使用LwIP回调编程实现paho开源MQTT库的移植

文章内容为工程调试记录，内容排版散乱，阅读慎入！

LwIP Raw回调编程调试记录

1. tcp_connect连接问题：

1.1 连接不上，没有任何的回调函数调用，延时可以偶尔的解决这个问题

解决思路：在软件定时器中定时检测TCP_PCB块的状态

1.2 服务器主动断开的话，在tcp_recv_cb中会收到无数据响应

此处判断其状态应该是已经断开

1.3 tcpip_callback做何用，屏蔽之后带来的影响

该函数往tcpip线程中发送了一条邮箱，tcpip线程收到之后，调用传入的回调函数将当前申请的tpcb加入到tcp_tw_pcbs链表中，并在tcpip进程中注册一个定时器事件作为当前pcb连接的内核定时器。通过后续的分析，发现当前tpcb建立连接后，连接成功回调函数立马将当前tpcb从tcp_tw_pcbs中移除。可见，其本意是通过tcpip回调的方式为当前tpcb开启一个内核定时器。因为在普通进程或函数中调用的tcp_connect虽然也有TCP_REG的调用，但却是把当前tpcb的软件定时器事件挂在到当前线程的软件定时器链表上，如果当前调用tcp_connect的进程不是通过sys_thread_new建立的，或者就是个普通函数，这时候连软件定时器链表也找不到，自然也没有定时事件的触发，这也是困扰我多日为什么tpcb的内核定时器没有启动的原因。

1.4 2个软件定时器分别负责断开检测及重发

工程自带有ttcp.c例程用于测试raw tcp，而自己也主要参考该例程编写，此处困扰我多日的一点是：采用了软件定时器来处理数据的续发。因为数据可能无法一次性传完，ttcp.c中采用了软件定时器来发送当前要发送数据的剩余数据，在实际测试中大多数时候是没问题的，但是参照该种方式，却时不时的出现数据无法发送。调试发现是发送缓存区满，抓包发现是服务器不停的回复一个ACK值，而lwip客户端没有重发，经过老衲五木的提醒，意识到lwip中tcp内核的数据处理是在一个进程中完成的，频繁的触发定时器来执行tpc_write操作，可能打乱tcp内核的执行顺序，出现上述问题。改良后的版本使用tcp_sent来续发剩余数据，只用一个软件定时器来检测tpcb的状态。

1.5. 建立连接及未连接的状态

建立连接： Current PCB:2000b3f8, state = ESTABLISHED

一直未连接成功： Current PCB:2000b3f8, state = SYN_SENT

服务器断开：

其它状态

连接不上，偶尔会回调tcp_err中的回调函数，需要标识该状态，等待定时器的处理

2. 接收到的数据异常

犯了个低级的错误，将之前的代码

mqtt_comm_p->recvlen = p->tot_len;

for ( data_p = mqtt_comm_p->recvbuf, q = p;  q->next != NULL; q = q->next )

{

memcpy(data_p, q->payload, q->len);

data_p += q->len;

}

改成如下代码

mqtt_comm_p->recvlen = p->tot_len;

data_p = mqtt_comm_p->recvbuf;

q = p;

while ( q != NULL )

{

memcpy(data_p, q->payload, q->len);

data_p += q->len;

q = q->next;

}

3. 数据无法立即发送，接收数据后才会发送出去

在调用tcp_write之后，数据并不会立即发送出去，紧随其后调用tcp_ouput会将挂在的数据发送出去。在当前写的发送函数中，没有选择使用tcp_output，因为tpcb的内核定时器会定时调用它。

4. 数据发送的处理

最初的想法：使用队列来完成数据的填充与发送。这将使得数据的发送效率降低，因为涉及到数据入队列的复制，数据出队列的复制，以及数据拷贝到发送队列的复制。

新的改进：无队列，无发送缓冲区，使用信号灯及指针来处理发送。这也是不违背为了节省内存的初衷。

5. 花费一天时间寻找两个HardFault:

5.1 buf指向了常驻内存区，之后又指向了静态内存区域

//vPortFree(RtCtrlPkgAck);

//vPortFree(PicInfoPkg);

//vPortFree(buf);

释放出错，

5.2 订阅主题初始化不完全

mqtt_comm_p->MQTTPkgSubs->subcount = 1;  //  只有一个订阅主题

// 之前初始化循环值为mqtt_comm_p->MQTTPkgSubs->subcount,也就是1而不是4，导致后面要用的主题名称topicString内部变量未初始化，拷贝数据内存硬件错误 。

for (i = 0; i < 4 ; i++)

{

mqtt_comm_p->MQTTPkgSubs->topicString[i].cstring = NULL;

mqtt_comm_p->MQTTPkgSubs->topicString[i].lenstring.data = NULL;

mqtt_comm_p->MQTTPkgSubs->topicString[i].lenstring.len = 0; // MQTTString_initializer

mqtt_comm_p->MQTTPkgSubs->QoSs[i] = 0; // 服务质量

｝

教训：内存的分配和释放处理，一定要小心小心再小心；要养成变量初始化的好习惯。

6. 软件定时器中创建的tpcb控制块，使用tcp_write无法发送数据

6.1 tpcb块的tcp_connect操作中有TCP_REG调用，其本意是注册当前tpcb到tcp active链表中，再在tcpip超时链表中创建一个超时定时器。但是tcp_connect并不在tcpip中调用，也就无法在tcpip超时链表中创建定时器，tpcb内核定时器自然无法启动，数据无法发送，这也是为什么需要tcpip_callback(tcp_connect_timer_cb,
mqtt_comm_p->tpcb); 的原因；

改进：可以不在外部程序中调用tcpip_callback，而是直接tcp_connect中的TCP_REG(); 替换成tcpip_callback，不过这改动了内核的代码，慎重。

tpcb断开后，谨慎起见，也需要TCP_RMV删除，防止下次无法创建新的TCP内核定时器sys_timeout。

6.2 不使用软件定时器来触发重发，以免打乱tcp内核的数据处理，改用tcp_sent完成剩余数据发送。

6.3 以上2点原因得益于老衲五木的提点，在此非常感谢~。

7. LwIP raw tcp发送程序参考：

/ MQTT 数据发送函数
static OSStatus tcp_mqtt_send(struct mqtt_comm_t *mqtt_comm_p, uint8_t data[], uint32_t len, int msBlock, uint8_t apiflag)
{
    mqtt_comm_p->sendbuf = data;
    mqtt_comm_p->sendlen = len;
    mqtt_comm_p->apiflags = apiflag; 

    sys_log("tcp_mqtt_send，sendlen: %d.\r\n", mqtt_comm_p->sendlen);

    tcp_send_data(mqtt_comm_p);

    if( xSemaphoreTake(mqtt_comm_p->sendsema, msBlock) != pdTRUE )
    {
        sys_log("tcp send timeout.\r\n");
        return TCP_MQTT_SEND_ERR;
    }

   if (mqtt_comm_p->sendlen != 0)
      return TCP_MQTT_SEND_ERR;
   else
      return NoErr;
}

// TCP 数据发送函数
void tcp_send_data(struct mqtt_comm_t *mqtt_comm_p)
{
    err_t err;
    uint32_t len;

    len = mqtt_comm_p->sendlen;
    len = (len > tcp_sndbuf(mqtt_comm_p->tpcb) ) ?  tcp_sndbuf(mqtt_comm_p->tpcb) : len;

    // 连接断开
    if ( (mqtt_comm_p->tpcb == NULL ) || (mqtt_comm_p->tpcb->state != ESTABLISHED) )
    {
        xSemaphoreGive(mqtt_comm_p->sendsema);
        sys_log("tcp_send_data: tpcb error.\r\n");
        return;
    }

    // 发送缓冲区满
    if(tcp_sndbuf(mqtt_comm_p->tpcb) == 0)
    {
        vTaskDelay(1);
        return;
    } 

    do
    {
        err = tcp_write(mqtt_comm_p->tpcb, mqtt_comm_p->sendbuf, len, mqtt_comm_p->apiflags);
        if (err == ERR_MEM)
            len /= 2;
    }
    while (err == ERR_MEM && len > 1);

    if (err == ERR_OK)
    {
        mqtt_comm_p->sendlen -= len;
        mqtt_comm_p->sendbuf += len;
    }
    else
        sys_log("[tcp_send_data]: tcp_write failed.\r\n");
}

err_t tcp_send_cb(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, u16_t len)
{
  struct mqtt_comm_t *mqtt_comm_p = arg;

  if ( mqtt_comm_p->sendlen > 0 )
  {
    tcp_send_data(mqtt_comm_p);
  }
  else
  {
    xSemaphoreGive(mqtt_comm_p->sendsema);
  }

  return ERR_OK;
}

MQTT移植记录

未完待续