LwIP 是 Light Weight Internet Protocol 的缩写，瑞士计算机科学院 Adam Dunkels开发适用于嵌入式领域的开源轻量级 TCP/IP 协议栈。它可以移植到包含操作系统的平台上，也可以在没有操作系统的平台下运行。因为它开源占用 RAM 和 ROM 较少，支持相对完整 TCP/IP 协议，切割调试非常方便，广泛应用于中低端 32 位控平台。

针对 LwIP 应用程序开发了测试平台之一 STM32F4x7 由系列控制器运行 (文件编号为：STSW-STM32070)。

• LwIP官网：http://savannah.nongnu.org/projects/lwip/

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议) 它通常用于大型局域网环境，主要用于集中管理和分配IP网络环境中的主机动态获取地址IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息可以提高地址的利用率。

DHCP协议采用客户端/服务器模型，主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。DHCP当服务器收到网络主机申请地址的信息时，将相关地址配置等信息发送给网络主机，实现网络主机地址信息的动态配置。DHCP具有以下功能：

• 保证任何IP地址只能在同一时刻由一个地址组成DHCP使用客户机。
• DHCP永久固定应能够分配给用户IP地址。
• DHCP应该可以用其他方法获得IP地址主机共存(如手动配置)IP地址主机)。
• DHCP服务器应该是现有的BOOTP客户端提供服务。

DHCP分配机制有三种IP地址：

1. 自动分配模式（Automatic Allocation），DHCP服务器为主机指定永久性IP地址，一旦DHCP第一次从客户端成功DHCP租用服务器端IP地址可以永久使用。
2. 动态分配模式（Dynamic Allocation），DHCP服务器指定主机有时间限制IP当地址到期或主机明确表示放弃时，其他主机可以使用地址。
3. 手工分配方式（Manual Allocation），客户端的IP网络管理员指定地址，DHCP服务器只指定IP地址告诉客户端主机。

只有动态分配才能重复使用客户端不再需要的地址。

DHCP消息的格式是基于BOOTP（Bootstrap Protocol）新闻格式要求设备有BOOTP中继代理的功能可以与BOOTP客户端和DHCP实现服务器交互。BOOTP中继代理的功能，使得没有必要在每个物理网络都部署一个DHCP服务器。RFC 951和RFC 1542对BOOTP详细描述了协议。

ETH 相关硬件在 STM32F4xx 控制器分布如下：

1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”

2. 选择 MCU 和封装

在 Connectivity 中选择 ETH 设置，模式选择 RMII 使用简化版MII(介质独立接口)。

• MII： Medium Independent Interface(介质独立接口)，用于连接介质访问控制层(MAC)子层和物理层(PHY)之间的标准以太网接口，提供数据传输路径。由于 MII 需要多达16根信号线，由此产生的 I/O 口需求及功耗较大。对于 MII 接口，一般是外部为 PHY 提供 25MHz 时钟源，再由 PHY 提供 TX_CLK 和 RX_CLK 时钟，不需要与 MAC 层时钟一致。

• RMII： Reduced Medium Independent Interface，RMII 接口是 MII 接口的简化版本，MII 需要 16 根通信线，RMII 只需 7 根通信，在功能上是相同的。对于 RMII 接口，一般需要外部直接提供 50MHz 时钟源，同时接入 MAC 和 PHY。需与MAC层时钟一致，通常从 MAC 层获取该时钟源。现在一般都用RMII模式。

在 Parameter Settings 进行具体参数配置。

Advanced : Ethernet Media Configuration（以太网媒体配置）：

• Auto Negotiation（自适应功能）： 选择 Enabled ，一般选择使能自适应功能，系统会自动寻找最优工作方式，包括选择 10MBit/s 或者 100MBit/s 的以太网速度以及全双工模式或半双工模式。LAN8720A支持自适应功能
• Speed（以太网速度）： 可选 10MBit/s 或 100MBit/s，它设定 ETH_MACCR 寄存器的 FES 位的值，一般设置 100MBit/s，但在使能自适应功能之后该位设置无效。
• Duplex Mode（以太网工作模式）： 可选全双工模式或半双工模式，它设定 ETH_MACCR 寄存器 DM 位的值。一般选择全双工模式，在使能了自适应功能后该成员设置无效。

General : Ethernet Configuration（以太网配置）：

• Ethernet MAC Address（以太网MAC地址）： 默认即可
• PHY Address（PHY芯片地址）： 0

注意：LAN8720A 可以通过 PHYAD0 引脚（如PHY芯片引脚10）来配置，该引脚与 RXER 引脚复用，芯片内部自带下拉电阻，当硬复位结束后， LAN8720A 会读取该引脚电平，作为器件的 SMI 地址，接下拉电阻时（浮空也可以，因为芯片内部自带了下拉电阻），设置 SMI 地址为 0，当外接上拉电阻后，可以设置为 1。本硬件 RXER 引脚浮空，其 PHY 芯片地址为 0。

Ethernet Basic Configuration（以太网基本配置）：

• Rx Mode（接收模式）： 选择 Polling Mode 轮询方法。ST 官方例程文件包含了中断引脚的相关配置，主要用于指示接收到以太网帧，我们这里不需要使用。
• TX IP Header Checksum Computation（发送数据校验和）： 选择 By hardware 使能发送数据硬件校验和。这个需要硬件支持，STM32F4xx 控制器是支持的。

在 Advanced Parameters 进行高级参数配置。

• PHY： 选择 user PHY，因为没有我的 PHY 芯片型号 LAN8720A
• PHY name： 可改为 PHY 芯片型号 LAN8720A

• PHY special control/status register Offset（特殊控制/状态寄存器）： 按照芯片手册填写，0x1F
• PHY Speed mask（以太网速度状态位）： 按照芯片手册填写，0x0004
• PHY Speed mask（以太网工作模式状态位）： 按照芯片手册填写，0x0010
• 其他保持默认

GPIO 设置，在右边图中找到 ETH 对应引脚，将引脚配置成跟原理图上的一致

在 Middleware 中选择 LWIP 设置，勾选 Enabled 使能协议栈。

在 General Settings 进行通用参数配置。

IPv4 - DHCP Options：

输入项目名和项目路径 选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5 每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件 不勾：所有初始化代码都生成在 main.c 勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。 如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。 点击 GENERATE CODE 生成代码

在 main() 的死循环中添加 MX_LWIP_Process() 函数。

然后加入以下代码不断获取 DHCP 动态分配到的 IP 地址。

extern struct netif gnetif;
struct dhcp *dhcp;

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_LWIP_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("lwip test\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    MX_LWIP_Process();
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
      dhcp = netif_dhcp_data(&gnetif);
      printf("DHCP IP address: %s\n", ip4addr_ntoa(&dhcp->offered_ip_addr));
      printf("DHCP Subnet mask: %s\n", ip4addr_ntoa(&dhcp->offered_sn_mask));
      printf("DHCP Default gateway: %s\n", ip4addr_ntoa(&dhcp->offered_gw_addr));
      HAL_Delay(1000);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

查看效果： 使用电脑ping上面的ip：

链接：https://pan.baidu.com/s/19zJHKqO3ghuhNWwKnAP–Q?pwd=ukl8 提取码：ukl8

初始化LwIP的内存管理和各个协议层。 按顺序执行了：

1. 网络接口的添加 netif_add()
2. 初始化底层 ethernetif_init()
3. DHCP dhcp_start()

然后LwIP就可以用了。

收包用的是调用 low_level_input 把数据包接回来，给 netif->input 处理。 发包则是由 netif->output 交由 etharp_output 制作数据包，调用 low_level_output 发出去。

void MX_LWIP_Init(void)
{ 
        
  /* Initilialize the LwIP stack without RTOS */
  lwip_init();

  /* IP addresses initialization with DHCP (IPv4) */
  ipaddr.addr = 0;
  netmask.addr = 0;
  gw.addr = 0;

  /* add the network interface (IPv4/IPv6) without RTOS */
  // 如果有多个接口则需多次调用
  // 需要提供一个init函数指针，这个指针指向我们自己的硬件接口初始化函数，一般来说就是ethernetif.c中的ethernetif_init()
  netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &ethernet_input);

  /* Registers the default network interface */
  // 将网络接口设置为默认的网络接口
  netif_set_default(&gnetif);

  // 查看是否有链接
  if (netif_is_link_up(&gnetif))
  { 
        
    /* When the netif is fully configured this function must be called */
    // 使能网络接口 
    netif_set_up(&gnetif);
  }
  else
  { 
        
    /* When the netif link is down this function must be called */
    // 关闭网络接口
    netif_set_down(&gnetif);
  }

  /* Set the link callback function, this function is called on change of link status*/
  netif_set_link_callback(&gnetif, ethernetif_update_config);

  /* Create the Ethernet link handler thread */

  /* Start DHCP negotiation for a network interface (IPv4) */
  dhcp_start(&gnetif);

/* USER CODE BEGIN 3 */

/* USER CODE END 3 */
}

不断地接收来自接口的信息，并检查是否延时

/** * ---------------------------------------------------------------------- * Function given to help user to continue LwIP Initialization * Up to user to complete or change this function ... * Up to user to call this function in main.c in while (1) of main(void) *----------------------------------------------------------------------- * Read a received packet from the Ethernet buffers * Send it to the lwIP stack for handling * Handle timeouts if LWIP_TIMERS is set and without RTOS * Handle the llink status if LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK is set and without RTOS */
void MX_LWIP_Process(void)
{ 
        
/* USER CODE BEGIN 4_1 */
/* USER CODE END 4_1 */
  ethernetif_input(&gnetif);

/* USER CODE BEGIN 4_2 */
/* USER CODE END 4_2 */
  /* Handle timeouts */
  sys_check_timeouts();

/* USER CODE BEGIN 4_3 */
/* USER CODE END 4_3 */
}

用户代码要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之间，否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后，会被删除。

• 由 Leung 写于 2022 年 7 月 22 日

• 参考：从零开始Cubemx配置STM32搭载freeRTOS以及lwip实现tcp网络通信（二） 　　　　STM32cubeMX配置LWIP+FREERTOS 　　　　LwIP的配置