TCP的工作机制比UDP要复杂的多。本文介绍用TCP发送“Hello World”的实例，讨论程序设计中几个关键的问题。本文撰写思路假设您已经阅读了本系列前几篇与lwIP、UDP相关的文章，重复性语言不过多描述。本文TCP工作在client模式。TCP内容较多，后面的文章会逐步深入介绍。
SDK程序设计
按照前文方法，新建工程后启用lwIP 1.4.1库，其余配置都保持默认即可（使用RAW API）。使用lwIP需要启动中断系统，sys_intr.h和sys_intr.c文件代码与UDP实例中的相同。
此外lwIP要求每250ms调用一次tcp_tmr()函数（具体原因后面小节分析）因此我们要添加定时器资源。定时器使用方法参考本系列第10篇，这里不再讲述。
timer_intr.h文件代码如下：
#include
#include "xadcps.h"
#include "xil_types.h"
#include "Xscugic.h"
#include "Xil_exception.h"
#include "xscutimer.h"
extern volatile int TcpTmrFlag;
#define TIMER_DEVICE_ID XPAR_XSCUTIMER_0_DEVICE_ID
#define TIMER_IRPT_INTR XPAR_SCUTIMER_INTR
void Timer_start(XScuTimer *TimerPtr);
void Timer_Setup_Intr_System(XScuGic *GicInstancePtr,XScuTimer *TimerInstancePtr, u16 TimerIntrId);
int Timer_init(XScuTimer *TimerPtr,u32 Load_Value,u32 DeviceId);
timer_intr.c文件的代码如下：
#include "timer_intr.h"
volatile int TcpTmrFlag;
//---------------------------------------------------------
// 定时器中断处理函数
//---------------------------------------------------------
static void TimerIntrHandler(void *CallBackRef)
{
XScuTimer *TimerInstancePtr = (XScuTimer *) CallBackRef;
XScuTimer_ClearInterruptStatus(TimerInstancePtr);
TcpTmrFlag = 1;
}
//---------------------------------------------------------
// 启动定时器函数
//---------------------------------------------------------
void Timer_start(XScuTimer *TimerPtr)
{
XScuTimer_Start(TimerPtr);
}
//---------------------------------------------------------
// 定时器中断设置函数
//---------------------------------------------------------
void Timer_Setup_Intr_System(XScuGic *GicInstancePtr,XScuTimer *TimerInstancePtr, u16 TimerIntrId)
{
XScuGic_Connect(GicInstancePtr, TimerIntrId,
(Xil_ExceptionHandler)TimerIntrHandler, (void *)TimerInstancePtr);
XScuGic_Enable(GicInstancePtr, TimerIntrId);
XScuTimer_EnableInterrupt(TimerInstancePtr);
}
//---------------------------------------------------------
// 定时器初始化函数
//---------------------------------------------------------
int Timer_init(XScuTimer *TimerPtr,u32 Load_Value,u32 DeviceId)
{
XScuTimer_Config *TMRConfigPtr;
TMRConfigPtr = XScuTimer_LookupConfig(DeviceId);
XScuTimer_CfgInitialize(TimerPtr,TMRConfigPtr,TMRConfigPtr->BaseAddr);
XScuTimer_LoadTimer(TimerPtr, Load_Value);
XScuTimer_EnableAutoReload(TimerPtr);
return 1;
}
先看mian.c文件中的代码，看下RAW模式下使用TCP的架构与使用UDP有何不同：
//--------------------------------------------------
// blog.csdn.net/FPGADesigner
// copyright by CUIT Qi Liu
// Zynq Lwip TCP Communication Test Program
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#include "timer_intr.h"
#include "sys_intr.h"
#include "user_tcp.h"
#include "sleep.h"
#define TIMER_LOAD_VALUE XPAR_CPU_CORTEXA9_0_CPU_CLK_FREQ_HZ / 8 //0.25S
static XScuGic Intc; //GIC
static XScuTimer Timer;//timer
extern volatile unsigned tcp_client_connected;
extern int tcp_trans_cnt;
//--------------------------------------------------
// 中断与定时器初始化
//--------------------------------------------------
void System_Init()
{
Timer_init(&Timer,TIMER_LOAD_VALUE,TIMER_DEVICE_ID);
Init_Intr_System(&Intc); // initial DMA interrupt system
Setup_Intr_Exception(&Intc);
Timer_Setup_Intr_System(&Intc,&Timer,TIMER_IRPT_INTR);
Timer_start(&Timer);
TcpTmrFlag = 0;
}
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// 主程序
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int main(void)
{
struct netif *netif, server_netif; //用于lwIP网络接口的通用数据结构
struct ip_addr ipaddr, netmask, gw; //unsigned int
//开发板的MAC地址
unsigned char mac_ethernet_address[] = {0x00,0x0a,0x35,0x00,0x01,0x02};
System_Init();
netif = &server_netif;
//将4byte结构的IP地址转换为unsigned int
IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 1, 10); //IP地址（开发板）
IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255, 0); //网络掩码
IP4_ADDR(&gw, 192, 168, 1, 1); //网关
lwip_init(); //初始化lwIP
//将网络接口添加到netif_list中
if (!xemac_add(netif, &ipaddr, &netmask, &gw, mac_ethernet_address, XPAR_XEMACPS_0_BASEADDR)) {
xil_printf("Error adding N/W interface\r\n");
return -1;
}
netif_set_default(netif); //设置默认网络接口
netif_set_up(netif); //启动网络接口
tcp_send_init(); //初始化TCP PCB
while(1) {
/* call tcp timer every 250ms */
if(TcpTmrFlag)
{
tcp_tmr();
TcpTmrFlag = 0;
}
xemacif_input(netif); //将MAC队列中的packets传输到lwIP栈中
if (tcp_client_connected) { //连接成功则发送数据
sleep(1);
send_data();
xil_printf("tran_cnt:%d\n\r", tcp_trans_cnt);
}
}
}
与UDP相同的lwIP配置流程代码中给出了详细注释。最大区别在于下面这部分：
while(1) {
/* call tcp timer every 250ms */
if(TcpTmrFlag)
{
tcp_tmr();
TcpTmrFlag = 0;
}
user_function(); //用户功能
}
别小瞧这个函数，tcp_tmr对TCP的稳定使用至关重要，可查看本文后面小节的测试。
user_tcp.h文件代码如下（为了避免混淆，尽量不要取名为lwIP库中已用过的udp.h/c和tcp.h/c）：
#include
#include
#include "lwip/err.h"
#include "lwip/tcp.h"
#include "lwipopts.h"
#include "netif/xadapter.h"
#include "lwip/init.h"
#include "lwip/tcp_impl.h"
#include "xil_printf.h"
extern volatile unsigned tcp_client_connected;
extern int tcp_trans_cnt;
int tcp_send_init();
void send_data(void);
user_tcp.c文件代码如下：
#include "user_tcp.h"
#define SEND_SIZE 12
static struct tcp_pcb *connected_pcb = NULL;
volatile unsigned tcp_client_connected = 0;
int tcp_trans_cnt = 0;
char sendBuffer[12]="Hello World!";
//--------------------------------------------------
// TCP数据发送成功的回调函数
//--------------------------------------------------
static err_t tcp_sent_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, u16_t len)
{
tcp_trans_cnt++; //统计发送数据的次数
xil_printf("send int");
return ERR_OK;
}
//--------------------------------------------------
// TCP连接成功的回调函数
//--------------------------------------------------
static err_t tcp_connected_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, err_t err)
{
xil_printf("txperf: Connected to iperf server\r\n");
connected_pcb = tpcb; //存储连接的TCP状态
tcp_nagle_disable(connected_pcb);
tcp_arg(tpcb, NULL); //指定应该传递回调函数的参数
//设置当TCP数据成功传递到远程主机时调用回调函数tcp_sent_callback
tcp_sent(tpcb, tcp_sent_callback);
tcp_client_connected = 1; //置1表示连接已建立
xil_printf("Connect Success.\r\n");
return ERR_OK;
}
//--------------------------------------------------
// TCP PCB初始化函数
//--------------------------------------------------
int tcp_send_init()
{
struct tcp_pcb *pcb;
struct ip_addr ipaddr;
err_t err;
u16_t port;
pcb = tcp_new(); //创建新的TCP PCB
if (!pcb) {
xil_printf("txperf: Error creating PCB. Out of Memory\r\n");
return -1;
}
IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 1, 100); //服务器的IP地址
port = 7; //服务器的默认端口
tcp_client_connected = 0;
//连接主机，连接建立后调用回调函数tcp_connected_callback
err = tcp_connect(pcb, &ipaddr, port, tcp_connected_callback);
if (err != ERR_OK) {
xil_printf("txperf: tcp_connect returned error: %d\r\n", err);
return err;
}
xil_printf("%d\r\n",err);
return 0;
}
//--------------------------------------------------
// TCP数据发送函数
//--------------------------------------------------
void send_data(void)
{
err_t err;
struct tcp_pcb *tpcb = connected_pcb;
if (!connected_pcb)
return;
err = tcp_write(tpcb, sendBuffer, SEND_SIZE, 3);
if (err != ERR_OK) {
xil_printf("txperf: Error on tcp_write: %d\r\n", err);
connected_pcb = NULL;
return;
}
err = tcp_output(tpcb);
if (err != ERR_OK) {
xil_printf("txperf: Error on tcp_output: %d\r\n",err);
return;
}
}
本设计的TCP工作在客户端模式，将远程主机当作服务器，主动请求连接。TCP client和TCP server在lwIP中的连接流程和区别可参考本系列前面与lwIP相关的文章。
可以看到仅仅是TCP发送，就用到了两个回调函数。TCP的回调机制比UDP要复杂的多。下面我们分小节探讨下上面程序中的各种问题。
回调机制
在初始化TCP连接时，我们使用tcp_connect函数请求建立于服务器的连接，绑定了第一个回调函数tcp_connected_callback。这个回调函数会在服务器给出应答，也就是连接的确建立起来后才会调用。在这个回调函数中我们可以设置“xil_printf(“Connect Success.\r\n”);”这句代码，通过串口打印确认回调函数有没有被调用。
tcp_connect函数中又使用tcp_sent函数绑定了另一个函数tcp_sent_callback。我们要知道，这个回调函数并不是在TCP发送后就会马上被调用。它需要等主机返回应答信号，确认数据成功的发送到主机后才会调用。我们可以在tcp_sent_callback中计数，并通过“xil_printf(“send int”);”来查看是否进入了回调。main.c中每次发送时打印计数值。
测试结果如上图，注意并不是每次发送数据都进入了tcp_sent_callback回调函数。正确理解回调函数的调用机制，我们才能灵活使用。
TCP客户端连接
回顾下本系列第11篇中介绍过的TCP主动连接方法：
1. 调用pcb_new创建一个pcb。
2. （可选）调用tcp_arg将应用程序中特定的值于PCB关联在一起。
3. （可选）调用tcp_bind函数指定本地IP地址和端口
4. 调用tcp_connect函数。
对照本实例中的tcp_send_init函数，你会发现我们2、3步都没有设置，读者可以自行添加代码查看效果。如果没有使用tcp_bind绑定本地端口，那么与主机连接后会自动分配一个端口；本地IP地址使用main.c中设置了的地址。
在网络调试助手中，可以查看与TCP服务器连接的客户端IP地址和端口号。
tcp_tmr函数为何重要
如果各位实际使用时，把while循环中的tcp_tmr函数注释掉，或者不启动定时器，发现好像tcp也可以正常使用，确实连接成功也发送出去了呀？其实不然。我举几个例子，不知道您是否遇到过下列情况：
1. 连接到网络助手后，一开始工作正常，但一段时间后失常；
2. 已经连接到网络调试助手，再次下载程序（即再次连接），发现tcp_connect返回的也是ERR_OK，但就是没有进入连接回调函数；
3. 发送过程中偶尔出现tcp_write函数返回ERR_CONN（对应-13，表示未连接）。
这就是tcp工作不稳定的表现。lwIP的TCP内部也有定时器，维持其正常运作。我们只有周期性地（通常是250ms）调用tcp_tmr函数，才能调度TCP内部的定时器。
神奇的nagle算法
本实例中我们在连接回调函数中使用“tcp_nagle_disable(connected_pcb);”这条代码关闭了nagle算法。如果把这句代码注释掉，会出现如下情况：
一下子接收到一大片Hello World，且数量不一，这便是nagle算法的作用。如果我们要发送字节较短的数据：TCP/IP要为其加包，加包的字节比数据本身还多，还要进行校验和的计算；主机接收到包后再解包，检查校验和……这无疑是个效率低下的过程。
Nagle算法会自动连接许多小的消息，减少发送包的个数来增加网络效率。TCP/IP协议中无论发送多少数据，总需要在数据前面加上协议头；对方接收到数据也需要发送应答。Nagle算法尽可能发送大块数据，避免小数据块，从而充分利用网络带宽。
然而本例中我们不追求效率，只希望实现确确实实的是每秒发送一个Hello World，那我们就有必要关掉nagle算法。效果如下：
TCP内容较多，后面的文章会逐步深入介绍。
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