LWIP：RTThread + LWIP

article/2025/8/25 17:40:59

1. 序言

  • 今天跟大家简单分享 LWIP + RTThread 的移植注意事项，记得以前刚接触 LWIP 那会，是跟着野火的教程一起走，而大部分 LWIP 移植教程都是以 freeRTOS 为主，本着支持 RTThread 的想法，在当时就想着移植 LWIP 到 RTThread 上，没想到翻车了，sockets 连接总是连接不上而 netconn 就可以，后面就放弃了…………，直到现在，把它捡起来！
  • 本文仅简单描述其中需要注意的事项，需要对 RTThread 和 LWIP 有一定的了解，详细的移植教程无法做到一一细说，还是建议大家去看看野火的教程《LwIP 应用开发实战指南》和 《RT-Thread 内核实现与应用开发实战指南》，都是不错的入门书籍（本文也引用了一些资料）。
  • 基于STM32 + RTThread Nano 3.1.3 + LWIP 2.1.3，当然直接使用全功能的RT-Thread IoT 就可以直接拥有丰富的网络协议，但是对于一些仅需要简单的TCP/UDP应用，也是一个不错的移植选择方案。

2. 实现

  1. 实现phy的底层驱动文件。
  2. 移植RTThread Nano 到工程。
  3. 移植LWIP文件到工程，使用STM32CubeMX勾选LWIP协议，参照生成的工程实现ethernetif.c文件。
  4. 移植sys_arch.c文件（非常重要）。
/** 主要实现的内容：内核邮箱、内核互斥量、内核信号量、内核线程创建、内核保护* 可参照STM32CubeMX生成的sys_arch.c*   */
#include <lwip/stats.h>
#include <lwip/debug.h>
#include <string.h>
#include "lwip/def.h"
#include "lwip/sys.h"
#include <lwip/opt.h>
#include <lwip/arch.h>
#include "tcpip.h"
#include "rtthread.h"/*------------------------IPC邮箱实现-------------------------------------------*/uint32_t mbox_count=0;		//用于对象容器名称计数err_t sys_mbox_new(sys_mbox_t *mbox, int size)
{char s1[]="RT_MBX";char s2=mbox_count+'0';char *s3=s1+s2;mbox_count++;	*mbox = rt_mb_create(s3,(rt_ubase_t)size,RT_IPC_FLAG_PRIO);if(*mbox == NULL) {return ERR_MEM;}return ERR_OK;
}void sys_mbox_free(sys_mbox_t *mbox)
{rt_mb_delete(*mbox);
}void sys_mbox_post(sys_mbox_t *mbox, void *msg)
{rt_base_t ret;//由于RTThread邮箱大小为4个字节，所以这里传递的是指针指向的地址while(ERR_OK != rt_mb_send_wait(*mbox, (rt_uint32_t)msg, RT_WAITING_FOREVER));
}err_t sys_mbox_trypost(sys_mbox_t *mbox, void *msg)
{rt_base_t ret;//由于RTThread邮箱大小为4个字节，所以这里传递的是指针指向的地址ret = rt_mb_send(*mbox, (rt_uint32_t)msg);if (ret == RT_EOK) {return ERR_OK;} else {return ERR_MEM;}
}err_t sys_mbox_trypost_fromisr(sys_mbox_t *mbox, void *msg)
{return sys_mbox_trypost(mbox, msg);
}u32_t sys_arch_mbox_fetch(sys_mbox_t *mbox, void **msg, u32_t timeout_ms)
{rt_base_t ret;void *msg_dummy;if (!msg) {msg = &msg_dummy;}if (!timeout_ms) {/* wait infinite */ret = rt_mb_recv(*mbox, (rt_uint32_t*)msg, RT_WAITING_FOREVER);} else {rt_tick_t timeout_ticks = timeout_ms;ret = rt_mb_recv(*mbox, (rt_uint32_t*)msg, timeout_ticks);if (ret != RT_EOK) {/* timed out */*msg = NULL;return SYS_ARCH_TIMEOUT;}}/* Old versions of lwIP required us to return the time waited.This is not the case any more. Just returning != SYS_ARCH_TIMEOUThere is enough. */return 1;
}u32_t sys_arch_mbox_tryfetch(sys_mbox_t *mbox, void **msg)
{rt_base_t ret;void *msg_dummy;if (!msg) {msg = &msg_dummy;}ret = rt_mb_recv(*mbox, (rt_uint32_t*)&(*msg), 0);if (ret != RT_EOK) {*msg = NULL;return SYS_MBOX_EMPTY;}/* Old versions of lwIP required us to return the time waited.This is not the case any more. Just returning != SYS_ARCH_TIMEOUThere is enough. */return 1;
}int sys_mbox_valid(sys_mbox_t *mbox)
{if (*mbox == NULL)return 0;elsereturn 1;
}void sys_mbox_set_invalid(sys_mbox_t *mbox)
{*mbox = NULL;
}/*----------------------------IPC信号量实现---------------------------------*/uint32_t sem_count=0;		//用于对象容器名称计数err_t sys_sem_new(sys_sem_t *sem, u8_t initial_count)
{char s1[]="RT_SEM";char s2=sem_count+'0';char *s3=s1+s2;sem_count++;*sem = rt_sem_create(s3,1,RT_IPC_FLAG_PRIO);if(*sem == NULL) {return ERR_MEM;}if(initial_count == 0)		{rt_sem_trytake(*sem);}else if(initial_count == 1) {rt_base_t ret = rt_sem_release(*sem);}return ERR_OK;
}u32_t sys_arch_sem_wait(sys_sem_t *sem, u32_t timeout_ms)
{rt_base_t ret;if(!timeout_ms) {/* wait infinite */ret = rt_sem_take(*sem, RT_WAITING_FOREVER);} else {rt_tick_t timeout_ticks = timeout_ms;ret = rt_sem_take(*sem, timeout_ticks);if (ret != RT_EOK) {/* timed out */return SYS_ARCH_TIMEOUT;}}/* Old versions of lwIP required us to return the time waited.This is not the case any more. Just returning != SYS_ARCH_TIMEOUThere is enough. */return 1;
}void sys_sem_signal(sys_sem_t *sem)
{rt_base_t ret;ret = rt_sem_release(*sem);
}void sys_sem_free(sys_sem_t *sem)
{rt_sem_delete(*sem);
}int sys_sem_valid(sys_sem_t *sem)
{if (*sem == NULL)return 0;elsereturn 1;
}void sys_sem_set_invalid(sys_sem_t *sem)
{*sem = NULL;
}/*----------------------------IPC互斥量---------------------------------*/#if LWIP_COMPAT_MUTEX == 0uint32_t mutex_count=0;		//用于对象容器名称计数err_t sys_mutex_new(sys_mutex_t *mutex)
{char s1[]="RT_MUTEX";char s2=mutex_count+'0';char *s3=s1+s2;mutex_count++;*mutex = rt_mutex_create(s3,RT_IPC_FLAG_PRIO);if(*mutex == NULL) {return ERR_MEM;}return ERR_OK;
}void sys_mutex_free(sys_mutex_t *mutex)
{rt_mutex_delete(*mutex);
}void sys_mutex_lock(sys_mutex_t *mutex)
{rt_base_t ret;ret = rt_mutex_take(*mutex, RT_WAITING_FOREVER);
}void sys_mutex_unlock(sys_mutex_t *mutex)
{rt_base_t ret;ret = rt_mutex_release(*mutex);
}#endif/*----------------------------IPC线程---------------------------------*/sys_thread_t sys_thread_new(const char *name, lwip_thread_fn thread, void *arg, int stacksize, int prio)
{rt_base_t ret;sys_thread_t lwip_thread;size_t rtos_stacksize;rtos_stacksize = (size_t)stacksize;lwip_thread = rt_thread_create(name,thread,arg,rtos_stacksize,prio,50);													 rt_thread_startup(lwip_thread);return lwip_thread;
}/*----------------------------保护内存申请等---------------------------------*///强烈建议在lwipopts.h将该宏打开，
//SYS_LIGHTWEIGHT_PROT宏实现可以用于保护内核申请内存时通过互斥量保护，
//可以有效避免由于内存申请出现的错误。#if SYS_LIGHTWEIGHT_PROT == 1sys_mutex_t lwip_sys_mutex;			//内存保护void sys_init(void)
{lwip_sys_mutex = rt_mutex_create("RT_MUTEX_PRO",RT_IPC_FLAG_PRIO);
}sys_prot_t sys_arch_protect(void)
{rt_base_t ret;ret = rt_mutex_take(lwip_sys_mutex, RT_WAITING_FOREVER);return 1;
}void sys_arch_unprotect(sys_prot_t pval)
{LWIP_UNUSED_ARG(pval);rt_base_t ret;ret = rt_mutex_release(lwip_sys_mutex);}
//void sys_arch_msleep(u32_t delay_ms)
//{
//  rt_thread_delay(delay_ms);
//}#endif/*-----------------------------LWIP时间计数-------------------------------------*/u32_t sys_now(void)
{return rt_tick_get();
}u32_t sys_jiffies(void)
{return rt_tick_get();
}
  1. 由于RTThread线程启动的特殊性，main函数是在一个线程里面被调用执行的，如果在main函数里面创建更高优先级的线程，就会马上执行高优先级线程，且一般我们会把网口的处理接收ethernetif_input单独作为一个线程来运行，通过ETH外设中断发送信号量使接收线程ethernetif_input运行，因此，我们需要在初始化LWIP内核和网口的初始化时，禁止中断和线程调度，避免LWIP内核未完成初始化时，ethernetif_input线程运行或发生中断过程中使用了内核信号量，但内核并没初始化出信号量，就会发生错误。
//伪代码
rt_base_t ret =rt_hw_interrupt_disable();
.....
LAN8720_Init();
tcpip_init(NULL,NULL);
....
rt_hw_interrupt_enable(ret);
  1. 一般使用的线程优先级，让LWIP内核线程反应更快。
    在这里插入图片描述
  2. 宏：SYS_LIGHTWEIGHT_PROT，开启后并用互斥量实现，能够保护内核在申请内存时安全。（sys_init初始化互斥量、sys_arch_protect申请互斥量、sys_arch_unprotect释放互斥量）
  3. 宏：LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING，不开启时用户线程发送邮箱信息到tcpip线程，tcpip线程再来处理回调，如下图，这增加了系统开销（线程切换，从用户线程切换到tcpip线程），若开启后用户线程会申请互斥量，保护用户线程的运行，直接调用回调函数。建议开启。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

http://chatgpt.dhexx.cn/article/dwWaaNBV.shtml

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