基于ZYNQ的LWIP网络TCP/IP调试

本文介绍了基于LWIP协议栈的嵌入式网络通信实现方案。LWIP是一种轻量级TCP/IP协议栈，仅需十几KB内存即可运行，适合低端嵌入式系统。硬件平台采用PCIe-403信号处理板，通过ZYNQ处理器运行LWIP协议栈，搭配YT8531SH千兆以太网PHY芯片。文章详细说明了硬件配置步骤，包括ZYNQ核构建、网口选择等关键设置，并提供了网络初始化代码示例，涵盖静态IP/DHCP配置以及重要函数解释。

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3040人浏览 · 2025-05-24 17:38:43

15608207219 · 2025-05-24 17:38:43 发布

1、LWIP介绍

LWIP 是瑞典计算机科学院(SICS)的 Adam Dunkels 等开发的一个小型开源的 TCP/IP 协议栈，是 TCP/IP的一种实现方式。 LWIP 是轻量级 IP 协议，有无操作系统的支持都可以运行。 LWIP 实现的重点是在保持TCP 协议主要功能的基础上减少对 RAM 的占用，它只需十几 KB 的 RAM 和 40K 左右的 ROM 就可以运行，这使 LWIP 协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。

2、硬件搭建

硬件平台采用PCIe-403信号处理板，该板卡上有两片FPGA，一片为VU13P，另一片为ZYNQ。千兆网口是挂到ZYNQ上的，故使用PS跑LWIP协议栈。PCIE-403的原理框图如下：

PS外挂的以太网PHY芯片，采用裕太微电子的YT8531SH。YT8531C是高度集成的物理层芯片（以太网收发器），符合 10Base-T、 100Base-TX 和 1000Base-T IEEE802.3 标准，提供了所有必要的物理层功能。 YT8531 采用最先进的 DSP 技术和模拟前端（ AFE），实现了交叉检测和自动校正、极性校正、自适应均衡、串音消除、回声消除、定时恢复和纠错等功能，以提供10Mbps、 100Mbps 或 1000Mbps 的强大传输和接收能力。

4、硬件平台搭建

1：构建zynq核，双击核心打开后配置Perpheral I/O Pins,

2：PCIE403选择enet0网口，一点要注意勾选MDIO，

3：使用bank1 需要选择LVCOMS1.8V，后续选项需要选择fast。

1. 1. 回环测试代码
    1. 回环主代码

工程回环测试代码位于打开工程后main主函数下面的lwip_INIT函数内部。

在函数内部可以对IP地址和端口号进行配置。

1. 1. 1. 配置ip相关

LWIP_DHCP此处为设置静态IP和DHCP，IP4_ADDR是设置地址的宏。

init_platform();

#if LWIP_IPV6==0

#if LWIP_DHCP==1

ipaddr.addr = 0;

gw.addr = 0;

netmask.addr = 0;

#else

IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 1, 10);

IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255, 0);

IP4_ADDR(&gw, 192, 168, 1, 1);

#endif

print_app_header();

lwip_init();

#if (LWIP_IPV6 == 0)

if (!xemac_add(echo_netif, &ipaddr, &netmask,

&gw, mac_ethernet_address,

PLATFORM_EMAC_BASEADDR)) {

xil_printf("Error adding N/W interface\n\r"); return -1;

}

#else

if (!xemac_add(echo_netif, NULL, NULL, NULL, mac_ethernet_address,

PLATFORM_EMAC_BASEADDR)) {

xil_printf("Error adding N/W interface\n\r");

return -1;

}

echo_netif->ip6_autoconfig_enabled = 1;

netif_create_ip6_linklocal_address(echo_netif, 1);

netif_ip6_addr_set_state(echo_netif, 0, IP6_ADDR_VALID);

print_ip6("\n\rBoard IPv6 address ", &echo_netif->ip6_addr[0].u_addr.ip6);

#endif

netif_set_default(echo_netif);

platform_enable_interrupts();

netif_set_up(echo_netif);

#if (LWIP_IPV6 == 0)

#if (LWIP_DHCP==1)

dhcp_start(echo_netif);

dhcp_timoutcntr = 24;

while(((echo_netif->ip_addr.addr) == 0) && (dhcp_timoutcntr > 0))

xemacif_input(echo_netif);

if (dhcp_timoutcntr <= 0) {

if ((echo_netif->ip_addr.addr) == 0) {

xil_printf("DHCP Timeout\r\n");

xil_printf("Configuring default IP of 192.168.1.10\r\n");

IP4_ADDR(&(echo_netif->ip_addr), 192, 168, 1, 10);

IP4_ADDR(&(echo_netif->netmask), 255, 255, 255, 0);

IP4_ADDR(&(echo_netif->gw), 192, 168, 1, 1);

}

ipaddr.addr = echo_netif->ip_addr.addr;

gw.addr = echo_netif->gw.addr;

netmask.addr = echo_netif->netmask.addr;

#endif

print_ip_settings(&ipaddr, &netmask, &gw);

#endif

start_application();

1：IP4_ADDR()：用于初始化 IP 地址、子网掩码和网关地址，只有在使用静态 IP 时才调用。

2：xemac_add()：将网络接口添加到 lwIP 的接口列表中，并将指定的 IP 地址、网关、子网掩码与网卡（MAC 地址）绑定，是配置网络的核心函数。

3：netif_set_default()：将当前网络接口设置为系统默认的网络接口。

4：netif_set_up()：启动网络接口，使其可以正常工作，相当于把网卡设置为“up”状态。

5：dhcp_start()：在启用 DHCP 的情况下启动 DHCP 客户端，请求动态分配 IP 地址。

6：xemacif_input()：接收网络数据包，是 DHCP 或其他协议正常运行所必需的，在 DHCP 等待阶段用于接收服务器返回的 IP 地址。

7：print_ip_settings()：打印当前使用的 IP 地址、子网掩码和网关，方便调试和查看配置结果。

1. 1. 1. 关键函数解释

1. TcpFastTmrFlag & tcp_fasttmr() 含义：lwIP 的 TCP 协议需要周期性地运行维护任务，比如管理重传、超时等。 tcp_fasttmr() 是lwIP中的快速定时器函数，需要每一段时间调用一次。 TcpFastTmrFlag由一个定时器中断或定时回调设置为 1。

2. TcpSlowTmrFlag & tcp_slowtmr() ：tcp_slowtmr() 是慢速定时器函数。用于处理超时连接、慢重传等。通常会在中断或者 xil_timer_handler()中设置这个Flag。

3. xemacif_input(echo_netif);接收来自以太网 MAC 接口的数据包。xemacif_input() 是将以太网接口（EMAC）中接收到的包传递给 lwIP 协议栈处理的函数。echo_netif 是一个 struct netif 类型变量，表示网络接口（如 eth0）。

4. transfer_data();这个是可以自己写的应用层函数，比如 TCP echo 服务器中处理连接、收发数据的逻辑。实现如 tcp_write()、tcp_recv() 等。