简介

网络接口（如以太网接口）是硬件接口，如何和软件进行无缝衔接尼？软件中是通过定义了一个netif的结构体来描述网卡设备。
lwip中实现网卡驱动的模块是ethernetif.c，可以看成是链路层的驱动封装模块。

netif结构体

对于单网卡设备只有一个netif结构体，多网卡中对应着多个netif结构体。

struct netif {
#if !LWIP_SINGLE_NETIF
  /* 指向 netif 链表中的下一个 */
  struct netif *next;
#endif

#if LWIP_IPV4
  /**网络字节中的IP地址，子网掩码，网关 */
  ip_addr_t ip_addr;
  ip_addr_t netmask;
  ip_addr_t gw;
#endif /* LWIP_IPV4 */
#if LWIP_IPV6
  /** 网卡的IPV6地址 */
  ip_addr_t ip6_addr[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
  /** 每个IPV6地址的状态
   * @see ip6_addr.h */
  u8_t ip6_addr_state[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
#if LWIP_IPV6_ADDRESS_LIFETIMES
  /** 	IPv6 地址有两个生存期：首选生存期和有效生存期，而首选的生存期总是小于等于有效的生存期。
首选生存期到期后，如果有同样好的首选地址可用，那么该地址便不再用作新连接的源 IP 地址。 有效生存期到期后，该地址不再用作入局信息包的有效目标 IP 地址或源 IP 地址。 */
  u32_t ip6_addr_valid_life[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
  u32_t ip6_addr_pref_life[LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES];
#endif /* LWIP_IPV6_ADDRESS_LIFETIMES */
#endif /* LWIP_IPV6 */
  /** 此函数由网络设备驱动程序调用，将数据包传递到 TCP/IP 协议栈。
    * 对于以太网物理层，这通常是 ethernet_input()*/
  netif_input_fn input;
#if LWIP_IPV4
  /**  此函数由 IP 层调用，在接口上发送数据包。通常这个功能，
    * 首先解析硬件地址，然后发送数据包。
    * 对于以太网物理层，这通常是 etharp_output() */
  netif_output_fn output;
#endif /* LWIP_IPV4 */
  /**  此函数由 ethernet_output() 调用，当需要在网卡上发送一个数据包时。
* 底层硬件输出数据函数，一般是调用自定义函数 low_level_output*/
  netif_linkoutput_fn linkoutput;
#if LWIP_IPV6
  /** 此函数由 IPV6 层调用，在接口上发送数据包。通常这个功能，
    * 首先解析硬件地址，然后发送数据包 ethip6_output() */
  netif_output_ip6_fn output_ip6;
#endif /* LWIP_IPV6 */
#if LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK
  /** 当 netif 状态设置为 up 或 down 时调用此函数*/
  netif_status_callback_fn status_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_STATUS_CALLBACK */
#if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK
  /** 当 netif 链接设置为 up 或 down 时，将调用此函数*/
  netif_status_callback_fn link_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK */
#if LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK
  /** 当 netif 被删除时调用此函数 */
  netif_status_callback_fn remove_callback;
#endif /* LWIP_NETIF_REMOVE_CALLBACK */
  /** 此字段可由设备驱动程序设置并指向设备的状态信息。
* 主要是将网卡的某些私有数据传递给上层，用户可以自由发挥，也可以不用。 */
  void *state;
#ifdef netif_get_client_data
  void* client_data[LWIP_NETIF_CLIENT_DATA_INDEX_MAX + LWIP_NUM_NETIF_CLIENT_DATA];
#endif
#if LWIP_NETIF_HOSTNAME
  /* 这个 netif 的主机名， NULL 也是一个有效值 */
  const char*  hostname;
#endif /* LWIP_NETIF_HOSTNAME */
#if LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF
  u16_t chksum_flags;
#endif /* LWIP_CHECKSUM_CTRL_PER_NETIF*/
  /** 最大传输单位（以字节为单位），对于以太网一般设为 1500 */
  u16_t mtu;
  /** link level hardware address of this interface */
  /* 此网卡的链路层硬件地址 16字节对齐 */
  u8_t hwaddr[NETIF_MAX_HWADDR_LEN];
  /** 硬件地址长度，对于以太网就是 MAC 地址长度，为 6 字节 */
  u8_t hwaddr_len;
  /** 网卡状态信息标志位，是很重要的控制字段，
* 它包括网卡功能使能、广播使能、 ARP 使能等等重要控制位。 */
  u8_t flags;
  /** 字段用于保存每一个网卡的名字。用两个字符的名字来标识网络接
* 口使用的设备驱动的种类，名字由设备驱动来设置并且应该反映通过网卡
* 表示的硬件的种类。比如蓝牙设备（bluetooth）的网卡名字可以是 bt，
* 而 IEEE 802.11b WLAN 设备的名字就可以是 wl，当然设置什么名字用户是可
* 以自由发挥的，这并不影响用户对网卡的使用。当然，如果两个网卡
* 具有相同的网络名字，我们就用 num 字段来区分相同类别的不同网卡 */
  char name[2];
  /**  用来标示使用同种驱动类型的不同网卡 */
  u8_t num;
  /* 与硬件层绑定的参数 */
  u8_t sim_cid;
  void *pspathIntf;
  u8_t channelId;
  u8_t pdnType;
#if LWIP_IPV6_AUTOCONFIG
  /** is this netif enabled for IPv6 autoconfiguration */
  u8_t ip6_autoconfig_enabled;
#endif /* LWIP_IPV6_AUTOCONFIG */
#if LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT
  /** Number of Router Solicitation messages that remain to be sent. */
  u8_t rs_count;
#endif /* LWIP_IPV6_SEND_ROUTER_SOLICIT */
#if MIB2_STATS
  /** 连接类型 (from "snmp_ifType" enum from snmp_mib2.h) */
  u8_t link_type;
  /** 连接速度 */
  u32_t link_speed;
  /** 最后一次更改的时间戳 (up/down) */
  u32_t ts;
  /** counters */
  struct stats_mib2_netif_ctrs mib2_counters;
#endif /* MIB2_STATS */
#if LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP
  /** 可以调用此函数来添加或删除多播中的条目
以太网 MAC 的过滤表*/
  netif_igmp_mac_filter_fn igmp_mac_filter;
#endif /* LWIP_IPV4 && LWIP_IGMP */
#if LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD
  /** This function could be called to add or delete an entry in the IPv6 multicast
      filter table of the ethernet MAC. */
  netif_mld_mac_filter_fn mld_mac_filter;
#endif /* LWIP_IPV6 && LWIP_IPV6_MLD */
#if LWIP_NETIF_USE_HINTS
  struct netif_hint *hints;
#endif /* LWIP_NETIF_USE_HINTS */
#if ENABLE_LOOPBACK
  /* List of packets to be queued for ourselves. */
  struct pbuf *loop_first;
  struct pbuf *loop_last;
#if LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS
  u16_t loop_cnt_current;
#endif /* LWIP_LOOPBACK_MAX_PBUFS */
#endif /* ENABLE_LOOPBACK */
  u8_t is_ppp_mode;  //To identify ppp mode
  u8_t link_mode;  //判断直接连接lwip还是nat
  u8_t is_used;
  /*lwip 上下行数据大小*/
  uint32_t u32LwipULSize;
  uint32_t u32LwipDLSize;
  /*PPP 上下行数据大小*/
  uint32_t u32PPPULSize;
  uint32_t u32PPPDLSize;
  /*rndis 上下行数据大小*/
  uint32_t u32RndisULSize;
  uint32_t u32RndisDLSize;
}
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启动步骤

1.初始化

1. net_init

建立net_thread线程，接收PDP的消息上报，如：ACT,DEACT等消息。

2. tcpip_init

lwip协议栈的初始化，主要内容包括建立邮箱，建立tcpip_task，超时函数的初始化，以及在lwip_init里面各个网络协议的初始化。

3. ip4_nat_init

初始化nat表管理定时器，定时检查更新nat表。

2.注册上网

1. 创建网卡

PDP激活后，向net_thread发送EV_TCPIP_CFW_GPRS_ACT消息，会携带cid和simid的消息。使用get_nat_enabled(nSimId, nCid)判断该通道是否打开了NAT转换功能。默认cid5通道是打开的。

• TCPIP_nat_wan_netif_create(nCid, nSimId);

1. 主要功能：

创建WAN的netif，并绑定PDP上下文，绑定物理层的网络收发接口。

2. 主要功能函数

/*获取PDP上下文*/
CFW_GprsGetPdpCxtV2(nCid, &pdp_context, nSimId);
/*打开一个PS接口
- nSimId, nCid 作为通道标识
- lwip_nat_wan_pspathDataInput 收到数据的回调函数
- netif 网卡结构体
*/
drvPsIntfOpen(nSimId, nCid, lwip_nat_wan_pspathDataInput, (void *)netif);
/*
添加一个netif到lwip_netif链表中
- netif 网卡结构体
- ip4 从PDP上下文中获取的公网IP地址
- netif_gprs_nat_wan_init（初始化netif的一些参数，netif->name,netif->ouput,netif->mtu），该函数会在netif_add中被调用执行。
- tcpip_input netif->input函数
*/
netif_add(netif, &ip4, NULL, NULL, NULL, netif_gprs_nat_wan_init, tcpip_input);
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• TCPIP_nat_lan_lwip_netif_create

1. 主要功能

创建一个LAN的netif，创建的过程与WAN的过程差不多，只是绑定的参数有些不一样。LAN的netif都维护在gprs_netif全局变量中，根据

2. 主要功能函数

//1. 获取WAN的ip地址，并初始化网关地址和子网掩码。
//2. 添加LAN的netif初始化函数和LAN的数据输入接口，netif->link_mode = NETIF_LINK_MODE_NAT_LWIP_LAN;
netif_gprs_nat_lan_lwip_init(struct netif *netif);
/*
    1. 绑定netif->output[_ip6]为nat_lan_lwip_data_output
    2. 判断默认网卡netif_default是否为空
    3. 将该netif绑定为默认网卡，并从PDP上下文中获取DNS服务器地址
*/
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3. 初始化NAT上下文，维护在lwip_nat_entry全局变量中

• TCPIP_netif_create

1. 主要功能

该函数实现的功能和上面两个差不多，都是初始化netif，只不过因为上面开通了NAT功能，所以要经过NAT层转换一下。注意linkmode为：
netif->link_mode = NETIF_LINK_MODE_LWIP;

2. 接收数据

初始化netif的时候，创建了一个PS接口，该接口传入了一个数据接收的回调函数。

//使用NAT时调用的是：
drvPsIntfOpen(nSimId, nCid, lwip_nat_wan_pspathDataInput, (void *)netif);
/*
该函数的主要功能是将消息发送到net_thread线程中使用gprs_data_ipc_to_lwip_nat_wan执行
*/
//不使用NAT调用的是：
drvPsIntfOpen(nSimId, nCid, lwip_pspathDataInput, (void *)netif);
/*
该函数的主要功能是将消息发送到net_thread线程中使用gprs_data_ipc_to_lwip执行
*/
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• lwip_nat_wan_pspathDataInput

1. 主要功能

从PS接口中读取数据，并传递到lwip中。

1. 主要功能函数

//1. 从PS接口中读取数据
drvPsIntfRead(inp_netif->pspathIntf, pData, 1600);

//2. 建立pbuf，并将pbuf传递给TCPIP(主要介绍下IPV4的)
ip4_nat_input(struct pbuf *p);
/*该函数的主要作用是：
1. switch (IPH_PROTO(iphdr)) 区分IP包协议
2. ip4_nat_check_header 判断是否使用NAT转换，如果是获取相应的NAT上下文。
3. in_if = nat_entry.cmn->cfg->entry.in_if; 获取netif，
调用in_if->input将pbuf传入。

//3. 第二步中如果没有使用NAT，则走到这里，这里直接使用消息传入的netif，并将数据传入inp_netif->input
inp_netif->input
*/
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• gprs_data_ipc_to_lwip

1. 主要功能

//1. 从PS接口中读取数据
drvPsIntfRead(inp_netif->pspathIntf, pData, 1600);

//2. 数据传入inp_netif->input
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3.发送数据

发送主要是IP层调用netif->output进行数据发送，在netif创建的时候已经绑定了nat_wan_data_output，data_output，这两个都是通过调用drvPsIntfWrite((drvPsIntf_t *)netif->pspathIntf, pData, p->tot_len)直接将数据发送出去。

这里主要介绍下nat_lan_lwip_data_output

• nat_lan_lwip_data_output

1. 主要函数功能

1. 判断pbuf是否为空后判断是IPV6还是IPV4
2. IPV4调用ip4_wan_forward（如果是回环就直接再返回给netif->input）
3. 第2步不满足，调用ip4_nat_out
    1. 通过ip头获取nat_config
    2. 判断IP协议，并获取相应的协议头部
    3. 判断是否存在于NAT表中，如果存在就取出来
    4. 使用nat_entry.cmn->cfg->entry.out_if->output接口将数据包发送出去
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