原创 Cortex M与FreeRTOS的使用点滴之三：STM32F107+FreeRTOS+Lwip的源码以及一个socket client的例程

本人之前在STM32F107上做过UCOS+LWIP，参照网络上一些资源修改了sys_arch.c/sys_arch.h，对tcpip_thread 的优先级、以及与之对应的lwip_timeouts、static struct sys_timeouts lwip_timeouts[LWIP_TIMEOUT_AMOUNT]的LWIP_TIMEOUT_AMOUNT理解不到位，另外网上流传的sys_mbox_t sys_mbox_new(int size)实现方法好像也是不是很好，我修改如下：

//*------------------------------------------------------------------------------------------------
//* 函数名称 : sys_mbox_new
//* 功能描述 : 建立一个空的邮箱
//* 入口参数 : 无
//* 出口参数 : - != SYS_MBOX_NULL : 邮箱申请成功，返回一个指向被申请邮箱的指针
//*          : - = SYS_MBOX_NULL  : 邮箱没有申请成功
//*------------------------------------------------------------------------------------------------
sys_mbox_t sys_mbox_new(int size)
{
    u8_t       ucErr;
    sys_mbox_t pQDesc;
   
    pQDesc = OSMemGet( pQueueMem, &ucErr );
    if( ucErr == OS_NO_ERR ) {
                //移植说明中有“邮箱用于消息传递，用户即可以将其实现为一个队列，允许多条消息投递到这个邮箱，
                //也可以每次只允许投递一个消息，这两种方式lwip都可以正常运行。不过，前者更有效。”
                //TCPIP_MBOX_SIZE，
                //DEFAULT_RAW_RECVMBOX_SIZE,
                //DEFAULT_UDP_RECVMBOX_SIZE,
                //DEFAULT_TCP_RECVMBOX_SIZE
                //DEFAULT_ACCEPTMBOX_SIZE 在opt.h 定义为0
                //可以 lwipopts.h 可以对上述宏重新定义，而在opt.h中有
                //* The queue size value itself is platform-dependent, but is passed to
        //* sys_mbox_new() when xxxxxxx is called.
                //因此把 size 固定 MAX_MSG_QUEUES
        //pQDesc->pQ_Mbox = OSQCreate( &(pQDesc->pvQ_msgQueue[0]), size );   //>>>
                pQDesc->pQ_Mbox = OSQCreate( &(pQDesc->pvQ_msgQueue[0]), MAX_MSG_QUEUES );        // <<<  
        if( pQDesc->pQ_Mbox != ((OS_EVENT *)0 ) ) {
            return pQDesc;
        }
    }
    return SYS_MBOX_NULL;
}

对struct sys_timeouts *sys_arch_timeouts(void)的实现，网上流传很多版本
我也请教过bernard，他这样回复：
/
//lwip的移植是这样的：
//通常lwip那边的线程需要使用sys_thread_new来创建，然后和网络相关的定时器都统一的放在一个列表上（基本上原来netconn、socket的API都仅能够应用于sys_thread_new创建的线程上）
//
//为了解除这个限制，所以和定时器相关的都仅应用于lwip自己的线程，而其他则不采用这种方式。当使用sys_thread_new创建线程时，会把定时器链表放到thread->user_data域上面。所以这也就是这个返回NULL的来由：
//仅有使用sys_thread_new创建的线程才能够获得这个定时器，在其他线程中调用sys_arch_timeouts()函数只能够返回NULL。
//
下列是我的修改的：
struct sys_timeouts *sys_arch_timeouts(void)
{
        OS_TCB curr_task_pcb;
        u8_t curr_prio;
        s16_t offset;
       
//        null_timeouts.next = NULL;
       
        OSTaskQuery(OS_PRIO_SELF,&curr_task_pcb);                 /* 获取当前线程的优先级 */
        curr_prio = curr_task_pcb.OSTCBPrio;
       
        offset = curr_prio - LWIP_START_PRIO;
       
        if(offset < 0 || offset >= LWIP_TIMEOUT_AMOUNT)      /*如果不是LwIP的线程，那么返回timeouts->NULL*/
        {
                //return &null_timeouts;
                return NULL;
        }
       
        return &lwip_timeouts[offset];
}

修改下来，测试效果还好，不过本人能力有限，对这些修改、理解，心里也是没有底。
刚好st官网上有STM32F2X7+FreeRTOS+Lwip的例程，所以就有参照STM32F2x7_ETH_LwIP_V1.1.0做修改的冲动，以适用STM32F107芯片。
附件是STM32F107+FreeRTOS+Lwip的源码以及一个socket client的例程源码。


对于socket编程，大多例程都是：

1、建立socket
2、连续socket
3、发送数据
4、关闭socket

这样做进行简单的测试是没有问题的。在一些数据采集设备，一般设备做为“客户”端，也是一直连接到主站服务器端，一是为定时上传数据，而是供主站服务器端随时召唤数据。这样的例程就不能满足了。

例程里“客户端”就是长连接，一直等到接收数据，本例程只是简单把接收的数据回送到服务器端。在实际使用中，可根据需要处理数据。
当然在建立另一个任务中，专门来处理发送数据。特别注意的是需要加互斥量做保护。

例程使用了lwip_select函数，网上找关于select说明感觉不错，摘录如下：

Select在Socket编程中还是比较重要的，可是对于初学Socket的人来说都不太爱用Select写程序，他们只是习惯写诸如 connect、accept、recv或recvfrom这样的阻塞程序（所谓阻塞方式block，顾名思义，就是进程或是线程执行到这些函数时必须等待某个事件的发生，如果事件没有发生，进程或线程就被阻塞，函数不能立即返回）。可是使用Select就可以完成非阻塞（所谓非阻塞方式non- block，就是进程或线程执行此函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况，如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行，所以效率较高）方式工作的程序，它能够监视我们需要监视的文件描述符的变化情况——读写或是异常。下面详细介绍一下！

Select的函数格式(我所说的是Unix系统下的伯克利socket编程，和windows下的有区别，一会儿说明)：

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct tim *timeout);

先说明两个结构体：

第一，struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO (fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int ,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。

第二，struct tim是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。

具体解释select的参数：

int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。

fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。

fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。

fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。

struct tim* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。

返回值：

负值：select错误 正值：某些文件可读写或出错 0：等待超时，没有可读写或错误的文件

在有了select后可以写出像样的网络程序来！举个简单的例子，就是从网络上接受数据写入一个文件中。

例子：

main()

{

    int sock;

    FILE *fp;

    struct fd_set fds;

    struct tim timeout={3,0}; //select等待3秒，3秒轮询，要非阻塞就置0

    char buffer[256]={0}; //256字节的接收缓冲区

   

  while(1)
   {
        FD_ZERO(&fds); //每次循环都要清空集合，否则不能检测描述符变化

        FD_SET(sock,&fds); //添加描述符

        FD_SET(fp,&fds); //同上

        maxfdp=sock>fp?sock+1:fp+1;    //描述符最大值加1
           switch(select(maxfdp,&fds,&fds,NULL,&timeout))   //select使用
        {
            case -1: exit(-1);break; //select错误，退出程序
        case 0:break;  //再次轮询
        default:
                  if(FD_ISSET(sock,&fds)) //测试sock是否可读，即是否网络上有数据
            {

                        recvfrom(sock,buffer,256,.....);//接受网络数据

                        if(FD_ISSET(fp,&fds)) //测试文件是否可写
                            fwrite(fp,buffer...);//写入文件buffer清空;
                   }// end if break;
          }// end switch
     }//end while
}//end main