在操作系统环境中,可以使用NETCONN API或者Socket API进行网络应用程序的开发。NETCONN API是基于操作系统的IPC机制(即信号量和邮箱机制)实现的,它的设计将LwIP内核代码和网络应用程序分离成了独立的线程。如此一来,LwIP内核线程就只负责数据包的TCP/IP封装和拆封,而不用进行数据的应用层处理,大大提高了系统对网络数据包的处理效率。
前面提到,使用RAW/Callback API会造成内核程序和网络应用程序、不同网络应用程序之间的相互制约,如果使用NETCONN API或者Socket API,这种制约将不复存在。
在操作系统环境中,LwIP内核会被实现为一个独立的线程,名为tcpip\_thread,使用NETCONN API或者Socket API的应用程序处在不同的线程中,我们可以根据任务的重要性,分配不同的优先级给这些线程,从而保证重要任务的时效性。分配优先级的原则是:
| 线程 | 优先级 |
| --- | --- |
|LwIP内核线程tcpip_thread|很高|
| 重要的网络应用程序 |高 |
|不太重要而且处理数据比较耗时的网络应用程序|低|
NETCONN API使用了操作系统的IPC机制,对网络连接进行了抽象,用户可以像操作文件一样操作网络连接(打开/关闭、读/写数据)。但是NETCONN API并不如操作文件的API那样简单易用。举个例子,调用f\_read函数读文件时,读到的数据会被放在一个用户指定的数组中,用户操作起来很方便,而NETCONN API的读数据API,就没有那么人性化了。用户获得的不是一个数组,而是一个特殊的数据结构netbuf,用户如果想使用好它,就需要对内核的pbuf和netbuf结构体有所了解,我们会在后续的章节中对它们进行讲解。NETCONN API之所以采取这种不人性的设计,是为了避免数据包在内核程序和应用程序之间发生拷贝,从而降低程序运行效率。当然,用户如果不在意数据递交时的效率问题,也可以把netbuf中的数据取出来拷贝到一个数组中,然后去处理这个数组。
简单来说,NETCONN API的优缺点是:
1. 相较于RAW/Callback API,NETCONN API简化了编程工作,使用户可以按照操作文件的方式来操作网络连接。但是,内核程序和网络应用程序之间的数据包传递,需要依靠操作系统的信号量和邮箱机制完成,这需要耗费更多的时间和内存,另外还要加上任务切换的时间开销,效率较低。
2. 相较于Socket API,NETCONN API避免了内核程序和网络应用程序之间的数据拷贝,提高了数据递交的效率。但是,NETCONN API的易用性不如Socket API好,它需要用户对LwIP内核所使用数据结构有一定的了解。
- 说明
- 第1章:网络协议简介
- 1.1:常用网络协议
- 1.2:网络协议的分层模型
- 1.3:协议层报文间的封装与拆封
- 第2章:LwIP简介
- 2.1:LwIP的优缺点
- 2.2:LwIP的文件说明
- 2.2.1:如何获取LwIP源码文件
- 2.2.2:LwIP文件说明
- 2.3:查看LwIP的说明文档
- 2.4:使用vscode查看源码
- 2.4.1:查看文件中的符号列表(函数列表)
- 2.4.2:函数定义跳转
- 2.5:LwIP源码里的example
- 2.6:LwIP的三种编程接口
- 2.6.1:RAW/Callback API
- 2.6.2:NETCONN API
- 2.6.3:SOCKET API
- 第3章:开发平台介绍
- 3.1:以太网简介
- 3.1.1:PHY层
- 3.1.2:MAC子层
- 3.2:STM32的ETH外设
- 3.3:MII 和 RMII 接口
- 3.4:PHY:LAN8720A
- 3.5:硬件设计
- 3.6:软件设计
- 3.6.1:获取STM32的裸机工程模板
- 3.6.2:添加bsp_eth.c与bsp_eth.h
- 3.6.3:修改stm32f4xx_hal_conf.h文件
- 第4章:LwIP的网络接口管理
- 4.1:netif结构体
- 4.2:netif使用
- 4.3:与netif相关的底层函数
- 4.4:ethernetif.c文件内容
- 4.4.1:ethernetif数据结构
- 4.4.2:ethernetif_init()
- 4.4.3:low_level_init()
- 第5章:LwIP的内存管理
- 5.1:几种内存分配策略
- 5.1.1:固定大小的内存块
- 5.1.2:可变长度分配
- 5.2:动态内存池(POOL)
- 5.2.1:内存池的预处理
- 5.2.2:内存池的初始化
- 5.2.3:内存分配
- 5.2.4:内存释放
- 5.3:动态内存堆
- 5.3.1:内存堆的组织结构
- 5.3.2:内存堆初始化
- 5.3.3:内存分配
- 5.3.4:内存释放
- 5.4:使用C库的malloc和free来管理内存
- 5.5:LwIP中的配置
- 第6章:网络数据包
- 6.1:TCP/IP协议的分层思想
- 6.2:LwIP的线程模型
- 6.3:pbuf结构体说明
- 6.4:pbuf的类型
- 6.4.1:PBUF_RAM类型的pbuf
- 6.4.2:PBUF_POOL类型的pbuf
- 6.4.3:PBUF_ROM和PBUF_REF类型pbuf
- 6.5:pbuf_alloc()
- 6.6:pbuf_free()
- 6.7:其它pbuf操作函数
- 6.7.1:pbuf_realloc()
- 6.7.2:pbuf_header()
- 6.7.3:pbuf_take()
- 6.8:网卡中使用的pbuf
- 6.8.1:low_level_output()
- 6.8.2:low_level_input()
- 6.8.3:ethernetif_input()
- 第7章:无操作系统移植LwIP
- 7.1:将LwIP添加到裸机工程
- 7.2:移植头文件
- 7.3:移植网卡驱动
- 7.4:LwIP时基
- 7.5:协议栈初始化
- 7.6:获取数据包
- 7.6.1:查询方式
- 7.6.2:ping命令详解
- 7.6.3:中断方式
- 第8章:有操作系统移植LwIP
- 8.1:LwIP中添加操作系统
- 8.1.1:拷贝FreeRTOS源码到工程文件夹
- 8.1.2:添加FreeRTOS源码到工程组文件夹
- 8.1.3:指定FreeRTOS头文件的路径
- 8.1.4:修改stm32f10x_it.c
- 8.2:lwipopts.h文件需要加入的配置
- 8.3:sys_arch.c/h文件的编写
- 8.4:网卡底层的编写
- 8.5:协议栈初始化
- 8.6:移植后使用ping测试基本响应
- 第9章:LwIP一探究竟
- 9.1:网卡接收数据的流程
- 9.2:内核超时处理
- 9.2.1:sys_timeo结构体与超时链表
- 9.2.2:注册超时事件
- 9.2.3:超时检查
- 9.3:tcpip_thread线程
- 9.4:LwIP中的消息
- 9.4.1:消息结构
- 9.4.2:数据包消息
- 9.4.3:API消息
- 9.5:揭开LwIP神秘的面纱
- 第10章:ARP协议
- 10.1:链路层概述
- 10.2:MAC地址的基本概念
- 10.3:初识ARP
- 10.4:以太网帧结构
- 10.5:IP地址映射为物理地址
- 10.6:ARP缓存表
- 10.7:ARP缓存表的超时处理
- 10.8:ARP报文
- 10.9:发送ARP请求包
- 10.10:数据包接收流程
- 10.10.1:以太网之数据包接收
- 10.10.2:ARP数据包处理
- 10.10.3:更新ARP缓存表
- 10.11:数据包发送流程
- 10.11.1:etharp_output()函数
- 10.11.2:etharp_output_to_arp_index()函数
- 10.11.3:etharp_query()函数
- 第11章:IP协议
- 11.1:IP地址.md
- 11.1.1:概述
- 11.1.2:IP地址编址
- 11.1.3:特殊IP地址