（高级篇）S05-CH03 Microblaze LWIP TCP 方案

3.1 概述

      lwip 是瑞典计算机科学院(SICS)的 Adam Dunkels 开发的一个小型开源的 TCP/IP 协议栈。实现的重点是在保持 TCP 协议主要功能的基础上减少对 RAM 的占用。

      LwIP 是 Light Weight (轻型)IP 协议，有无操作系统的支持都可以运行。LwIP 实现的重点是在保持 TCP 协议主要功能的基础上减少对 RAM 的占用，它只需十几 KB 的 RAM 和 40K 左右的 ROM 就可以运行，这使 LwIP 协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。[1]

      lwIP 协议栈主要关注的是怎么样减少内存的使用和代码的大小，这样就可以让 lwIP 适用于资源有限的小型平台例如嵌入式系统。为了简化处理过程和内存要求，lwIP 对 API 进行了裁减，可以不需要复制一些数据。

      lwip 提供三种 API：1)RAW API 2)lwip API 3)BSD API。

      RAW API 把协议栈和应用程序放到一个进程里边，该接口基于函数回调技术，使用该接口的应用程序可以不用进行连续操作。不过，这会使应用程序编写难度加大且代 码不易被理解。为了接收数据，应用程序会向协议栈注册一个回调函数。该回调函数与特定的连接相关联，当该关联的连接到达一个信息包，该回调函数就会被协议 栈调用。这既有优点也有缺点。优点是既然应用程序和 TCP/IP 协议栈驻留在同一个进程中，那么发送和接收数据就

      不再产生进程切换。主要缺点是应用程序不 能使自己陷入长期的连续运算中，这样会导致通讯性能下降，原因是 TCP/IP 处理与连续运算是不能并行发生的。这个缺点可以通过把应用程序分为两部分来克 服，一部分处理通讯，    

一部分处理运算。

      lwip API 把接收与处理放在一个线程里面。这样只要处理流程稍微被延迟，接收就会被阻塞，直接造成频繁丢包、响应不及时等严重问题。因此，接收与协议处理必须 分开。LwIP 的作者显然已经考虑到了这一点，他为我们提供了 tcpip_input() 函数来处理这个问题， 虽然他并没有在 rawapi 一文中说明。 讲到这里，读者应该知道tcpip_input()函数投递的消息从哪里来的答案了吧，没错，它们来自于由底层网络驱动组成的接收线程。我们在编写网络驱动时， 其接收部分以任务的形式创建。 数据包到达后， 去掉以太网包头得到 IP 包， 然后直接调用tcpip_input()函数将其 投递到 mbox 邮箱。投递结束，接收任务继续下一个数据包的接收，而被投递得 IP 包将由 TCPIP 线程继续处理。这样，即使某个 IP 包的处理时间过长也不 会造成频繁丢包现象的发生。这就是 lwip API。

     BSD API 提供了基于 open-read-write-close 模型的 UNIX 标准 API，它的最大特点是使应用程序移植到其它系统时比较容易，但用在嵌入式系统中效率比较低，占用资源多。这对于我们的嵌入式应用有时是不能容忍的。

Step8:axi_ethernet_0_dma 的中断 mm2s_introut、s2mm_introut 连接到 microblaze_0_xlconcat 两个端口上

Step9：将axi_ethernet_0 的 mac_irq、interrupt 连接到 microblaze_0_xlconcat 两个端口上

Step10：将 axi time 的 interrupt 连接到 microblaze_0_xlconcat 最后一个端口上

完成的硬件原理图

Step11：连接完成后，添加 xdc 文件，然后 Generate output，生成顶层文件

3.3 TCP协议

3.4 LWIP库的修改

       Xilinx SDK 目录下面 xaxiemacif_physpeed.c 文件里面对 PHY 芯片有驱动，目前支持 MARVEL 和 TI 的部分 PHY 芯片，如果使用其他厂家的 PHY 芯片，需要更改驱动，否则协商不能通过。

       首先，找到 SDK 安装目录下的 LWIP 库的路径，例如：

       C:\Xilinx\SDK\2017.4\data\embeddedsw\ThirdParty\sw_service

       将lwip141_v1_7 文件夹复制一份到工程目录的 sdk_repo\bsp 文件夹下，将其重新命名为 lwip141_v2_04。第一步，修改 lwip141_v2_04\data\lwip141.mld 文件（可用 Notapad++等编辑器打开），将其中的版本编号

       OPTION VERSION = 2.0;

       修改为

        OPTION VERSION = 2.08;

        由于

        打开 lwip141_v2_04\src\contrib\ports\xilinx\netif\xaxiemacif_physpeed.c 源文件，增加宏定义

3.5软件设计

新建SDK工程，导入修改过的lwip库文件

3.6需要注意的问题

     根据不同的 PHY 芯片修改 LWIP 底层

     Xilinx SDK 目录下面 xaxiemacif_physpeed.c 文件里面对 PHY 芯片有驱动，目前支持 MARVEL 和 TI 的部分 PHY 芯片，如果使用其他厂家的 PHY 芯片，需要更改驱动，否则协商不能通过。

      在Microblaze 的 AXI Ethernet 里面有对 RGMII 接口的时序约束，不同的芯片需要修改约束的时间，如果差别不是很大则不修改也可以进行工作。

• OUTPUT DELAY约束

需要注意是，在 AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem 中，rgmii_txc 的发送时钟 gtx_clk90，与 rgmii_td、rgmii_tx_ctl 的发送时钟 gtx_clk 存在 90°即 2ns 的相位差。因此，此时 PHY 芯片 RGMII 的 TX 接口时序不能使用默认的内部延迟模式，需要使用外部模式，其时序关系如下图。