【经验分享】基于RT-Thread在STM32H7上移植LWIP（一）

STMCU小助手 · 2021-12-25T03:17:12+00:00

一，写在前面" |0 [& M/ I+ l+ e7 @, [ STM32H7目前还是一个比较新的MCU，网上的资料相对于F1 F4系列相对来说就很少了，我自己在移植这个LWIP的时候走了不少弯路，得到了不少人帮助。写这篇文章也是对我自己移植的一个总结，也是希望后来人能少走弯路。 8 I( o* C: ~: E4 t9 w* @) q6 Q4 p这篇文章有由个人编辑并整理，如有错误，欢迎拍砖。 : z6 j/ ]; _4 g- r" r ; l" V* Z- X- h7 ?) |& W二，RT-Thread,STM32H7,LWIP简介 + @$ h( c. D I) M! }2 ?- TRT-Thread是一个来自中国的开源物联网操作系统，它提供了非常强的可伸缩能力：从一个可以运行在ARM Cortex-M0芯片上的极小内核，到中等的ARM Cortex-M3/4/7系统，甚至是运行于MIPS32、ARM Cortex-A系列处理器上功能丰富系统。 " }' p: K' Q y* [0 G* {" F- o. |! ~ 8 j" c1 Z& m* O) A4 K( {2 {STM32H7是ST意法半导体Cortex_M系列最高性能处理器。主频高达400M，FLASH高达2Mbytes,SRAM高达1Mbytes,采用六级流水线，自带指令和数据 Cache、集成 JPEG编解码器、编解码器、集成双精度硬件浮点计算单元（ DPFPU）和 DSP指令。! ]9 h: t+ m, c, B7 C* m/ o4 F 1 N" w, E/ a& Y! J! l! y; K u 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。; p% g8 B/ P0 ]! x$ q' e" v& } ) X2 `* l. l# @/ p+ p9 a三，STM32H7的特殊性 9 H P% R; m. 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L四，移植前的准备工作 1 X& R3 m: _$ ^8 I( n# j- v确保有一个可以在开发板上能正常运行RT_Thread的工程，目前RT_Thread已经有了正点原子H743的BSP，通过ENV工具使用scons --dist来把这个工程拿出来，复制出dist文件夹下的工程就可以直接使用了；* q& S5 U* Q8 Y" \" Q* `2 i( a, l- a 使用ENV工具，开启软件模拟IIC，因为正点原子的开发板的PHY复位接到了pcf8574的7号引脚，然后生成工程肯定会报错，这个时候从别的BSP目录下拷贝出pcf8574.c pcf8574.h phy_reset.c，放到工程里，然后在rtconfig.h加入以下代码来启用模拟IIC : K; E8 e+ L) m7 r5 N#define BSP_USING_I2C2 # H* ?5 A7 L/ R" R L 0 J/ h4 @, N# C#define BSP_I2C2_SCL_PIN 116 / `* f( j/ F; Q5 O5 M# {1 m6 V2 W#define BSP_I2C2_SDA_PIN 117复制代码 " Q3 w; s0 F+ O( K) i( Z9 ?% x4 Y这里的引脚号由硬件决定，如果不是原子的开发板可以省略这一步( V8 a2 r3 i- K: H" R P 0 u# @( j" ^/ N% Q/ B因为RT-Thread目录下的STM32BSP是依赖CUBEMX，所以还需要在CUBEMX里面开启ETH的引脚，这个请和自己的板子一致；( {" _1 l3 k: J9 ?4 s! d + s3 v* k& W# V4 `* F: m8 n* Q4 ` 9 b, a+ F! \ Q8 B1 F/ S- ^ 3 t' W4 H; A; f( E! ~4 b$ \ 开启RMII模式，注意这里的PC1引脚无法选择成高电平，需要在生成的使msp.c里面自己修改为高电平，并开启中断。 7 k* N$ y# o6 ?" Y7 H j: H A$ X) [# g0 W. r0 w9 Z检查是否开启了I_CACHE和D_CACHE9 T4 D9 Z7 B9 ^7 `+ ~$ f! k- N1 k : e+ F) m: K' Y% r& @+ J/ ?2 p ' I" k$ w& @4 H6 u& u- u0 }, Q7 e8 ?3 o; @- W, _/ E 这里一定要开启，里面由依赖关系，不然会导致cache无法正确运行。& e9 }4 }' X( d ) a9 D8 R, K* J) z1 o 然后通过CUBEMX生成工程并把时钟初始化部分拷贝出来复制到board.c中 ' s# \2 F7 j8 t: Z1 ~8 S/ J7 C6 O2 D* c9 _9 o; ]+ N8 n6 o, f. C+ c 在drv_mpu.c中加入MPU配置4 k/ a+ K# S9 g C a5 [ 以太网DMA描述符区，只能配置为Strongly - order或者Device。! \% O: i* G* P" M MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct; / t8 Z7 d- `9 I# W; q: C. ?4 a4 t. d* N /* Disable the MPU */ y: a) X- ?. g" S: B) v' k& D: v0 p HAL_MPU_Disable(); / g& N1 V+ _- w- t- b; o9 m5 F6 N' H0 x* }1 ]. J1 o /* Configure the MPU attributes as Device not cacheable ~, R& U8 T, G2 _& t: ~3 J for ETH DMA descriptors */& E/ \2 ?- Z" l% b) h( e MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE; , t; h& O; u( P9 U d9 ^. F5 E MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30040000; + r# u e% U9 A E" o- ? 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Y, t# Q9 J /* Configure the MPU attributes as Cacheable write through 4 H! x3 ?! a2 W+ @- @3 s0 L) a for LwIP RAM heap which contains the Tx buffers */% H: Q4 r- U5 y/ @- U8 Z! { MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;; S- x/ k, i9 q |1 ? MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30044000; 7 @4 T) x& Z4 z2 b MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_16KB;6 r+ K8 z$ |9 X+ n8 l7 y2 o MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS; : i+ ~6 L8 G2 e' N! { MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE; ) ] K4 A9 ^/ E3 v- u, J+ ` V; d MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE; " v. x% b# {* p X MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;1 r5 z! p( \9 Y2 e9 D MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1; : b8 b% w' k ~ MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0; [. C. I N6 Q MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;; Z1 q( ~: ^& L) z6 h MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;3 w3 I, @; U+ u" Z7 F) |2 | , K% G; C- a5 H2 [6 Q3 \% T HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct); - x" G/ ~9 S; l 3 _" ^. p7 `: W$ t8 [ /* Enable the MPU */ + P& \) j* q% n6 B9 L HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);( _8 |+ W: p+ R8 a6 J" r 复制代码 - X h T) `- Q3 `$ s在工程中添加ETH库函数，stm32h7xx_hal_eth.c和stm32h7xx_hal_eth_ex.c$ L5 M- o" }6 e; w# p& a " Q; o% @$ m7 E+ W1 M* G 五，LWIP协议栈的移植 # P+ N, H2 g4 P2 K1 ?该移植参考思路，移植也可以通过git log的方式参考这个移植步骤，但是这里移植里面有几处错误后文会提出。后来发现这个移植与STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.3.2\Projects\STM32H743ZI-Nucleo\Applications\LwIP，基本一致。, S7 j- c6 I7 c P8 m- w9 H, D ; @2 D" A! i6 P5 a LWIP协议栈的源码7 r' }2 M+ Z4 ^* a8 P 如果你有安装CUBEMX，那么直接从STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.3.2\Middlewares\Third_Party\LwIPP的目录下把LWIP的源码拷贝出来就可以了。或者下载参考思路里面的链接把LWIP源码拷贝出来。$ p$ y) r; W* ~" s( k0 x 工程中添加新的文件夹8 _0 } m0 \' Q1 n+ g( `* t , Q% k8 t( R0 U1 s8 jlwip/api:添加LwIP\src\api目录下的所有文件$ q. E* Y( U( ^7 H) `9 z 2 S9 C9 G: z$ j J+ k9 R: v- p K/ u$ K 9 b$ E6 u* Q# A0 ` : J) R* V. o6 w; b+ mlwip/core:添加LwIP\src\core目录下的文件，并包括ipv4文件夹下的文件, M( |& r3 h8 l. q % U' a8 b B& E8 I 9 q% W {1 T0 c" [ 7 V1 c6 M/ m8 b9 y3 y/ B8 a. vlwip/netif:添加ethernet.c,sysarch.c0 S+ M. Z+ m* _" R. k2 b4 u 1 c$ W+ s! y# W9 t + T7 \, K0 A) } 9 C; a, z! X. n9 U# n" F: mlwip/port:添加ethernetif.c，lan8742.c(lan8720也可以用)9 W/ }- A. w1 y/ j ( @" {/ K' C" M, R* t i1 }* | ( Q8 N" T& _$ N! e# j! h) z" \5 x3 Z$ F4 `6 N( F 移植准备工作就全部做完了，下一节修改工程报错2 M& Z+ X8 ]/ {5 H# p) a - O2 _7 C, V% y) Y. ] ( }; y8 |( |2 Y1 [ / k8 i- ?& E: P

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STMCU小助手发布时间：2021-12-25 11:17

技术帖
文章封面:
文章简介:	基于RT-Thread在STM32H7上移植LWIP

一，写在前面
STM32H7目前还是一个比较新的MCU，网上的资料相对于F1 F4系列相对来说就很少了，我自己在移植这个LWIP的时候走了不少弯路，得到了不少人帮助。写这篇文章也是对我自己移植的一个总结，也是希望后来人能少走弯路。
这篇文章有由个人编辑并整理，如有错误，欢迎拍砖。

二，RT-Thread,STM32H7,LWIP简介
RT-Thread是一个来自中国的开源物联网操作系统，它提供了非常强的可伸缩能力：从一个可以运行在ARM Cortex-M0芯片上的极小内核，到中等的ARM Cortex-M3/4/7系统，甚至是运行于MIPS32、ARM Cortex-A系列处理器上功能丰富系统。

STM32H7是ST意法半导体Cortex_M系列最高性能处理器。主频高达400M，FLASH高达2Mbytes,SRAM高达1Mbytes,采用六级流水线，自带指令和数据 Cache、集成 JPEG编解码器、编解码器、集成双精度硬件浮点计算单元（ DPFPU）和 DSP指令。

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。

三，STM32H7的特殊性
这里的特殊性，仅仅只是对比F1 F4系列：

RAM
F1 F4系列只有一块RAM，在使用RTOS的时候直接分配给RTOS做堆就可以了。
H7的RAM构成看下表：

DTCM的速度是400M，但是DMA无法进行访问。
AXI SRAM的速度是200M，DMA可以进行访问。
SRAM3是以太网和USB的缓冲区。

CACHE
H7比F1 F4多了一个L1 CACHE一级缓存，这个缓存在为低速存储器带来加速的同时，也为程序带来了一些问题，其中最为主要的时数据一致性的问题。

DMA
H7的DAM分为DMA1,DAM2,BDMA,MDMA。其中SDIO和ETH的DMA又是独立的，就是说他们有专用的DMA和其他的DAM之间使用不冲突，无须额外使能，只需要开启中断就默认使用DMA模式。

四，移植前的准备工作
确保有一个可以在开发板上能正常运行RT_Thread的工程，目前RT_Thread已经有了正点原子H743的BSP，通过ENV工具使用scons --dist来把这个工程拿出来，复制出dist文件夹下的工程就可以直接使用了；
使用ENV工具，开启软件模拟IIC，因为正点原子的开发板的PHY复位接到了pcf8574的7号引脚，然后生成工程肯定会报错，这个时候从别的BSP目录下拷贝出pcf8574.c pcf8574.h phy_reset.c，放到工程里，然后在rtconfig.h加入以下代码来启用模拟IIC

#define BSP_USING_I2C2
# H* ?5 A7 L/ R" R L
0 J/ h4 @, N# C
#define BSP_I2C2_SCL_PIN 116
/ `* f( j/ F; Q5 O5 M# {1 m6 V2 W
#define BSP_I2C2_SDA_PIN 117

复制代码

这里的引脚号由硬件决定，如果不是原子的开发板可以省略这一步

因为RT-Thread目录下的STM32BSP是依赖CUBEMX，所以还需要在CUBEMX里面开启ETH的引脚，这个请和自己的板子一致；

开启RMII模式，注意这里的PC1引脚无法选择成高电平，需要在生成的使msp.c里面自己修改为高电平，并开启中断。

检查是否开启了I_CACHE和D_CACHE

这里一定要开启，里面由依赖关系，不然会导致cache无法正确运行。

然后通过CUBEMX生成工程并把时钟初始化部分拷贝出来复制到board.c中

在drv_mpu.c中加入MPU配置
以太网DMA描述符区，只能配置为Strongly - order或者Device。

MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
/ t8 Z7 d- `9 I# W; q
: C. ?4 a4 t. d* N
/* Disable the MPU */
y: a) X- ?. g" S: B) v' k& D: v0 p
HAL_MPU_Disable();
/ g& N1 V+ _- w- t- b; o
9 m5 F6 N' H0 x* }1 ]. J1 o
/* Configure the MPU attributes as Device not cacheable ~, R& U8 T, G2 _& t: ~3 J
for ETH DMA descriptors */& E/ \2 ?- Z" l% b) h( e
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
, t; h& O; u( P9 U d9 ^. F5 E
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30040000;
+ r# u e% U9 A E" o- ?
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_256B;
0 W& y7 f& y$ x" K% |# k+ [' ~: G
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
/ p6 @# l" {$ I T9 O
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
2 P+ X# w3 ~4 S, a& X1 S
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;# V- i5 g# D5 n9 Z
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;9 {4 g6 f! K, p+ T6 o
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
& m2 ?% {6 V' D
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;' d: J6 P3 }8 g
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
1 B5 x# y+ a: ]- `4 n3 O
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
( H9 ^1 a z- e$ K3 x" G6 P1 ? ~
1 m ^0 C: w3 h: ]9 z" V8 |
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);, o5 v* u' X& [1 o5 l# U( w U
: R6 D s. Y, t# Q9 J
/* Configure the MPU attributes as Cacheable write through 4 H! x3 ?! a2 W+ @- @3 s0 L) a
for LwIP RAM heap which contains the Tx buffers */% H: Q4 r- U5 y/ @- U8 Z! {
MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;; S- x/ k, i9 q |1 ?
MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30044000;
7 @4 T) x& Z4 z2 b
MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_16KB;6 r+ K8 z$ |9 X+ n8 l7 y2 o
MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
: i+ ~6 L8 G2 e' N! {
MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
) ] K4 A9 ^/ E3 v- u, J+ ` V; d
MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
" v. x% b# {* p X
MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;1 r5 z! p( \9 Y2 e9 D
MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
: b8 b% w' k ~
MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
[. C. I N6 Q
MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;; Z1 q( ~: ^& L) z6 h
MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;3 w3 I, @; U+ u" Z7 F) |2 |
, K% G; C- a5 H2 [6 Q3 \% T
HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
- x" G/ ~9 S; l
3 _" ^. p7 `: W$ t8 [
/* Enable the MPU */
+ P& \) j* q% n6 B9 L
HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);( _8 |+ W: p+ R8 a6 J" r

复制代码

在工程中添加ETH库函数，stm32h7xx_hal_eth.c和stm32h7xx_hal_eth_ex.c
" Q; o% @$ m7 E+ W1 M* G
五，LWIP协议栈的移植
该移植参考思路，移植也可以通过git log的方式参考这个移植步骤，但是这里移植里面有几处错误后文会提出。后来发现这个移植与STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.3.2\Projects\STM32H743ZI-Nucleo\Applications\LwIP，基本一致。

LWIP协议栈的源码
如果你有安装CUBEMX，那么直接从STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.3.2\Middlewares\Third_Party\LwIPP的目录下把LWIP的源码拷贝出来就可以了。或者下载参考思路里面的链接把LWIP源码拷贝出来。
工程中添加新的文件夹

lwip/api:添加LwIP\src\api目录下的所有文件