1.1 什么是操作系统封装层

    我们前面已经讲到，lwip有3中API接口，其中RAM API是不需要操作系统的支持，这样可以在不跑系统的情况下使用lwip。而LWIP API 和BSD API需要操作系统的支持。

    所以要实现LWIP API 和BSD API需要如下几个条件：

    1. 嵌入式系统，需要支持任务，信号量和邮箱

    2. 需要增加一个叫做操作系统封装层的中间层，也有人叫操作系统模拟层。

 

    什么是操作系统封装层（sys_arch）呢？

    Lwip为了适用不同的操作系统，在代码中没有使用和某一个操作系统相关的系统调用和数据结构，而是在Lwip和操作系统之间增加了一个操作系统封装层，也叫操作系统模拟层。操作系统封装层为操作系统服务（定时，进程同步，消息传递）提供了一个统一的接口。在Lwip中进程同步使用信号量(semaphone)和邮箱队列(mbox)。

 

    操作系统封装层需要嵌入式能够实现多线程，信号量和邮箱。

1.2 操作系统封装层的实现

    lwip 预留了sys_arch.c, 操作系统封装层的函数需要在此文件中实现。

在sys_arch.h文件中，我们指定数据类型“sys_sem_t”表示信号量，“sys_mbox_t”表示邮箱。sys_arch.c文件中，操作系统封装层需要实现如下功能函数。

1.2.1 void  sys_init(void)

    初始化sys_arch层。 

 

1.2.2 sys_sem_t  sys_sem_new(u8_t count) 

    建立并返回一个新的信号量。参数count指定信号量的初始状态。 

 

1.2.3 void  sys_sem_free(sys_sem_t sem)

    释放信号量。 

1.2.4 void  sys_sem_signal(sys_sem_t sem) 

    发送一个信号。 

 

1.2.5 u32_t  sys_arch_sem_wait(sys_sem_t sem, u32_t timeout)

    等待指定的信号并阻塞线程。

    timeout参数为0，线程会一直被阻塞至收到指定的信号；非0，则线程仅被阻塞至指定的timeout时间（单位为毫秒）。

    在timeout参数值非0的情况下，返回值为等待指定的信号所消耗的毫秒数。

    如果在指定的时间内并没有收到信号，返回值为 SYS_ARCH_TIMEOUT。

    如果线程不必再等待这个信号（也就是说，已经收到信号），返回值也可以为0。

    注意，LwIP实现了一个名称与之相似的函数来调用这个函数，sys_sem_wait()，注意区别。

 

1.2.6 sys_mbox_t  sys_mbox_new(void)

    建立一个空的邮箱。 

 

1.2.7 void  sys_mbox_free(sys_mbox_t mbox) 

    释放一个邮箱。

    如果释放时邮箱中还有消息，它表明LwIP中存在一个编程错误，应该通知开发者（原文如此，这句话很费解。个人理解的意思是：当执行sys_mbox_free()这个函数时，按道理邮箱中不应该再存在任何消息，如果用户使用LwIP时发现邮箱中还存在消息，说明LwIP的开发者存在一个编程错误，不能把邮箱中的消息全部取出并处理掉。

 

1.2.8 void  sys_mbox_post(sys_mbox_t mbox, void *msg)

    投递消息“msg”到指定的邮箱“mbox”。 

 

1.2.9 u32_t  sys_arch_mbox_fetch(sys_mbox_t mbox, void **msg, u32_t timeout) 

    阻塞线程直至邮箱收到至少一条消息。

    最长阻塞时间由timeout参数指定（与sys_arch_sem_wait()函数类似）。

    msg是一个结果参数，用来保存邮箱中的消息指针（即*msg = ptr），它的值由这个函数设置。“msg”参数有可能为空，这表明当前这条消息应该被丢弃。 

返回值与sys_arch_sem_wait()函数相同：等待的毫秒数或者SYS_ARCH_TIMEOUT――如果时间溢出的话。

    注意，LwIP实现的函数中，有一个名称与之相似的――sys_mbox_fetch()，注意区分。

 

1.2.10 struct  sys_timeouts  *sys_arch_timeouts(void) 

    返回一个指向当前线程使用的sys_timeouts结构的指针。

LwIP中，每一个线程都有一个timeouts链表，这个链表由sys_timeout结构组成，sys_timeouts结构则保存了指向这个链表的指针。这个函数由LwIP的超时调度程序调用，并且不能返回一个空（NULL）值。 

    单线程sys_arch实现中，这个函数只需简单返回一个指针即可。这个指针指向保存在sys_arch模块中的sys_timeouts全局变量。 

 

如果底层操作系统支持多线程并且LwIP中需要这样的功能，那么，下面的函数必须实现： 

1.2.11 sys_thread_t  sys_thread_new(void(*thread)(void *arg), void *arg, int prio) 

    启动一个由函数指针thread指定的新线程。

    arg将作为参数传递给thread()函数。

    prio指定这个新线程的优先级。

    返回值为这个新线程的ID，ID和优先级由底层操作系统决定。

 

1.2.12 sys_prot_t sys_arch_protect(void)

    这是一个可选函数，它负责完成临界区域保护并返回先前的保护状态。该函数只有在小的临界区域需要保护时才会被调用。

    基于ISR驱动的嵌入式系统可以通过禁止中断来实现这个函数。基于任务的系统可以通过互斥量或禁止任务来实现这个函数。

    该函数应该支持来自于同一个任务或中断的递归调用。换句话说，当该区域已经被保护，sys_arch_protect()函数依然能被调用。

    这时，函数的返回值会通知调用者该区域已经被保护。 如果你的移植正在支持一个操作系统，sys_arch_protect()函数仅仅是一个需要。

 

1.2.13 void sys_arch_unprotect(sys_prot_t pval)

    该函数同样是一个可选函数。它的功能就是恢复受保护区域的先前保护状态，先前是受到保护还是没有受到保护由参数pval指定。

    它与sys_arch_protect()函数配套使用，详细信息参看sys_arch_protect()函数。

 

1.3 操作系统封装层相关的头文件

1.3.1 cc.h

    与硬件平台及编译器相关的环境变量及数据类型声明文件。 

        LwIP使用的数据类型定义

        u8_t, s8_t, u16_t，s16_t，u32_t，s32_t，mem_ptr_t。 

 

    与编译器相关的LwIP结构体封装宏： 

    PACK_STRUCT_FIELD(x)

    PACK_STRUCT_STRUCT 

    PACK_STRUCT_BEGIN 

    PACK_STRUCT_END 

 

    与平台相关的调试输出： 

    LWIP_PLATFORM_DIAG(X)   非故障，输出一条提示信息。 

    LWIP_PLATFORM_ASSERT(x)  故障，输出一条故障信息并放弃执行。 

 

    “轻便的（lightweight）”同步机制： 

    SYS_ARCH_DECL_PROTECT(x)   声明一个保护状态变量。 

    SYS_ARCH_PROTECT(x)   进入保护模式。 

    SYS_ARCH_UNPROTECT(x)   脱离保护模式。 

 

    如果编译器不提供memset()函数，这个文件必须包含它的定义，或者包含（include）一个定义它的文件。 

    这个文件要么包含一个本地系统（system-local）提供的头文件――这个文件定义了标准的*nix错误编码，要么增加一条宏定义语句：#define LWIP_PROVIDE_ERRNO，这将使得lwip/arch.h头文件来定义这些编码。这些编码被用于LwIP的各个部分。

 

1.3.2 perf.h

    定义了性能测量使用的宏，由LwIP调用，可以将其定义为一个空的宏。 

    PERF_START  开始测量。 

    PERF_STOP(x)  结束测量并记录结果。

 

1.3.3 sys_arch.h 

    sys_arch.c的头文件。定义Arch（即整个移植所依赖的操作系统平台，译注）需要的数据类型：sys_sem_t，sys_mbox_t，sys_thread_t，以及可选类型：sys_prot_t。

    sys_mbox_t和sys_sem_t变量的NULL值定义： 

    SYS_MBOX_NULL  NULL

    SYS_SEM_NULL  NULL