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LWIP热插拔功能实现

news 2025/7/10 21:44:22

0 工具准备

1.lwip 1.4.1
2.RTOS（本文使用rt-thread）

1 使能连接变化回调功能

打开lwipopts.h，将宏定义LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK的值设为1，如下：

#define LWIP_NETIF_LINK_CALLBACK        1

这个宏定义被使能后会将void ethernetif_update_config(struct netif *netif)函数加入工程中进行编译。这个函数的功能就是检查当前连接情况，进行不同的处理。
该函数如下：

void ethernetif_update_config(struct netif *netif)
{__IO uint32_t tickstart = 0;uint32_t regvalue = 0;if (netif_is_link_up(netif)){/* Restart the auto-negotiation */if (heth.Init.AutoNegotiation != ETH_AUTONEGOTIATION_DISABLE){/* Enable Auto-Negotiation */HAL_ETH_WritePHYRegister(&heth, PHY_BCR, PHY_AUTONEGOTIATION);/* Get tick */tickstart = HAL_GetTick();/* Wait until the auto-negotiation will be completed */do{HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_BSR, &regvalue);/* Check for the Timeout ( 1s ) */if ((HAL_GetTick() - tickstart) > 1000){/* In case of timeout */goto error;}} while (((regvalue & PHY_AUTONEGO_COMPLETE) != PHY_AUTONEGO_COMPLETE));/* Read the result of the auto-negotiation */HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_SR, &regvalue);if ((regvalue & PHY_DUPLEX_STATUS) != (uint32_t)RESET){heth.Init.DuplexMode = ETH_MODE_FULLDUPLEX;}else{heth.Init.DuplexMode = ETH_MODE_HALFDUPLEX;}if (regvalue & PHY_SPEED_STATUS){/* Set Ethernet speed to 10M following the auto-negotiation */heth.Init.Speed = ETH_SPEED_10M;}else{/* Set Ethernet speed to 100M following the auto-negotiation */heth.Init.Speed = ETH_SPEED_100M;}}else /* AutoNegotiation Disable */{error:/* Check parameters */assert_param(IS_ETH_SPEED(heth.Init.Speed));assert_param(IS_ETH_DUPLEX_MODE(heth.Init.DuplexMode));/* Set MAC Speed and Duplex Mode to PHY */HAL_ETH_WritePHYRegister(&heth, PHY_BCR,((uint16_t)(heth.Init.DuplexMode >> 3) |(uint16_t)(heth.Init.Speed >> 1)));}/* ETHERNET MAC Re-Configuration */HAL_ETH_ConfigMAC(&heth, (ETH_MACInitTypeDef *)NULL);/* Restart MAC interface */HAL_ETH_Start(&heth);}else{/* Stop MAC interface */HAL_ETH_Stop(&heth);}ethernetif_notify_conn_changed(netif);
}

2 完善连接状态变化回调函数

在ethernetif_update_config函数的最后有一个名为ethernetif_notify_conn_changed的函数需要用户自定义功能，由于我们这里使用的是固定IP，因此自定义的状态变化回调函数如下：

void ethernetif_notify_conn_changed(struct netif *netif)
{if(netif_is_link_up(netif)){printf("\r\nLan link up!\r\n");netif_set_up(netif);}else{printf("\r\nLan link down!\r\n");netif_set_down(netif);}
}

如果需要启用了DHCP功能，可以在发现网线插上后等待路由器分配IP。

3 绑定回调函数

前面我们已经编辑好了自定义的回调函数，接下来需要绑定回调函数，在我们的网线连接状态改变时执行回调函数。绑定回调函数只需要添加netif_set_link_callback(&gnetif, ethernetif_update_config)语句到LWIP初始化函数内即可。如下：

    netif_set_default(&gnetif);if (netif_is_link_up(&gnetif)){/* When the netif is fully configured this function must be called */netif_set_up(&gnetif);}else{/* When the netif link is down this function must be called */netif_set_down(&gnetif);}netif_set_link_callback(&gnetif, ethernetif_update_config);

4 轮询网口连接状态

前面我们已经完成了回调函数编写，同时绑定了回调函数。由于lwip 1.4.1原生没有轮询网口连接状态，因此这部分需要我们来编写。这里我们使用RTOS，将轮询网口连接状态的函数放到软件定时器内执行：

void lan_state_check(void)
{uint32_t regvalue = 0;HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_BSR, &regvalue);if ((regvalue & PHY_LINKED_STATUS) == PHY_LINKED_STATUS){netif_set_flags(&gnetif, NETIF_FLAG_LINK_UP);if (netif_is_up(&gnetif) != 1){gnetif.link_callback(&gnetif);}}else{netif_clear_flags(&gnetif, NETIF_FLAG_LINK_UP);if (netif_is_up(&gnetif) != 0){gnetif.link_callback(&gnetif);}}
}

这个函数主要功能就是读取PHY的BSR寄存器查看连接状态，如果当前连接状态的物理状态和LWIP软件连接状态不一致则执行回调函数。
其中物理连接状态由软件定时器周期性设置，设置的bit为NETIF_FLAG_LINK_UP，软件连接状态由LWIP内核设置，设置的bit为NETIF_FLAG_UP。

5 优化启动速度

上电阶段有时网卡还未建立有效连接，ETH初始化函数会一直阻塞等待连接建立直至超时，默认的超时时间为5000ms，也就是说如果上电后网卡没有建立有效连接会一直阻塞等待5000ms，体验感非常差。为了解决这一问题，将以下2个宏定义修改成2000即可：

#define ETH_TIMEOUT_LINKED_STATE          2000U
#define ETH_TIMEOUT_AUTONEGO_COMPLETED    2000U

6 插拔测试

（1）上电后再插上网线，随后ping路由器
在这里插入图片描述
可以看到打印了“Lan link up!”，程序识别到了这一变化同时执行了回调函数，ping路由器正常。
（2）将网线拔下

可以看到打印了“Lan link down!”，程序识别到了这一变化同时执行了回调函数。
（3）反复执行（1）（2）查看是否正常。
在这里插入图片描述
反复执行也能保证稳定，测试结果正常。