【STM32】 TCP/IP通信协议（3）--LwIP网络接口

LwIP协议栈支持多种不同的网络接口（网卡），由于网卡是直接跟硬件平台打交道，硬件不同则处理也是不同。那Iwip如何兼容这些不同的网卡呢？

LwIP提供统一的接口，底层函数需要用户自行完成，例如网卡的初始化、接收和发送数据等。当LwIP底层接收到网络数据时，需要经过层层递交才会传入内核处理；相反，LwIP发送数据时也会调用网卡的发送数据。对于没有接触过LwIP的人新手来说，我们如何编写这个底层代码呢？不用担心，LwIP提供了一个ethernetif.c 文件作为底层接口的驱动模版。用户只根据自己的网络设备进行参照修改即可。

在LwIP中，netif数据结构用于描述一个网络接口的特性。这个结构体是在netif.h文件中定义的

struct netif {
 /* 指向下一个 netif 结构的指针 */
 struct netif *next;
 
 /* IP 地址相关配置 */
 ip_addr_t ip_addr; /* 网络接口的 IP 地址 */
 ip_addr_t netmask; /* 子网掩码 */
 ip_addr_t gw; /* 网关地址 */
 
 /* 该函数向 IP 层输入数据包 */
 netif_input_fn input;
 
 /* 该函数发送 IP 包 */
 netif_output_fn output;
 
 /* 该函数实现底层数据包发送 */
 netif_linkoutput_fn linkoutput;
 
 /* 该字段用户可以自由设置，例如用于指向一些底层设备相关的信息 */
 void *state;
void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + 
LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];

 /* 该接口允许的最大数据包长度 */
 u16_t mtu;
 
 /* 该接口物理地址长度 */
 u8_t hwaddr_len;
 
 /* 该接口的物理地址 */
 u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];
 
 /* 该接口的状态、属性字段 */
 u8_t flags;
 
 /* 该接口的名字 */
 char name[2];
 
 /* 接口的编号 */
 u8_t num;
 
 /* 需要发送的路由器请求消息的数量 */
 u8_t rs_count;
};

这些字段用于描述各个网卡的差异，每个网卡都通过一个 netif 结构体进行抽象表示。多个网卡对应多个 netif，这些 netif 以链表的形式链接起来，形成一个单向链表。

这个链表的首个节点由 netif_list 指针指向，lwIP 内核使用该指针遍历和查询 netif 链表。

struct netif *netif_list; /* 网络接口链表指针 */
struct netif *netif_default; /* 哪个网络接口(多网口时候) */
static u8_t netif_num; /* 为网口分配唯一标识 */

在 lwIP 中，netif.c 文件包含了管理网络接口的核心函数。其中，netif_default 指针指向默认的网络接口，当网络层需要发送数据包时，系统优先选择该指针所指向的网卡进行数据发送。如果该网卡没有响应，则会选择其他网卡进行发送

1.netif_add 函数

该函数用于将新创建的 netif 插入到 netiflist 队列中，以表示添加了一个网络接口。

struct netif *
netif_add( struct netif *netif,
 const ip4_addr_t *ipaddr, const ip4_addr_t *netmask,
const ip4_addr_t *gw,
 void *state, netif_init_fn init, netif_input_fn input)
{
    /* 清空主机 IP 地址、子网掩码、网关等信息。 */
    ip_addr_set_zero_ip4(&netif->ip_addr);
     ip_addr_set_zero_ip4(&netif->netmask);
     ip_addr_set_zero_ip4(&netif->gw);
    netif->output = netif_null_output_ip4;
 
    /* 传输的最大数据长度 */
    netif->mtu = 0;
 
    /* 网络的接口状态 */
     netif->flags = 0;
    memset(netif->client_data, 0, sizeof(netif->client_data));
 
    /* 传递进来的参数填写网卡 state、input 等字段的相关信息 */
     netif->state = state;
 
     /* 并为当前网卡 分配唯一标识 num */
     netif->num = netif_num;
 
     /* 网卡输入 */
     netif->input = input;
 
     /* 调用网卡设置函数 netif_set_addr()设置网卡 IP 地址、子网掩码、网关 */
    netif_set_addr(netif, ipaddr, netmask, gw);
 
     /* 为 netif 调用用户指定的初始化函数 */
     if (init(netif) != ERR_OK) {
         return NULL;
     }
 
     /* 将这个 netif 添加到列表中 */
     netif->next = netif_list;
     netif_list = netif;
    mib2_netif_added(netif);
    netif_invoke_ext_callback(netif, LWIP_NSC_NETIF_ADDED, NULL);
    
     return netif;
}

每一个 netif 结构体是对一个网卡进行抽象，包含了该网卡的收发函数、状态等信息。

注：新插入的 netif 结构体是在 netiflist 队列的首部插入

2.netif_set_default 函数

该函数用于将指定的 netif 结构体设置为默认网卡，使 lwIP 内核优先对该网卡进行操作。

void
netif_set_default(struct netif *netif)
{
    if (netif == NULL)
    {
        /* 删除默认路由 */
        mib2_remove_route_ip4(1, netif);
    }
    else
    {
        /* 添加默认路由 */
        mib2_add_route_ip4(1, netif);
    }
    netif_default = netif; /* 选择那个网络接口 */
}

/*********************怎么使用函数 netif_set_default()*********************/
/* 通过该函数，将网络接口添加到链表中 */
netif_add(&xnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init,&tcpip_input);

/* 注册默认的网络接口 */
netif_set_default(&xnetif);

调用该函数，可以设置指定的网络接口为默认网卡。在函数内部，会更新相应的默认网卡指针，并确保后续的网络操作优先使用该网卡进行数据传输。