kopia lustrzana https://github.com/espressif/esp-idf
535 wiersze
24 KiB
ReStructuredText
535 wiersze
24 KiB
ReStructuredText
lwIP
|
||
====
|
||
|
||
:link_to_translation:`en:[English]`
|
||
|
||
ESP-IDF 使用开源的 `lwIP 轻量级 TCP/IP 协议栈`_,该版 lwIP (`esp-lwip`_) 相对上游项目做了修改和增补。
|
||
|
||
支持的 API
|
||
--------------
|
||
|
||
ESP-IDF 支持以下 lwIP TCP/IP 协议栈功能:
|
||
|
||
- `BSD 套接字 API`_
|
||
- `Netconn API`_ 已启用,但暂无对 ESP-IDF 应用程序的官方支持
|
||
|
||
.. _lwip-dns-limitation:
|
||
|
||
适配的 API
|
||
^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
.. warning::
|
||
|
||
在使用除 `BSD 套接字 API`_ 外的任意 lwIP API 时,请确保所用 API 为线程安全。请启用 :ref:`CONFIG_LWIP_CHECK_THREAD_SAFETY` 配置选项并运行应用程序,检查所用 API 是否线程安全。此时,lwIP 断言 TCP/IP 核心功能可以正确访问。如果未能从正确的 `lwIP FreeRTOS 任务`_ 访问,或没有正确锁定,则执行中止。建议使用 :doc:`/api-reference/network/esp_netif` 组件与 lwIP 交互。
|
||
|
||
ESP-IDF 间接支持以下常见的 lwIP 应用程序 API:
|
||
|
||
- 动态主机设置协议 (DHCP) 服务器和客户端,由 :doc:`/api-reference/network/esp_netif` 功能间接支持。
|
||
- 域名系统 (DNS);获取 DHCP 地址时,可以自动分配 DNS 服务器,也可以通过 :doc:`/api-reference/network/esp_netif` API 手动配置。
|
||
|
||
.. note::
|
||
|
||
lwIP 中的 DNS 服务器配置为全局配置,而非针对特定接口的配置。如需同时使用不同 DNS 服务器的多个网络接口,在从一个接口获取 DHCP 租约时,请注意避免意外覆盖另一个接口的 DNS 设置。
|
||
|
||
- 简单网络时间协议 (SNTP),由 :doc:`/api-reference/network/esp_netif` 功能间接支持,或通过 :component_file:`lwip/include/apps/esp_sntp.h` 中的函数直接支持。该函数还为 :component_file:`lwip/lwip/src/include/lwip/apps/sntp.h` 函数提供了线程安全的 API,请参阅 :ref:`system-time-sntp-sync`。
|
||
- ICMP Ping,由 lwIP ping API 的变体支持,请参阅 :doc:`/api-reference/protocols/icmp_echo`。
|
||
- ICMPv6 Ping,由 lwIP 的 ICMPv6 Echo API 支持,用于测试 IPv6 网络连接情况。有关详细信息,请参阅 :example:`protocols/sockets/icmpv6_ping`。
|
||
- NetBIOS 查找,由标准的 lwIP API 支持,:example:`protocols/http_server/restful_server` 示例中提供了使用 NetBIOS 在局域网中查找主机的选项。
|
||
- mDNS 与 lwIP 的默认 mDNS 使用不同实现方式,请参阅 :doc:`/api-reference/protocols/mdns`。但启用 :ref:`CONFIG_LWIP_DNS_SUPPORT_MDNS_QUERIES` 设置项后,lwIP 可以使用 ``gethostbyname()`` 等标准 API 和 ``hostname.local`` 约定查找 mDNS 主机。
|
||
- lwIP 中的 PPP 实现可用于在 ESP-IDF 中创建 PPPoS(串行 PPP)接口。请参阅 :doc:`/api-reference/network/esp_netif` 组件文档,使用 :component_file:`esp_netif/include/esp_netif_defaults.h` 中定义的 ``ESP_NETIF_DEFAULT_PPP()`` 宏创建并配置 PPP 网络接口。:component_file:`esp_netif/include/esp_netif_ppp.h` 中提供了其他的运行时设置。PPPoS 接口通常用于与 NBIoT/GSM/LTE 调制解调器交互。`esp_modem <https://components.espressif.com/component/espressif/esp_modem>`_ 仓库还支持更多应用层友好的 API,该仓库内部使用了上述 PPP lwIP 模块。
|
||
|
||
BSD 套接字 API
|
||
-----------------
|
||
|
||
BSD 套接字 API 是一种常见的跨平台 TCP/IP 套接字 API,最初源于 UNIX 操作系统的伯克利标准发行版,现已标准化为 POSIX 规范的一部分。BSD 套接字有时也称 POSIX 套接字,或伯克利套接字。
|
||
|
||
在 ESP-IDF 中,lwIP 支持 BSD 套接字 API 的所有常见用法。
|
||
|
||
参考
|
||
^^^^^^^^^^
|
||
|
||
BSD 套接字的相关参考资料十分丰富,包括但不限于:
|
||
|
||
- `单一 UNIX 规范 - BSD 套接字 <https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/007908799/xnsix.html>`_
|
||
- `伯克利套接字 - 维基百科 <https://en.wikipedia.org/wiki/Berkeley_sockets>`_
|
||
|
||
示例
|
||
^^^^^^^^
|
||
|
||
以下为 ESP-IDF 中使用 BSD 套接字 API 的部分示例:
|
||
|
||
- :example:`protocols/sockets/tcp_server`
|
||
- :example:`protocols/sockets/tcp_client`
|
||
- :example:`protocols/sockets/udp_server`
|
||
- :example:`protocols/sockets/udp_client`
|
||
- :example:`protocols/sockets/udp_multicast`
|
||
- :example:`protocols/http_request`:此简化示例使用 TCP 套接字发送 HTTP 请求,但更推荐使用 :doc:`/api-reference/protocols/esp_http_client` 发送 HTTP 请求
|
||
|
||
支持的函数
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
在 ESP-IDF 中,lwIP 支持以下 BSD 套接字 API 函数,详情请参阅 :component_file:`lwip/lwip/src/include/lwip/sockets.h`。
|
||
|
||
- ``socket()``
|
||
- ``bind()``
|
||
- ``accept()``
|
||
- ``shutdown()``
|
||
- ``getpeername()``
|
||
- ``getsockopt()`` 和 ``setsockopt()``:请参阅 `套接字选项`_
|
||
- ``close()``:通过 :doc:`/api-reference/storage/vfs` 调用
|
||
- ``read()``、``readv()``、``write()``、``writev()``:通过 :doc:`/api-reference/storage/vfs` 调用
|
||
- ``recv()``、``recvmsg()``、``recvfrom()``
|
||
- ``send()``、``sendmsg()``、``sendto()``
|
||
- ``select()``:通过 :doc:`/api-reference/storage/vfs` 调用
|
||
- ``poll()``:ESP-IDF 通过在内部调用 ``select()`` 实现 ``poll()``,因此,建议直接调用 ``select()``
|
||
- ``fcntl()``:请参阅 `fcntl()`_
|
||
|
||
非标准函数:
|
||
|
||
- ``ioctl()``:请参阅 `ioctl()`_
|
||
|
||
.. note::
|
||
|
||
部分 lwIP 应用程序示例代码使用了带前缀的 BSD API,如 ``lwip_socket()``,而非标准 ``socket()``。ESP-IDF 支持使用以上两种形式,但更建议使用标准名称。
|
||
|
||
套接字错误处理
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
要使套接字应用程序保持稳定,BSD 套接字错误处理代码至关重要。套接字错误处理通常涉及以下几个方面:
|
||
|
||
- 错误检测
|
||
- 获取错误原因代码
|
||
- 根据错误原因代码处理错误
|
||
|
||
在 lwIP 中,处理套接字错误分以下两种情况:
|
||
|
||
- 套接字 API 返回错误,请参阅 `套接字 API 错误`_。
|
||
- ``select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout)`` 包含异常描述符,表示套接字出现错误,详情请参阅 `select() 错误`_。
|
||
|
||
套接字 API 错误
|
||
+++++++++++++++++
|
||
|
||
**错误检测**
|
||
|
||
- 根据返回值判断套接字 API 是否出错。
|
||
|
||
**获取错误原因代码**
|
||
|
||
- 套接字 API 出错时,其返回值不包含失败原因,可以通过应用程序访问 ``errno`` 获取错误原因代码。不同返回值具有不同含义,详情请参阅 `套接字错误原因代码`_。
|
||
|
||
示例:
|
||
|
||
.. code-block::
|
||
|
||
int err;
|
||
int sockfd;
|
||
|
||
if (sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) < 0) {
|
||
// 从 errno 获取错误代码
|
||
err = errno;
|
||
return err;
|
||
}
|
||
|
||
``select()`` 错误
|
||
+++++++++++++++++++++++
|
||
|
||
**错误检测**
|
||
|
||
- ``select()`` 包含异常描述符时的套接字错误。
|
||
|
||
**获取错误原因代码**
|
||
|
||
- 如果 ``select()`` 报告套接字错误,访问 ``errno`` 无法获取错误原因代码,此时,应调用 ``getsockopt()``。因为当 ``select()`` 包含异常描述符时,错误代码不会直接赋值给 ``errno``。
|
||
|
||
.. note::
|
||
|
||
``getsockopt()`` 函数具有以下原型:``int getsockopt(int s, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen)``。原型可以获取任意类型、任意状态套接字选项的当前值,并将结果存储在 ``optval`` 中。例如,要在套接字上获取错误代码,可以通过 ``getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &optlen)`` 实现。
|
||
|
||
示例:
|
||
|
||
.. code-block::
|
||
|
||
int err;
|
||
|
||
if (select(sockfd + 1, NULL, NULL, &exfds, &tval) <= 0) {
|
||
err = errno;
|
||
return err;
|
||
} else {
|
||
if (FD_ISSET(sockfd, &exfds)) {
|
||
// 使用 getsockopt() 获取 select() 异常集
|
||
int optlen = sizeof(int);
|
||
getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &optlen);
|
||
return err;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
套接字错误原因代码
|
||
++++++++++++++++++++++++
|
||
|
||
以下是常见错误代码列表。有关标准 POSIX/C 错误代码的详细列表,请参阅 `newlib errno.h <https://github.com/espressif/newlib-esp32/blob/master/newlib/libc/include/sys/errno.h>`_ 和特定平台扩展 :component_file:`newlib/platform_include/errno.h`。
|
||
|
||
.. list-table::
|
||
:header-rows: 1
|
||
:widths: 50 50
|
||
:align: center
|
||
|
||
* - 错误代码
|
||
- 描述
|
||
* - ECONNREFUSED
|
||
- 拒绝连接
|
||
* - EADDRINUSE
|
||
- 地址已在使用中
|
||
* - ECONNABORTED
|
||
- 软件导致连接中断
|
||
* - ENETUNREACH
|
||
- 网络不可达
|
||
* - ENETDOWN
|
||
- 未配置网络接口
|
||
* - ETIMEDOUT
|
||
- 连接超时
|
||
* - EHOSTDOWN
|
||
- 主机已关闭
|
||
* - EHOSTUNREACH
|
||
- 主机不可达
|
||
* - EINPROGRESS
|
||
- 连接已在进行中
|
||
* - EALREADY
|
||
- 套接字已连接
|
||
* - EDESTADDRREQ
|
||
- 需要目标地址
|
||
* - EPROTONOSUPPORT
|
||
- 未知协议
|
||
|
||
套接字选项
|
||
^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
``getsockopt()`` 支持获取套接字选项,``setsockopt()`` 支持设置套接字选项。
|
||
|
||
在 ESP-IDF 中,lwIP 并不支持所有标准套接字选项。以下套接字选项受 lwIP 支持:
|
||
|
||
常见选项
|
||
++++++++++++++
|
||
|
||
与级别参数 ``SOL_SOCKET`` 一起使用。
|
||
|
||
- ``SO_REUSEADDR``:如果 :ref:`CONFIG_LWIP_SO_REUSE` 已启用,则该选项可用,可以设置 :ref:`CONFIG_LWIP_SO_REUSE_RXTOALL` 自定义其行为
|
||
- ``SO_KEEPALIVE``
|
||
- ``SO_BROADCAST``
|
||
- ``SO_ACCEPTCONN``
|
||
- ``SO_RCVBUF``:如果 :ref:`CONFIG_LWIP_SO_RCVBUF` 已启用,则该选项可用
|
||
- ``SO_SNDTIMEO`` / ``SO_RCVTIMEO``
|
||
- ``SO_ERROR``:此选项仅支持与 ``select()`` 一起使用,请参阅 `套接字错误处理`_
|
||
- ``SO_TYPE``
|
||
- ``SO_NO_CHECK``:仅适用于 UDP 套接字
|
||
|
||
IP 选项
|
||
++++++++++
|
||
|
||
与级别参数 ``IPPROTO_IP`` 一起使用。
|
||
|
||
- ``IP_TOS``
|
||
- ``IP_TTL``
|
||
- ``IP_PKTINFO``:如果 :ref:`CONFIG_LWIP_NETBUF_RECVINFO` 已启用,则该选项可用
|
||
|
||
对于组播 UDP 套接字:
|
||
|
||
- ``IP_MULTICAST_IF``
|
||
- ``IP_MULTICAST_LOOP``
|
||
- ``IP_MULTICAST_TTL``
|
||
- ``IP_ADD_MEMBERSHIP``
|
||
- ``IP_DROP_MEMBERSHIP``
|
||
|
||
TCP 选项
|
||
+++++++++++
|
||
|
||
只适用于 TCP 套接字,与级别参数 ``IPPROTO_TCP`` 一起使用。
|
||
|
||
- ``TCP_NODELAY``
|
||
|
||
与 TCP 保活探测相关的选项:
|
||
|
||
- ``TCP_KEEPALIVE``:整数值,以毫秒为单位,设置 TCP 保活探测周期
|
||
- ``TCP_KEEPIDLE``:整数值,以秒为单位,与 ``TCP_KEEPALIVE`` 相同
|
||
- ``TCP_KEEPINTVL``:整数值,以秒为单位,设置保活探测间隔
|
||
- ``TCP_KEEPCNT``:整数值,设置超时前进行的保活探测次数
|
||
|
||
IPv6 选项
|
||
++++++++++++
|
||
|
||
只适用于 IPv6 套接字,与级别参数 ``IPPROTO_IPV6`` 一起使用。
|
||
|
||
- ``IPV6_CHECKSUM``
|
||
- ``IPV6_V6ONLY``
|
||
|
||
对于组播 IPv6 UDP 套接字:
|
||
|
||
- ``IPV6_JOIN_GROUP`` / ``IPV6_ADD_MEMBERSHIP``
|
||
- ``IPV6_LEAVE_GROUP`` / ``IPV6_DROP_MEMBERSHIP``
|
||
- ``IPV6_MULTICAST_IF``
|
||
- ``IPV6_MULTICAST_HOPS``
|
||
- ``IPV6_MULTICAST_LOOP``
|
||
|
||
``fcntl()``
|
||
^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
``fcntl()`` 函数是设置与文件描述符相关选项的标准 API。在 ESP-IDF 中,使用 :doc:`/api-reference/storage/vfs` 层实现该函数。
|
||
|
||
当文件描述符为套接字时,仅支持以下 ``fcntl()`` 值:
|
||
|
||
- ``O_NONBLOCK`` 用于置位或清除非阻塞 I/O 模式。``O_NDELAY`` 也受支持,与前者功能相同。
|
||
- ``O_RDONLY``、``O_WRONLY``、``O_RDWR`` 标志用于不同的读或写模式,只能用 ``F_GETFL`` 读取,且无法用 ``F_SETFL`` 设置。根据连接状况,即两端开启或任一端关闭,TCP 套接字会返回不同模式,而 UDP 套接字始终返回 ``O_RDWR``。
|
||
|
||
``ioctl()``
|
||
^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
``ioctl()`` 函数以半标准的方式访问 TCP/IP 协议栈的部分内部功能。ESP-IDF 通过 :doc:`/api-reference/storage/vfs` 层实现此函数。
|
||
|
||
当文件描述符为套接字时,仅支持以下 ``ioctl()`` 值:
|
||
|
||
- ``FIONREAD`` 返回套接字网络 buffer 中接收的待处理字节数。
|
||
- ``FIONBIO`` 和 ``fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK, ...)`` 相同,也可置位或清除套接字非阻塞 I/O 状态。
|
||
|
||
Netconn API
|
||
-----------
|
||
|
||
lwIP 支持两种较低级别的 API 和 BSD 套接字 API,即 Netconn API 和 Raw API。
|
||
|
||
lwIP Raw API 适用于单线程设备,无法在 ESP-IDF 中使用。
|
||
|
||
Netconn API 用于在 lwIP 内部使用 BSD 套接字 API,支持直接从 ESP-IDF 的应用程序调用。相较于 BSD 套接字 API,该 API 占用资源更少。无需提前将数据复制到内部 lwIP buffer,即可使用 Netconn API 发送和接收数据。
|
||
|
||
.. important::
|
||
|
||
乐鑫尚未在 ESP-IDF 中测试 Netconn API,因此 **此功能已启用,但尚无官方支持**。对于某些功能,可能只有在从 BSD 套接字 API 中使用时才能正常运作。
|
||
|
||
有关 Netconn API 的更多信息,请参阅 `lwip/lwip/src/include/lwip/api.h <http://www.nongnu.org/lwip/2_0_x/api_8h.html>`_ 和 `lwIP 应用程序 **非官方** 开发手册的一部分 <https://lwip.fandom.com/wiki/Netconn_API>`_。
|
||
|
||
lwIP FreeRTOS 任务
|
||
------------------
|
||
|
||
lwIP 创建了专用的 TCP/IP FreeRTOS 任务,处理来自其他任务的套接字 API 请求。
|
||
|
||
以下配置项可用于修改任务,并调整向 TCP/IP 任务发送数据和从 TCP/IP 任务接收数据的队列(邮箱):
|
||
|
||
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCPIP_RECVMBOX_SIZE`
|
||
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCPIP_TASK_STACK_SIZE`
|
||
- :ref:`CONFIG_LWIP_TCPIP_TASK_AFFINITY`
|
||
|
||
IPv6 支持
|
||
------------
|
||
|
||
系统支持 IPv4 和 IPv6 的双栈功能,并默认启用这两种协议。如无需要,可将其禁用,请参阅 :ref:`lwip-ram-usage`。
|
||
|
||
在 ESP-IDF 中,IPv6 支持仅限 **无状态自动配置**,不支持 **有状态配置**,上游的 lwIP 也不支持 **有状态配置**。
|
||
|
||
IPv6 地址配置通过以下协议或服务定义:
|
||
|
||
- 支持 **SLAAC** IPv6 无状态地址配置 (RFC-2462)
|
||
- 支持 **DHCPv6** IPv6 动态主机配置协议 (RFC-8415)
|
||
|
||
以上两种地址配置默认处于禁用状态,设备仅使用链路本地地址或静态定义的地址。
|
||
|
||
.. _lwip-ivp6-autoconfig:
|
||
|
||
无状态自动配置流程
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
要通过路由器通告协议启用地址自动配置,请启用此配置选项:
|
||
|
||
- :ref:`CONFIG_LWIP_IPV6_AUTOCONFIG`
|
||
|
||
该配置选项启用了所有网络接口的 IPv6 自动配置。而在上游 lwIP 中,需要设置 ``netif->ip6_autoconfig_enabled=1``,针对每个 ``netif`` 明确启用自动配置。
|
||
|
||
.. _lwip-ivp6-dhcp6:
|
||
|
||
DHCPv6
|
||
^^^^^^
|
||
|
||
lwIP 中的 DHCPv6 非常简单,仅支持无状态配置,可通过以下配置选项启用:
|
||
|
||
- :ref:`CONFIG_LWIP_IPV6_DHCP6`
|
||
|
||
由于 DHCPv6 仅在无状态配置下工作,因此还需要通过 :ref:`CONFIG_LWIP_IPV6_AUTOCONFIG` 启用 :ref:`lwip-ivp6-autoconfig`。
|
||
|
||
此外,还需要使用以下语句,在应用程序代码中明确启用 DHCPv6:
|
||
|
||
.. code-block::
|
||
|
||
dhcp6_enable_stateless(netif);
|
||
|
||
IPv6 自动配置中的 DNS 服务器
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
要自动配置 DNS 服务器,尤其是在仅使用 IPv6 的网络中配置,可使用以下两种选项:
|
||
|
||
- 递归域名系统 (DNS),属于邻居发现协议 (NDP) 的一部分,可使用 :ref:`lwip-ivp6-autoconfig`。
|
||
|
||
DNS 服务器的数量必须设置为 :ref:`CONFIG_LWIP_IPV6_RDNSS_MAX_DNS_SERVERS`,该选项默认禁用,即置位为 0。
|
||
|
||
- DHCPv6 无状态配置,使用 :ref:`lwip-ivp6-dhcp6` 配置 DNS 服务器。注意,此配置假设 IPv6 路由通告标志 (RFC-5175) 进行了如下设置
|
||
|
||
- 管理地址配置标志 (Managed Address Configuration Flag) = 0
|
||
- 其他配置标志 (Other Configuration Flag) = 1
|
||
|
||
ESP-lwIP 自定义修改
|
||
-----------------------------
|
||
|
||
补充内容
|
||
^^^^^^^^^
|
||
|
||
以下代码均为新增代码,尚未包含至上游 lwIP 版本:
|
||
|
||
线程安全的套接字
|
||
+++++++++++++++++++
|
||
|
||
调用 ``close()`` 可以从不同于创建套接字的线程中关闭该套接字。该调用持续阻塞,直至其他任务中使用该套接字的函数调用返回。
|
||
|
||
然而,任务处于主动等待 ``select()`` 或 ``poll()`` API 的状态时,无法删除该任务。销毁任务前,这些 API 必须先退出,否则可能会破坏内部数据结构,并导致后续 lwIP 崩溃。这些 API 在栈上分配了全局引用的回调指针,因此,在未完全卸载栈的情况下删除任务时,lwIP 仍可以持有指向已删除栈的指针。
|
||
|
||
按需定时器
|
||
++++++++++++++++
|
||
|
||
lwIP 中的 IGMP 和 MLD6 功能都会初始化一个定时器,以便在特定时间触发超时事件。
|
||
|
||
即便没有活动的超时事件,lwIP 也会默认始终启用这些定时器,增加自动 Light-sleep 模式下的 CPU 使用率和功耗。``ESP-lwIP`` 则默认将各定时器设置为 ``按需`` 使用,即只在有待处理事件时启用。
|
||
|
||
如果要返回默认 lwIP 设置,即始终启用定时器,请禁用 :ref:`CONFIG_LWIP_TIMERS_ONDEMAND`。
|
||
|
||
lwIP 定时器 API
|
||
+++++++++++++++
|
||
|
||
不使用 Wi-Fi 时,可以通过 API 关闭 lwIP 定时器,减少功耗。
|
||
|
||
以下 API 函数均受支持,详情请参阅 :component_file:`lwip/lwip/src/include/lwip/timeouts.h`。
|
||
|
||
- ``sys_timeouts_init()``
|
||
- ``sys_timeouts_deinit()``
|
||
|
||
附加套接字选项
|
||
+++++++++++++++++++++++++
|
||
|
||
- 目前已实现部分标准 IPV4 和 IPV6 组播套接字选项,详情请参阅 `套接字选项`_。
|
||
|
||
- 使用 ``IPV6_V6ONLY`` 套接字选项,可以设置仅使用 IPV6 的 UDP 和 TCP 套接字,而 lwIP 一般只支持 TCP 套接字。
|
||
|
||
IP 层特性
|
||
+++++++++++++++++
|
||
|
||
- IPV4 源地址基础路由实现不同
|
||
|
||
- 支持 IPV4 映射 IPV6 地址
|
||
|
||
.. _lwip-custom-hooks:
|
||
|
||
自定义 lwIP 钩子
|
||
+++++++++++++++++++++
|
||
|
||
原始 lwIP 支持通过 ``LWIP_HOOK_FILENAME`` 实现自定义的编译时修改。ESP-IDF 端口层已使用该文件,但仍支持通过由宏 ``ESP_IDF_LWIP_HOOK_FILENAME`` 定义的头文件,在 ESP-IDF 中包含并实现自定义添加。以下示例展示了向构建过程添加自定义钩子文件的过程,其中钩子文件名为 ``my_hook.h``,位于项目的 ``main`` 文件夹中:
|
||
|
||
.. code-block:: cmake
|
||
|
||
idf_component_get_property(lwip lwip COMPONENT_LIB)
|
||
target_compile_options(${lwip} PRIVATE "-I${PROJECT_DIR}/main")
|
||
target_compile_definitions(${lwip} PRIVATE "-DESP_IDF_LWIP_HOOK_FILENAME=\"my_hook.h\"")
|
||
|
||
使用 ESP-IDF 构建系统自定义 lwIP 选项
|
||
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
|
||
|
||
组件配置菜单可以配置常见的 lwIP 选项,但是一些自定义选项需要通过命令行添加。CMake 函数 ``target_compile_definitions()`` 可以用于定义宏,示例如下:
|
||
|
||
.. code-block:: cmake
|
||
|
||
idf_component_get_property(lwip lwip COMPONENT_LIB)
|
||
target_compile_definitions(${lwip} PRIVATE "-DETHARP_SUPPORT_VLAN=1")
|
||
|
||
使用这种方法可能无法定义函数式宏。虽然 GCC 支持此类定义,但是未必所有编译器都会接受。为了解决这一限制,可以使用 ``add_definitions()`` 函数为整个项目定义宏,例如 ``add_definitions("-DFALLBACK_DNS_SERVER_ADDRESS(addr)=\"IP_ADDR4((addr), 8,8,8,8)\"")``。
|
||
|
||
另一种方法是在头文件中定义函数式宏,该头文件将预先包含在 lwIP 钩子文件中,请参考 :ref:`lwip-custom-hooks`。
|
||
|
||
限制
|
||
^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
如 :ref:`lwip-dns-limitation` 所述,ESP-IDF 中的 lwIP 扩展功能仍然受到全局 DNS 限制的影响。为了在应用程序代码中解决这一限制,可以使用 ``FALLBACK_DNS_SERVER_ADDRESS()`` 宏定义所有接口能够访问的全局 DNS 备用服务器,或者单独维护每个接口的 DNS 服务器,并在默认接口更改时重新配置。
|
||
|
||
在 UDP 套接字上重复调用 ``send()`` 或 ``sendto()`` 最终可能会导致错误。此时 ``errno`` 报错为 ``ENOMEM``,错误原因是底层网络接口驱动程序中的 buffer 大小有限。当所有驱动程序的传输 buffer 已满时,UDP 传输事务失败。如果应用程序需要发送大量 UDP 数据报,且不希望发送方丢弃数据报,建议检查错误代码,采用短延迟的重传机制。
|
||
|
||
.. only:: esp32
|
||
|
||
在 :ref:`Wi-Fi <CONFIG_ESP_WIFI_TX_BUFFER>` 或 :ref:`Ethernet <CONFIG_ETH_DMA_TX_BUFFER_NUM>` 项目配置中适当增加传输 buffer 数量,或许可以缓解此情况。
|
||
|
||
.. only:: not esp32 and SOC_WIFI_SUPPORTED
|
||
|
||
在 :ref:`Wi-Fi <CONFIG_ESP_WIFI_TX_BUFFER>` 项目配置中适当增加传输 buffer 数量,或许可以缓解此情况。
|
||
|
||
.. _lwip-performance:
|
||
|
||
性能优化
|
||
------------------------
|
||
|
||
影响 TCP/IP 性能因素较多,可以从多方面进行优化。经调整,ESP-IDF 的默认设置已在 TCP/IP 的吞吐量、响应时间和内存使用间达到平衡。
|
||
|
||
最大吞吐量
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
乐鑫使用 iperf 测试应用程序 https://iperf.fr/ 测试了 ESP-IDF 的 TCP/IP 吞吐量。关于实际测试和优化配置的更多信息,请参考 :ref:`improve-network-speed`。
|
||
|
||
.. important::
|
||
|
||
建议逐步应用更改,并在每次更改后,通过特定应用程序的工作负载检查性能。
|
||
|
||
- 如果系统中有许多任务抢占 CPU 时间,可以考虑调整 lwIP 任务的 CPU 亲和性 (:ref:`CONFIG_LWIP_TCPIP_TASK_AFFINITY`),并以固定优先级 (18, ``ESP_TASK_TCPIP_PRIO``) 运行。为优化 CPU 使用,可以考虑将竞争任务分配给不同核心,或将其优先级调整至较低值。有关内置任务优先级的更多详情,请参阅 :ref:`built-in-task-priorities`。
|
||
|
||
- 如果使用仅带有套接字参数的 ``select()`` 函数,禁用 :ref:`CONFIG_VFS_SUPPORT_SELECT` 可以更快地调用 ``select()``。
|
||
|
||
- 如果有足够的空闲 IRAM,可以选择 :ref:`CONFIG_LWIP_IRAM_OPTIMIZATION` 和 :ref:`CONFIG_LWIP_EXTRA_IRAM_OPTIMIZATION`,提高 TX/RX 吞吐量。
|
||
|
||
.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
|
||
|
||
如果使用 Wi-Fi 网络接口,请参阅 :ref:`wifi-buffer-usage`。
|
||
|
||
最低延迟
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
除增加 buffer 大小外,大多数增加吞吐量的设置会减少 lwIP 函数占用 CPU 的时间,进而降低延迟,缩短响应时间。
|
||
|
||
- 对于 TCP 套接字,lwIP 支持设置标准的 ``TCP_NODELAY`` 标记以禁用 Nagle 算法。
|
||
|
||
.. _lwip-ram-usage:
|
||
|
||
最小内存使用
|
||
^^^^^^^^^^^^^^^^^
|
||
|
||
由于 RAM 按需从堆中分配,多数 lwIP 的 RAM 使用也按需分配。因此,更改 lwIP 设置减少 RAM 使用时,或许不会改变空闲时的 RAM 使用量,但可以改变高峰期的 RAM 使用量。
|
||
|
||
- 减少 :ref:`CONFIG_LWIP_MAX_SOCKETS` 可以减少系统中的最大套接字数量。更改此设置,会让处于 ``WAIT_CLOSE`` 状态的 TCP 套接字在需要打开新套接字时更快地关闭和复用,进一步降低峰值 RAM 使用量。
|
||
- 减少 :ref:`CONFIG_LWIP_TCPIP_RECVMBOX_SIZE`、:ref:`CONFIG_LWIP_TCP_RECVMBOX_SIZE` 和 :ref:`CONFIG_LWIP_UDP_RECVMBOX_SIZE` 可以减少 RAM 使用量,但会影响吞吐量,具体取决于使用情况。
|
||
- 减少 :ref:`CONFIG_LWIP_TCP_MSL` 和 :ref:`CONFIG_LWIP_TCP_FIN_WAIT_TIMEOUT` 可以减少系统中的最大分段寿命,同时会使处于 ``TIME_WAIT`` 和 ``FIN_WAIT_2`` 状态的 TCP 套接字能更快地关闭和复用。
|
||
- 禁用 :ref:`CONFIG_LWIP_IPV6` 可以在系统启动时节省大约 39 KB 的固件大小和 2 KB 的 RAM,并在运行 TCP/IP 栈时节省 7 KB 的 RAM。如果无需支持 IPV6,可以禁用 IPv6,减少 flash 和 RAM 占用。
|
||
- 禁用 :ref:`CONFIG_LWIP_IPV4` 可以在系统启动时节省大约 26 KB 的固件大小和 600 B 的 RAM,并在运行 TCP/IP 栈时节省 6 KB 的 RAM。如果本地网络仅支持 IPv6 配置,可以禁用 IPv4,减少 flash 和 RAM 占用。
|
||
|
||
.. only:: SOC_WIFI_SUPPORTED
|
||
|
||
如果使用 Wi-Fi,请参阅 :ref:`wifi-buffer-usage`。
|
||
|
||
|
||
最大 buffer 使用
|
||
+++++++++++++++++
|
||
|
||
lwIP 消耗的最大堆内存即 lwIP 驱动程序 **理论上可能消耗的最大内存**,通常取决于以下因素:
|
||
|
||
- 创建 UDP 连接所需的内存:``lwip_udp_conn``
|
||
- 创建 TCP 连接所需的内存:``lwip_tcp_conn``
|
||
- 应用程序拥有的 UDP 连接数量:``lwip_udp_con_num``
|
||
- 应用程序拥有的 TCP 连接数量:``lwip_tcp_con_num``
|
||
- TCP 的 TX 窗口大小:``lwip_tcp_tx_win_size``
|
||
- TCP 的 RX 窗口大小:``lwip_tcp_rx_win_size``
|
||
|
||
**因此,lwIP 消耗的最大堆内存可以用以下公式计算:**
|
||
lwip_dynamic_peek_memory = (lwip_udp_con_num * lwip_udp_conn) + (lwip_tcp_con_num * (lwip_tcp_tx_win_size + lwip_tcp_rx_win_size + lwip_tcp_conn))
|
||
|
||
某些基于 TCP 的应用程序只需要一个 TCP 连接。然而,当出现错误(如发送失败)时,应用程序可能会关闭此 TCP 连接,并创建一个新的连接。根据 TCP 状态机和 RFC793,关闭 TCP 连接可能需要很长时间,这可能导致系统中同时存在多个 TCP 连接。
|
||
|
||
|
||
.. _lwIP 轻量级 TCP/IP 协议栈: https://savannah.nongnu.org/projects/lwip/
|
||
.. _esp-lwip: https://github.com/espressif/esp-lwip
|