP_DBG_OFF#define TCP_CWND_DEBUG              LWIP_DBG_OFF#define TCP_WND_DEBUG               LWIP_DBG_OFF#define TCP_FR_DEBUG                LWIP_DBG_OFF#define TCP_QLEN_DEBUG              LWIP_DBG_OFF#define TCP_RST_DEBUG               LWIP_DBG_OFF#define UDP_DEBUG                   LWIP_DBG_OFF#define TCPIP_DEBUG                 LWIP_DBG_OFF#define PPP_DEBUG                   LWIP_DBG_OFF#define SLIP_DEBUG                  LWIP_DBG_OFF#define DHCP_DEBUG                  LWIP_DBG_OFF#endif /* __LWIPOPTS_H__ */

在lwipopts.h中，我們可以選擇開啟或關閉某些lwIP的模組、決定debug訊息的層級以及lwIP執行時的記憶體配置模型。尤有甚者，U-Boot缺乏多工、多執行緒能力，僅能支援lwIP提供之Raw API，所以需要關閉BSD socket支援。關於每個選項的意義，可以交叉參考「lwip/src/include/lwip/opt.h」裡的說明。

二、移植lwIP之OS抽象層

移植之抽象層至U-Boot並不會太複雜，且U-Boot並沒有多執行緒及其衍生之關於資源競爭(race condition)的議題，移植工程的複雜度可以大幅減輕。所以在這個階段，基本上我們只要解決C compiler的互通性問題即可。lwIP將與此議題相關的選項歸納於cc.h。

cc.h

1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344

#ifndef __ARCH_CC_H__#define __ARCH_CC_H__// Includes definition of macro to do printfextern int printf(const char *fmt, ...);#define BYTE_ORDER               LITTLE_ENDIAN#define LWIP_PLATFORM_BYTESWAP   0typedef unsigned char  u8_t;typedef char           s8_t;typedef unsigned short u16_t;typedef short          s16_t;typedef unsigned int   u32_t;typedef int            s32_t;typedef unsigned int*  mem_ptr_t;#define LWIP_ERR_T  int/* Define (sn)printf formatters for these lwIP types */#define U16_F "u"#define S16_F "d"#define X16_F "x"#define U32_F "u"#define S32_F "d"#define X32_F "x"/* Compiler hints for packing structures */#define PACK_STRUCT_FIELD(x)    x#define PACK_STRUCT_STRUCT  __attribute__((packed))#define PACK_STRUCT_BEGIN#define PACK_STRUCT_END/* Plaform specific diagnostic output */#define LWIP_PLATFORM_DIAG(x, ...)   do {                \        printf(x, ##__VA_ARGS__);                   \    } while (0)#define LWIP_PLATFORM_ASSERT(x) do {                \        printf("Assert \"%s\" failed at line %d in %s\n",   \                x, __LINE__, __FILE__);             \    } while (0)#endif /* __ARCH_CC_H__ */

移植時，需指定平台的「BYTE_ORDER」，可為”LITTLE_ENDIAN”或”BIG_ENDIAN”，與此選項相依的有「LWIP_PLATFORM_BYTESWAP」。若移植平台為32-bits little-endian ARM，將BYTE_ORDER設為LITTLE_ENDIAN，LWIP_PLATFORM_BYTESWAP指定為0即可。相關設定，可以參考範例。

三、移植timer相關函式

移植工作至此，除了驅動程式的撰寫外，僅剩下timer的移植。由於lwIP之通訊協定堆疊大多仰賴timer，因此timer的移植於lwIP重要性不言而喻。以U-Boot來說，關於timer的運用並無標準之API，彈性很大，移植者可以視平台狀況啟動timer，並撰寫合適的函式。有關此類函式，可集中於sys_arch.c

sys_arch.c

123456789

#include "lwip/sys.h"extern unsigned int timer2_now();extern unsigned int timer2_interval();u32_t sys_now(void){ return timer2_now() * timer2_interval();}

四、撰寫網路卡驅動程式

lwIP透過網路卡驅動程式由實體層收送封包，關於驅動程式的撰寫方式，可參考lwIP原始碼提供之「netif/ethernetif.c」。

結論

整體來說，移植lwIP至U-Boot並不複雜，但是相關文件不多，需要些許耐心地閱讀甚至追蹤、觀察原始碼的運作。但由於lwIP設計完備，些許心力即可換來與U-Boot的良好搭配，在在顯示open source的彈性與優點。

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