lwip移植-基于类rtosw5500
目录
- 一、背景
- 二、lwip移植基于w5500（MAC+PHY，数据链路层和物理层）
- 1.移植需要的相关文件
- 2、协议栈层级调用
- 3、w5500关键初始化说明
- 三、附录
一、背景
1.OSI七层模型
图片来自网络
lwip协议栈工作在应用层、传输层、网络层；
网卡工作在数据链路层、物理层(集成mac+phy)
2.常用以太网物理层和数据链路层网卡芯片方案
| 集成型SOC | PHY | PHY+MAC | PHY+MAC+硬栈 |
|---|---|---|---|
| TM4C1294NCPDT | DP83848 | DM9000 | W5500 |
| ENC28J60 |
DP83848 : 物理层(PHY) ,10/100M Base T,适用于主控内含有MAC控制器(数据链路层)通过MII/RMII接口控制网卡芯片，如stm32fxx互联型MCU;
DM9000 : 物理层(PHY)和数据链路层(MAC)，10/100M主控没有MAC控制器，以地址总线方式访问芯片;
ENC28J60 : MAC+PHY（10M Base T）, SPI接口;
W5500 : 硬件TCP/IP协议栈+MAC+PHY（10/100M Base T）,SPI接口;
TM4C1294NCPDT：集成mac和phy部分，外部只需连接网络变压器或集成网络变压器的网口
3.以太网数据帧格式
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| 前同步码 | 用来使接收端的适配器在接收 MAC 帧时能够迅速调整时钟频率，使它和发送端的频率相同。前同步码为 7 个字节，1 和 0 交替 |
| 帧前定界符 | 帧的起始符，为 1 个字节。前 6 位 1 和 0 交替，最后的两个连续的 1 表示告诉接收端适配器：“帧信息要来了，准备接收” |
| 目的地址 | 接收帧的网络适配器的物理地址（MAC 地址），为 6 个字节（48 比特）。作用是当网卡接收到一个数据帧时，首先会检查该帧的目的地址，是否与当前适配器的物理地址相同，如果相同，就会进一步处理；如果不同，则直接丢弃 |
| 源地址 | 发送帧的网络适配器的物理地址（MAC 地址），为 6 个字节（48 比特） |
| 类型 | 上层协议的类型。由于上层协议众多，所以在处理数据的时候必须设置该字段，标识数据交付哪个协议处理。字段为 0x0800 时，表示将数据交付给 IP 协议字段为 0x0806 时，地址解析协议ARP |
| 数据 | 也称为效载荷，表示交付给上层的数据。以太网帧数据长度最小为 46 字节，最大为 1500 字节。如果不足 46 字节时，会填充到最小长度。最大值也叫最大传输单元（MTU） |
| 帧检验序列 FCS | 检测该帧是否出现差错，占 4 个字节（32 比特）。发送方计算帧的循环冗余码校验（CRC）值，把这个值写到帧里。接收方计算机重新计算 CRC，与 FCS 字段的值进行比较。如果两个值不相同，则表示传输过程中发生了数据丢失或改变。这时，就需要重新传输这一帧 |
二、lwip移植基于w5500（MAC+PHY，数据链路层和物理层）
1.移植需要的相关文件
【1】W5500底层驱动文件w5500.c/h，实现对寄存器访问的封装，理解寄存器编址访问规则和帧格式，主要包括通用寄存器组和针对每个套接字的套接字寄存器组，见附件数据手册
am_socket.c/h，实现对w5500的初始化macraw_init、发送macraw_send、接收操作函数macraw_receive封装
【2】Lwip底层移植文件ethernetif.c/h，主要实现几个low_level_xxx相关的操作底层以太网帧数据收发的函数和对网卡描述结构struct netif *netif_default初始化ethernetif_init函数
【3】操作系统模拟层文件，协议栈只是定义了接口头文件/lwip/src/include/sys.h，自己编写文件lwip-contrib/ports/freertos/sys_arch.c实现接口函数，主要实现针对特定操作系统的锁，信号量，邮箱等的封装
【4】配置文件,lwip自带官方推荐配置opt.h文件，自定义修改的配置需要建立配置文件lwipopts.h,主要包括是否支持操作系统、资源分配如内存池,内存堆、IP版本、arp等的配置
2、协议栈层级调用
3、w5500关键初始化说明
3.1 W5500 MAC RAW模式的操作
目的为不采用硬件协议栈，只支持在socket 0上使用，属于无连接模式，只需设置mac地址、maxraw模式、mac地址过滤即可
3.2可变长和非可变长度
采用可变长度，在spi帧的控制域的op_mode[1:0]进行指定
3.3不支持IP分片
使用硬件协议栈时不能超过1514字节，软协议栈靠协议栈自动实现分片和组包
3.4 接收/发送缓存大小设置
总和不超过16Kbytes，单个可设置为16K，且仅能使用一个socket
3.5 发送和接收
发送：初始化设置发送缓冲区长度，操作发送写指针寄存器
接收：初始化设置接收缓冲区长度，操作接收长度寄存器，操作接收读指针进行读取
三、附录
1.w5500数据手册: https://www.iwiznet.cn/products/network-chip/w5500/