LwIP源码分析(2)：tcpip_init和tcpip

环境：FreeRTOS & LwIP 2.2.0
文章中的所有参数检测的断言代码都删除以使代码更清晰

LwIP通过调用tcpip_init来初始化TCPIP协议栈，函数如下所示，函数中代码的含义见注释：

static tcpip_init_done_fn tcpip_init_done;
static void *tcpip_init_done_arg;
static sys_mbox_t tcpip_mbox;
sys_mutex_t lock_tcpip_core;void tcpip_init(tcpip_init_done_fn initfunc, void *arg)
{/* 初始化LwIP */lwip_init();/* 初始化完毕后调用的回调函数,可传NULL,在tcpip_thread开头调用 */tcpip_init_done = initfunc;tcpip_init_done_arg = arg;/* 创建message box,实际上是FreeRTOS的Queue* 每个项目大小为一个指针的大小(4B),队列长度为TCPIP_MBOX_SIZE */if (sys_mbox_new(&tcpip_mbox, TCPIP_MBOX_SIZE) != ERR_OK) {LWIP_ASSERT("failed to create tcpip_thread mbox", 0);}#if LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING/* 创建互斥锁:用户可以通过这个锁在代码中实现LwIP的一些操作,而不需要在tcpip_thread的callback中实现 */if (sys_mutex_new(&lock_tcpip_core) != ERR_OK) {LWIP_ASSERT("failed to create lock_tcpip_core", 0);}#endif /* LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING *//* 创建FreeRTOS任务tcpip_thread */sys_thread_new(TCPIP_THREAD_NAME, tcpip_thread, NULL, TCPIP_THREAD_STACKSIZE, TCPIP_THREAD_PRIO);
}

其中lwip_init函数内容如下(各个初始化需要打开相应的宏定义，这里略去#ifdef...#endif的宏定义以方便阅读代码)：

void lwip_init(void)
{/* 统计模块初始化,这里只是初始化lwip_stats.mem.name为MEM */stats_init();/* 带操作系统时的初始化:函数中暂时没有内容 */sys_init();/* 初始化内存堆的起始地址、结束地址以及空闲列表 */mem_init();/* 初始化LwIP内存池 */memp_init();/* 初始化pbuf:函数中暂时没有内容 */pbuf_init();/* 初始化netif:主要是环回的ip,网关,子网掩码以及netif的添加和配置 */netif_init();/* 兼容老版本:函数中暂时没有内容 */ip_init();/* 兼容老版本:函数中暂时没有内容 */etharp_init();/* 兼容老版本:函数中暂时没有内容 */raw_init();/* 初始化UDP端口号(随机分配),范围:0xc000~0xffff */udp_init();/* 初始化TCP端口号(随机分配),范围:0xc000~0xffff */tcp_init();/* 初始化组播IP */igmp_init();/* 初始化DNS解析:设置UDP PCB并配置默认服务器 */dns_init();/* 初始化PPP:根据配置分配相关的结构体内存和初始化魔术字(PPP连接需要用到) */ppp_init();/* 初始化软件定时器 */sys_timeouts_init();
}

最后，可以看到tcpip_init最终调用sys_thread_new创建了一个tcpip_thread任务，看看它做了什么：

static void tcpip_thread(void *arg)
{struct tcpip_msg *msg;/* 上锁 */LOCK_TCPIP_CORE();/* 调用前面设置的回调函数 */if (tcpip_init_done != NULL) {tcpip_init_done(tcpip_init_done_arg);}while (1) {/* wait for a message, timeouts are processed while waiting */TCPIP_MBOX_FETCH(&tcpip_mbox, (void **)&msg);if (msg == NULL) {LWIP_DEBUGF(TCPIP_DEBUG, ("tcpip_thread: invalid message: NULL\n"));LWIP_ASSERT("tcpip_thread: invalid message", 0);continue;}tcpip_thread_handle_msg(msg);}
}

可见，最后是调用TCPIP_MBOX_FETCH来等待消息，这个函数中还有定时器的检查，具体解释参考：LwIP源码分析(1)：软件定时器。

static void
tcpip_timeouts_mbox_fetch(sys_mbox_t *mbox, void **msg)
{u32_t sleeptime, res;again:LWIP_ASSERT_CORE_LOCKED();sleeptime = sys_timeouts_sleeptime();if (sleeptime == SYS_TIMEOUTS_SLEEPTIME_INFINITE) {UNLOCK_TCPIP_CORE();sys_arch_mbox_fetch(mbox, msg, 0);LOCK_TCPIP_CORE();return;} else if (sleeptime == 0) {sys_check_timeouts();/* We try again to fetch a message from the mbox. */goto again;}UNLOCK_TCPIP_CORE();res = sys_arch_mbox_fetch(mbox, msg, sleeptime);LOCK_TCPIP_CORE();if (res == SYS_ARCH_TIMEOUT) {/* If a SYS_ARCH_TIMEOUT value is returned, a timeout occurredbefore a message could be fetched. */sys_check_timeouts();/* We try again to fetch a message from the mbox. */goto again;}
}

对于这边的互斥锁，tcpip_thread一上来就调用LOCK_TCPIP_CORE上锁，在TCPIP_MBOX_FETCH中等待消息队列阻塞时释放这个锁，等待完这个队列，无论有没有消息到来，sys_arch_mbox_fetch返回后就立即上锁，因为在此期间tcpip_thread已经阻塞死等，此时用户可以调用部分LwIP内核函数。

对于消息处理函数tcpip_thread_handle_msg(msg)相关的结构体和实现需要在了解TCP/IP原理之后进行分析，这样知道在哪里在何时会往这个mbox发送消息，我们才能知道每个消息的定义，不同的消息需要执行什么操作。后续循序渐进地分析完LwIP相关代码后，我会写一个博客来分析，这里暂不讨论。

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