PIC32MX + FreeRTOS + ENC28J60 + LwIP 构建通讯管理机（通信网关）程序

一、典型通讯管理机功能定义

常见需求：

多串口（RS232/485）采集（Modbus RTU / 自定义协议）
以太网通信（Modbus TCP / MQTT / HTTP）
协议转换（RTU ↔ TCP）
数据缓存、断点续传
远程配置与维护

二、整体软件架构

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┌────────────────────────────┐
│     应用层（业务协议）       │
│ ModbusTCP / MQTT / HTTP    │
└─────────────▲──────────────┘
              │
┌─────────────┴──────────────┐
│        LwIP 协议栈          │
│   TCP / UDP / DHCP / DNS   │
└─────────────▲──────────────┘
              │
┌─────────────┴──────────────┐
│   ENC28J60 网卡驱动         │
│   SPI + INT + CS           │
└─────────────▲──────────────┘
              │
┌─────────────┴──────────────┐
│     FreeRTOS 内核           │
│  Task / Queue / Semaphore  │
└─────────────▲──────────────┘
              │
┌─────────────┴──────────────┐
│   PIC32MX 外设驱动          │
│ UART / SPI / Timer / GPIO  │
└────────────────────────────┘

三、FreeRTOS 任务划分

任务	优先级	说明
`ETH_IF_TASK`	高	ENC28J60 数据包接收
`LWIP_TCPIP_TASK`	高	LwIP 核心线程
`MODBUS_TCP_TASK`	中	Modbus TCP 处理
`UART_POLL_TASK`	中	串口数据采集
`PROTOCOL_CONV_TASK`	中	协议转换
`SYS_MONITOR_TASK`	低	心跳、看门狗

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#define ETH_IF_TASK_PRIO      (tskIDLE_PRIORITY + 4)
#define LWIP_TASK_PRIO        (tskIDLE_PRIORITY + 5)
#define MODBUS_TCP_PRIO       (tskIDLE_PRIORITY + 3)

四、ENC28J60 + LwIP 移植要点（PIC32MX）

1、SPI 驱动（关键）

ENC28J60 仅支持 SPI 模式 0,0：

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uint8_t enc28j60_read_op(uint8_t op, uint8_t addr)
{
    uint8_t tx[2], rx[2];
    tx[0] = (op << 5) | (addr & 0x1F);
    tx[1] = 0xFF;
    SPI_Transfer(tx, rx, 2);
    return rx[1];
}

注意：

SPI 时钟 ≤ 20MHz（PIC32MX 建议 10MHz）
CS 必须软件控制
ISR 中只置位信号量，不要在中断里调用 LwIP API

2、LwIP 配置（lwipopts.h）

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#define NO_SYS                          0
#define SYS_LIGHTWEIGHT_PROT            1

#define MEM_SIZE                        8192
#define PBUF_POOL_SIZE                  16
#define TCP_MSS                         1460
#define TCP_SND_BUF                     4096
#define TCP_WND                         4096

#define LWIP_NETCONN                    1
#define LWIP_SOCKET                     1

3、网卡接口注册

c 复制代码

struct netif enc28j60_netif;

netif_add(&enc28j60_netif,
          &ipaddr,
          &netmask,
          &gw,
          NULL,
          ethernetif_init,
          ethernet_input);
netif_set_default(&enc28j60_netif);
netif_set_up(&enc28j60_netif);

五、通讯管理机核心逻辑示例

1、串口采集任务

c 复制代码

void UART_Poll_Task(void *arg)
{
    while(1)
    {
        if(UART_Receive(buf, &len))
        {
            xQueueSend(g_uart_queue, buf, portMAX_DELAY);
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    }
}

2、Modbus TCP 服务

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static void modbus_tcp_server(void *arg)
{
    struct netconn *conn = netconn_new(NETCONN_TCP);
    netconn_bind(conn, IP_ADDR_ANY, 502);
    netconn_listen(conn);

    while(1)
    {
        struct netconn *newconn;
        if(netconn_accept(conn, &newconn) == ERR_OK)
        {
            modbus_process(newconn);
        }
    }
}

3、协议转换（RTU → TCP）

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UART_RTU → Queue → ProtocolConvert → TCP Send

用 Queue + Buffer 解耦

不在线程中做阻塞操作

参考代码基于pic32MX、FREERTOS、ENC28J60、LWIP编写的通讯管理机程序 www.youwenfan.com/contentcsv/72502.html

六、关键稳定性设计

ENC28J60 常见问题

问题	对策
丢包	增大 `PBUF_POOL_SIZE`
死机	独立看门狗 + SPI 超时
中断风暴	ISR 只给信号量

FreeRTOS 建议

使用 heap_4.c
所有 LwIP API 必须在 TCPIP 线程或 netconn 线程
禁止在 ISR 中 malloc / free

七、工程目录建议

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/Project
 ├── App/
 │    ├── modbus_tcp.c
 │    ├── protocol_convert.c
 │    └── uart_task.c
 ├── Drivers/
 │    ├── enc28j60.c
 │    ├── spi.c
 │    └── uart.c
 ├── LwIP/
 ├── FreeRTOS/
 └── main.c