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lwip之ppp在EasyARM2200和SmartARM2200上的移植说明文档！

lwip之ppp在EasyARM2200和SmartARM2200上的移植


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* lwip之ppp在EasyARM2200和SmartARM2200上的移植 *
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------ 浅谈《ecos增值包》在二次开发方面的用途
2007/03/27 [e-mail] www.armecos.com

ecos本身已经支持openBSD、FreeBSD、lwip三款TCP/IP协议栈，用户只要通过标准的socket接口就可以实现网络编程，但很多网友希望看到底层实现细节，满足好奇心，学习TCP/IP工作原理，虽然有些画蛇添足，不过《ecos增值包》的平台验证功能完全满足这类需求，只要您愿意，完全可以忽略(裁减)掉ecos的协议栈而在应用层自行实现，随心所欲地做自己想做的事情。其他如文件系统等也类似，您也可以旁路掉系统自带API，直接驱动硬件，在应用层实现自己的文件操作函数。或者把自己以前总结的用着顺手的工具集移植到ecos上替换相应函数。这完全取决于您的意愿，ecos不会限制。您有很大的自由度二次开发ecos系统，不想用的部份通通去掉，搞不定的部份让ecos代劳。

有很多文档介绍以太网(感兴趣的话可以看以前写过的《51+8019方案》，《ecos网络驱动》，《ucos+lwip by 杨晔》)，这次介绍个网络上比较少见的通过串口ppp实现lwip栈的方案。

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| lwip简介 |
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lwip是轻量级的TCP/IP协议栈中间件，通过抽象操作系统平台接口，基于它编写的网络应用程序可以跨OS平台使用。操作系统抽象了硬件，中间件又抽象了操作系统，所以应用程序变得更容易移植，减少重复劳动，提高代码质量。因为是轻量级协议栈，所以特别适合用来入门学习。lwip即可以在无操作系统情况下依靠回调函数运行，也可以在有OS情况下以兼容socket插口方式工作或者使用自己的内部接口函数。lwip支持ARP、SLIP、PPP、DHCP、ICMP、IPV4、IPV6、RAW、UDP、TCP、(DNS)等协议。

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| 《ecos增值包》中间件解决方案 |
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现在对设备间连网的需求比较大，在旧有设备上连网需要转换模块，缺点是成本高，二次转换效率低下(模块接口界面烦琐晦涩，需要了解供应商自定义的非通用概念)，好处是不用/少量改造现有设备。本方案提供的是在新设备上一体化的解决方法，使用操作系统中间件实现对外互联。因为是中间件，所以用户不必分心在非核心应用上，完全软件解决，器件成本最低；没有二次转换，效率高；比自带协议模块更灵活，可实现特殊控制，如RESET、掉电；可在ecos下实现分级电源管理，降低功耗。

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| lwip移植规划 |
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lwip网络接口支持：以太网、串口SLIP、PPP等，我们选择PPP接口，实现PAP、CHAP认证，实现普通电话、GPRS、CDMA拨号。
上层接口支持：回调、内部自定义、标准socket接口，我们选择标准的socket插口界面。

------------------------ AT -------- /dev/ser1 ---------------------------- socket ------------
| 电话/GPRS/CDMA MODEM | <-----> | 串口 | <-----------> | lwip arch || lwip socket | <-------->| 应用程序 |
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由上图可知：
MODEM和开发板是通过9线串口互联(本方案可以很方便地改造成光纤、PCMCIA、USB等硬件接口界面)，关于ecos串口，详见《第六讲 串口操作》及其附录。ecos将串口抽象为设备文件，我们选择串口1连接MODEM，文件名为/dev/ser1，ecos会自动枚举出这个串口，并能探测出是9线串口，自动关联正确的驱动程序。因为缺省配置了128字节缓冲，ecos会自动选择基于中断的驱动方式。用户不必关心寄存器配置，因为16C55X是工业标准，ecos能够识别且有通用驱动程序，由于ecos自动管理串口，所以不会使用户在串口驱动上遇到障碍。用户需要注意的是跳线(TXD、RXD、DCD)要连接好，打开串口设备文件，配置属性、读写串口、关闭，仅此而已。

不同MODEM的AT指令集不完全相同，但都基本符合贺式标准。通过AT指令，用户可以摘挂机、拨号、收发数据、收发短信等。中文短信需要编码，短信有延迟或者丢失现象，关键信息、实时信息不要通过短信传送。还有要注意各地包年包月套餐费用(尤其注意是否多收了莫名其妙的信息费)，转发器分布和数量，天线接收灵敏度不同，需要综合考虑。

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| lwip结构分析 |
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lwip移植需要改动的部分如下：
/arch/ OS平台相关层：串口、线程、内存管理、信号量、时间管理等封装函数及初始化。
/include/arch/ 类型定义、大小端等
/include/net_lwip.h 网络参数配置
/include/lwipopts.h lwip选项
/netif/ppp/ppp.c PPP串行输入和输出接口
/netif/ppp/modem.c MODEM驱动

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| lwip移植难点 |
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对TCP/IP原理要熟悉，仔细阅读《TCP/IP详解》一书。
对lwip目录结构和工作流程要特别熟悉。画出数据流路径。

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| lwip移植详述 |
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/arch/sio.c
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void
sio_send(char c,void * dev)
{
len = 1;
cyg_io_write(*(cyg_io_handle_t*)dev, &c, &len);
}

char
sio_recv(void * dev)
{
char c;
len = 1;
cyg_io_read(*(cyg_io_handle_t *)dev, &c, &len);
return c; 
}

int
sio_write(void *dev, char *b, int size)
{
Cyg_ErrNo err;

unsigned int len;
unsigned int tlen = 0;

while(tlen < size){
len = size - tlen;
err = cyg_io_write(*(cyg_io_handle_t*)dev, b+tlen, &len);
if(err != ENOERR){
printf("\
\
\
\
Serial port ERROR!\
\
\
\
");
return 0;
}
cyg_io_get_config(*(cyg_io_handle_t*)dev, CYG_IO_GET_CONFIG_SERIAL_OUTPUT_DRAIN, NULL, 0 ) ; //等待所有数据被发送完
tlen = tlen + len;
}
return size;
}

int
sio_read(void *dev, char *b, int size)
{
int len = size;
cyg_io_read(*(cyg_io_handle_t*)dev, b, &len); 
return len;
}

void * 
sio_open(int devnum) //devnum此处没有用到
{
int res;
cyg_uint32 len;

cyg_uint16 _scpcr ; //Enable RTS valid
cyg_uint8 _scfcr ; //Enable RTS/CTS control真正使能RTS和CTS

#if LWIP_SLIP
#define SIODEV SLIP_DEV
#elif PPP_SUPPORT
#define SIODEV PPP_DEV
#endif

cyg_serial_info_t serial_info =
CYG_SERIAL_INFO_INIT( SCIF_BAUDRATE,
CYGNUM_SERIAL_STOP_1,
CYGNUM_SERIAL_PARITY_NONE,
CYGNUM_SERIAL_WORD_LENGTH_8,
0 );

len = sizeof(serial_info);

cyg_io_lookup(SIODEV, &ser);

res = cyg_io_set_config(ser, CYG_IO_SET_CONFIG_SERIAL_INFO, &serial_info, &len);
if (res != ENOERR){
//diag_printf("Cannot open %s\
", SIODEV);
}

return &ser; 
}

void 
sio_read_abort(void * dev)
{
//diag_printf("Abort called\
");
}
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/arch/sys_arch.c
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//建立内存池，初始化thread和to。
void sys_init(void)
{
cyg_mempool_var_create(memvar, sizeof(memvar), &var_mempool_h, &var_mempool); 

threads = NULL;
to.next = NULL;
}

//创建一个新邮箱。如果内存不够，返回NULL。
sys_mbox_t sys_mbox_new(void)
{
cyg_mbox * mbox;
cyg_handle_t m;
mbox = (cyg_mbox *)cyg_mempool_var_try_alloc(var_mempool_h, sizeof(cyg_mbox));

if(!mbox)
return SYS_MBOX_NULL;

//m和mbox实际是一样的
cyg_mbox_create(&m, mbox);
return m;
}

//销毁邮箱并释放其占用的内存空间。
void sys_mbox_free(sys_mbox_t mbox)
{
if (mbox != SYS_MBOX_NULL) {
cyg_mbox_delete(mbox);
cyg_mempool_var_free(var_mempool_h,(void*)mbox);
}
}

//cyg_mbox_put不能传送NULL，否则cyg_mbox_get将不能区分到底是真实数据还是错误条件。
//但是，lwIP确实在某些适于使用信号量的时候传递NULL。所以要用&dummy_msg代替NULL。
int dummy_msg = 1;

//发送消息到信箱
void sys_mbox_post(sys_mbox_t mbox, void *data)
{
if (!data) //cyg_mbox_put的消息不能为NULL，用&dummy_msg代替。
data = &dummy_msg;
while (cyg_mbox_put(mbox,data) == false);
}

#if 0 //注释用
void
sys_mbox_fetch(sys_mbox_t mbox, void **msg){
void *d;
d = cyg_mbox_get(mbox);
if (msg)
*msg = d; 
}
#endif

//超时等待信箱，超时返回-1，正常返回等待ms数。
u32_t sys_arch_mbox_fetch(sys_mbox_t mbox, void **data, u32_t timeout)
{
void *d;
cyg_tick_count_t end_time = 0, start_time = 0;
if (timeout) {//超时等待信箱
start_time = cyg_current_time();
d = cyg_mbox_timed_get(mbox, start_time + msec_to_tick(timeout));
end_time = cyg_current_time();

//超时
if (d == NULL)
return SYS_ARCH_TIMEOUT;
}
else{//永远等待信箱
d = cyg_mbox_get(mbox);
}

if (data) {
if (d == (void *)&dummy_msg)
*data = NULL;
else
*data = d;
}
//返回延时ms数
return tick_to_msec(end_time - start_time); 
}


//分配一个新信号量并初始化，如果没有空间可以提供则返回NULL
sys_sem_t sys_sem_new(u8_t count)
{
sys_sem_t sem; //????sys_sem_t*???

//从内存池分配可变长内存块，如无空间则立即返回NULL，否则返回新指针。
sem = (cyg_sem_t *)cyg_mempool_var_try_alloc(var_mempool_h, sizeof(cyg_sem_t));
if(!sem)
return SYS_SEM_NULL;
cyg_semaphore_init(sem, count);
return sem;
}

#if 0 //注释用
void
sys_sem_wait(sys_sem_t sem)
{
cyg_semaphore_wait(sem);
}

void
sys_timeout(u16_t msecs, sys_timeout_handler h, void *arg)
{}
#endif

//超时等待一个信号量,如果超时返回-1,否则返回等待时间.
u32_t sys_arch_sem_wait(sys_sem_t sem, u32_t timeout)
{
cyg_bool_t r;
cyg_tick_count_t end_time = 0, start_time = 0;

if (timeout) {//带延时等待信号量
start_time = cyg_current_time();
r = cyg_semaphore_timed_wait(sem, start_time + msec_to_tick(timeout));
end_time = cyg_current_time();

if (r == false) {//超时
return SYS_ARCH_TIMEOUT;
} 
}
else{//永远等待信号量
cyg_semaphore_wait(sem);
}
//收到信号量,返回延时ms数
return tick_to_msec(end_time - start_time); 
}

//发送信号量
void sys_sem_signal(sys_sem_t sem)
{
cyg_semaphore_post(sem);
}

//销毁信号量并释放其所占用的内存空间
void sys_sem_free(sys_sem_t sem)
{
//销毁信号量
cyg_semaphore_destroy(sem);
//释放内存，内存池，分配时返回指针
cyg_mempool_var_free(var_mempool_h,(void*)sem);
}

//创建新线程（线程函数，参数，优先级）
//thread_create(优先级，线程实体函数，线程参数，线程名字，堆栈基址，堆栈大小，返回的线程句柄，线程数据存储空间)
sys_thread_t sys_thread_new(void (*function) (void *arg), void *arg,int prio)
{
struct lwip_thread * nt;
void * stack;
static int thread_count = 0;
//可变长度内存分配，内存池，大小
nt = (struct lwip_thread *)cyg_mempool_var_alloc(var_mempool_h, sizeof(struct lwip_thread));

nt->next = threads;
nt->to.next = NULL;

threads = nt;

//堆栈起址为memfix+每个堆栈大小*线程数++
stack = (void *)(memfix+CYGNUM_LWIP_THREAD_STACK_SIZE*thread_count++);
cyg_thread_create(prio, (cyg_thread_entry_t *)function, (cyg_addrword_t)arg,
(char *)arg , stack, CYGNUM_LWIP_THREAD_STACK_SIZE, &(nt->th), &(nt->t) );

cyg_thread_resume(nt->th);
return NULL;
}

//返回当前线程的timeouts信息结构指针
struct sys_timeouts *sys_arch_timeouts(void)
{
cyg_handle_t ct;
struct lwip_thread *t;

ct = cyg_thread_self();
for(t = threads; t; t = t->next)
if (t->th == ct)
return &(t->to);

return &to;
}
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/include/net_lwip.h
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//sys_arch.c
#define CYGNUM_LWIP_VARMEMPOOL_SIZE 600*1024 //可变长内存池实体
#define CYGNUM_LWIP_APP_THREADS 15 //应用程序线程数
#define CYGNUM_LWIP_THREAD_STACK_SIZE 20*1024 //线程堆栈空间大小

/* ---------- 存储器选项 ---------- */
//MEM_ALIGNMENT:应被设置为被编译lwIP的目标CPU的字节排列。
//4字节排列--->MEM_ALIGNMENT=4
//2字节排列--->MEM_ALIGNMENT=2
#define CYGPKG_LWIP_MEM_ALIGNMENT 4 //?????

//MEM_SIZE:内存堆的大小。如果应用程序要发送许多需要内存拷贝的数据，这个值应被设置得大些。
#define CYGPKG_LWIP_MEM_SIZE 600*1024 //400k

//MEMP_NUM_PBUF:memp结构的pbufs数目。如果应用程序要发送许多ROM类型(或者其他静态内存)以外的数据,这个值应被设置得大些。
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_PBUF 200

//MEMP_NUM_UDP_PCB:UDP协议控制块数目。每个活动的UDP“连接”对应一个。
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_UDP_PCB 30

//MEMP_NUM_TCP_PCB:同时活动的TCP连接数
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_TCP_PCB 30

//MEMP_NUM_TCP_PCB_LISTEN:监听TCP连接数
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_TCP_PCB_LISTEN 40

//MEMP_NUM_TCP_SEG:同时排队TCP分段数
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_TCP_SEG 300

//MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT:同时活动超时数
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_SYS_TIMEOUT 60

//以下四个选项只用于顺序API,如果应用程序只使用原始API,他们应被置0。

//MEMP_NUM_NETBUF:结构netbuf数
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_NETBUF 200

//MEMP_NUM_NETCONN:结构netconn数
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_NETCONN 200

//MEMP_NUM_APIMSG:结构api_msg数，用于在TCP/IP栈和顺序程序间通信。
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_APIMSG 300

//MEMP_NUM_TCPIPMSG:结构tcpip_msg数，用于顺序API通信和收包。详见src/api/tcpip.c。
#define CYGPKG_LWIP_MEMP_NUM_TCPIP_MSG 300

/* ---------- Pbuf 选项 ---------- */
//PBUF_POOL_SIZE:pbuf池中缓冲区个数
#define CYGPKG_LWIP_PBUF_POOL_SIZE 300

//PBUF_POOL_BUFSIZE:pbuf池中每个pbuf的大小
#define CYGPKG_LWIP_PBUF_POOL_BUFSIZE 1500

//PBUF_LINK_HLEN:应该分配给一个链路级包头的字节数
#define CYGPKG_LWIP_PBUF_LINK_HLEN 100

/* ---------- TCP 选项 ---------- */
#define CYGPKG_LWIP_TCP 1
#define CYGPKG_LWIP_TCP_TTL 255

//如果TCP需要排队顺序乱掉的分片那么置1。如果你的设备内存有限，那么定义为0。
#define CYGPKG_LWIP_TCP_QUEUE_OOSEQ 1

//TCP 最大分段长度
#define CYGPKG_LWIP_TCP_MSS 1500

//TCP 发送器缓冲区空间(字节)
#define CYGPKG_LWIP_TCP_SND_BUF 1024*300 //设成20会造成链路断开，可能CDMA对窗口内数据大小有限制。抑或是队列长度要大于50。

//TCP发送器缓冲区空间(pbufs)。这个值必须至少=2*TCP_SND_BUF/TCP_MSS以便正常工作。实测最好保持2倍关系，不要大于2倍。怀疑注释有误，不是至少，是至多。
#define CYGPKG_LWIP_TCP_SND_QUEUELEN 1200

//TCP接收窗口
#define CYGPKG_LWIP_TCP_WND 1024*300

//最大重发数据分段数
#define CYGPKG_LWIP_TCP_MAXRTX 3

//最大重发SYN段数
#define CYGPKG_LWIP_TCP_SYNMAXRTX 6

/* ---------- ARP 选项 ---------- */
#define CYGPKG_LWIP_ARP_TABLE_SIZE 10

/* ---------- IP 选项 ---------- */
//如果你希望拥有在多个网络接口间进行IP包转发的能力，那么定义IP_FORWARD为1。
//如果你要在只有一个网络接口的设备上运行lwIP的话，定义它为0。
#define CYGPKG_LWIP_IP_FORWARD 0

//如果为1，IP选项被允许(但不解析)。如果为0，所有带IP选项的包均被抛掉。
#define CYGPKG_LWIP_IP_OPTIONS 1

/* ---------- ICMP 选项 ---------- */
#define CYGPKG_LWIP_ICMP_TTL 255

/* ---------- DHCP 选项 ---------- */
//如果你需要DHCP端口配置，那么定义LWIP_DHCP为1
#define CYGPKG_LWIP_DHCP 0

//置1，如果你需要在给定地址上进行ARP检测(推荐)
#define CYGPKG_LWIP_DHCP_DOES_ARP_CHECK 1

/* ---------- UDP 选项 ---------- */
#define CYGPKG_LWIP_UDP 1
#define CYGPKG_LWIP_UDP_TTL 255

/* ---------- RAW 插口支持 ---------- */
#define CYGPKG_LWIP_RAW 1

/* ---------- SLIP 选项 --------- */ 
//#define CYGPKG_LWIP_SLIP 0
#define CYGPKG_LWIP_SLIP_DEV "/dev/ser1"

//#define CYGPKG_LWIP_LOOPIF 0

/* ---------- PPP 选项 --------- */ 
#define CYGPKG_LWIP_PPP 1
#define CYGPKG_LWIP_PPP_DEV "/dev/ser1"

#define CYGPKG_LWIP_PPP_PAP_AUTH 1

#define CYGPKG_LWIP_PPP_CHAP_AUTH 1

/* --------- 线程优先级 ----------*/
#define CYGPKG_LWIP_TCPIP_THREAD_PRIORITY 4
#define CYGPKG_LWIP_SLIPIF_THREAD_PRIORITY 8
#define CYGPKG_LWIP_PPP_THREAD_PRIORITY 4

/* ---------- 统计选项 ---------- */