【LwIP源码学习5】网口接收数据处理过程

前言

本文对lwip中TCPIP_MSG_INPKT类型消息的处理过程进行分析。

正文

在 【LwIP源码学习4】主线程tcpip_thread一文中提到。lwip主线程tcpip_thread会先从邮箱tcpip_mbox中取出消息，然后调用tcpip_thread_handle_msg函数根据消息类型对消息进行处理。

static void
tcpip_thread_handle_msg(struct tcpip_msg *msg)
{
  switch (msg->type) {
  ......
    case TCPIP_MSG_INPKT:
      LWIP_DEBUGF(TCPIP_DEBUG, ("tcpip_thread: PACKET %p\n", (void *)msg));
      if (msg->msg.inp.input_fn(msg->msg.inp.p, msg->msg.inp.netif) != ERR_OK) {
        pbuf_free(msg->msg.inp.p);
      }
      memp_free(MEMP_TCPIP_MSG_INPKT, msg);
      break;
  ......
  }
}

在判断到消息类型msg->type为TCPIP_MSG_INPKT时，会执行这个消息对应的msg->msg.inp.input_fn函数，并传入参数msg->msg.inp.p和msg->msg.inp.netif。
TCPIP_MSG_INPKT类型的消息是在tcpip_inpkt函数中被创建的。

err_t
tcpip_inpkt(struct pbuf *p, struct netif *inp, netif_input_fn input_fn)
{
......
  msg->type = TCPIP_MSG_INPKT;
  msg->msg.inp.p = p;//网卡接收到的数据
  msg->msg.inp.netif = inp;//网卡对应的结构体
  msg->msg.inp.input_fn = input_fn;//处理本包数据的函数
  //向tcpip_mbox邮箱中发送这个消息
  if (sys_mbox_trypost(&tcpip_mbox, msg) != ERR_OK) {
    memp_free(MEMP_TCPIP_MSG_INPKT, msg);
    return ERR_MEM;
  }
......
}

tcpip_inpkt函数在tcpip_input函数中被调用

err_t
tcpip_input(struct pbuf *p, struct netif *inp)
{
#if LWIP_ETHERNET
  //判断是否支持ARP协议
  if (inp->flags & (NETIF_FLAG_ETHARP | NETIF_FLAG_ETHERNET)) {
    return tcpip_inpkt(p, inp, ethernet_input);
  } else
#endif /* LWIP_ETHERNET */
    return tcpip_inpkt(p, inp, ip_input);
}

如果判断相应网卡支持ARP就将ethernet_input函数设置为这包数据的处理函数。
如果不支持就把ip_input设置为处理函数，ip_input就是ip4_input函数，将这包数据作为IP数据报进行处理。
接下来是ethernet_input部分源码：

err_t
ethernet_input(struct pbuf *p, struct netif *netif)
{
  struct eth_hdr *ethhdr;
  u16_t type;
......
  //获取网卡接受数据的以太网首部
  ethhdr = (struct eth_hdr *)p->payload;
......
  //在以太网首部中获取本包数据的类型
  type = ethhdr->type;
......
  switch (type) {
    ......
    case PP_HTONS(ETHTYPE_IP):  //如果本包数据是IP数据报
    ......    
      ip4_input(p, netif);
    ...
      break;
    case PP_HTONS(ETHTYPE_ARP): //如果本包数据是ARP数据报
    ......
      etharp_input(p, netif);
    ...
      break;
    ......
    default:
    ...
    }

  return ERR_OK;
}

以上代码中先从数据获取以太网首部，结构体eth_hdr内容为：

struct eth_hdr {
  PACK_STRUCT_FLD_S(struct eth_addr dest);
  PACK_STRUCT_FLD_S(struct eth_addr src);
  PACK_STRUCT_FIELD(u16_t type);
} PACK_STRUCT_STRUCT;

刚好对应以太网帧结构：

然后获取本包数据类型，并进行相应的处理。

再回到tcpip_input函数。
在TCPIP_Init函数中的

netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &tcpip_input);

将tcpip_input与网卡绑定起来，其中gnetif是网卡对应结构体，ipaddr是IP地址，netmask是子网掩码，gw是网关，ethernetif_init是网卡的初始化函数，tcpip_input是网卡消息处理函数。
在netif_add函数里通过

netif->input = input;

完成绑定。之后netif->input就代表了tcpip_input函数。
在ethernetif_input函数中取出网卡数据，并调用netif->input进行处理。

void ethernetif_input(void *pParams) {
	struct netif *netif;
	struct pbuf *p = NULL;
	netif = (struct netif*) pParams;
  LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("ethernetif_input: IP input error\n"));
  
	while(1) 
  {
    //等待信号量s_xSemaphore，有说明网卡有数据需要处理
    if(xSemaphoreTake( s_xSemaphore, portMAX_DELAY ) == pdTRUE)
    {
      ......
      p = low_level_input(netif);//取出网卡接受到的数据
      ...
      if(p != NULL)
      {
        ...
        //调用tcpip_input函数进行处理
        if (netif->input(p, netif) != ERR_OK)
        {
          LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG, ("ethernetif_input: IP input error\n"));
          pbuf_free(p);
          p = NULL;
        }
       ...
      }
    }
  }
}

ethernetif_input函数在low_level_init函数中被创建成一个任务的执行函数。它的主要任务是等待信号量s_xSemaphore，有信号量说明网卡接受到了数据，然后取出数据做进一步处理。
而s_xSemaphore信号量是在以太网接受完数据触发中断后，在回调函数里释放的。

void HAL_ETH_RxCpltCallback(ETH_HandleTypeDef *heth)
{
  portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
  xSemaphoreGiveFromISR( s_xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
  portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

以上分析涉及到lwip处理数据的3个任务：