]> Joshua Wise's Git repositories - netwatch.git/blob - lwip/doc/rawapi.txt
documentation work
[netwatch.git] / lwip / doc / rawapi.txt
1 Raw TCP/IP interface for lwIP
2
3 Authors: Adam Dunkels, Leon Woestenberg, Christiaan Simons
4
5 lwIP provides two Application Program's Interfaces (APIs) for programs
6 to use for communication with the TCP/IP code:
7 * low-level "core" / "callback" or "raw" API.
8 * higher-level "sequential" API.
9
10 The sequential API provides a way for ordinary, sequential, programs
11 to use the lwIP stack. It is quite similar to the BSD socket API. The
12 model of execution is based on the blocking open-read-write-close
13 paradigm. Since the TCP/IP stack is event based by nature, the TCP/IP
14 code and the application program must reside in different execution
15 contexts (threads).
16
17 ** The remainder of this document discusses the "raw" API. **
18
19 The raw TCP/IP interface allows the application program to integrate
20 better with the TCP/IP code. Program execution is event based by
21 having callback functions being called from within the TCP/IP
22 code. The TCP/IP code and the application program both run in the same
23 thread. The sequential API has a much higher overhead and is not very
24 well suited for small systems since it forces a multithreaded paradigm
25 on the application.
26
27 The raw TCP/IP interface is not only faster in terms of code execution
28 time but is also less memory intensive. The drawback is that program
29 development is somewhat harder and application programs written for
30 the raw TCP/IP interface are more difficult to understand. Still, this
31 is the preferred way of writing applications that should be small in
32 code size and memory usage.
33
34 Both APIs can be used simultaneously by different application
35 programs. In fact, the sequential API is implemented as an application
36 program using the raw TCP/IP interface.
37
38 --- Callbacks
39
40 Program execution is driven by callbacks. Each callback is an ordinary
41 C function that is called from within the TCP/IP code. Every callback
42 function is passed the current TCP or UDP connection state as an
43 argument. Also, in order to be able to keep program specific state,
44 the callback functions are called with a program specified argument
45 that is independent of the TCP/IP state.
46
47 The function for setting the application connection state is:
48
49 - void tcp_arg(struct tcp_pcb *pcb, void *arg)
50
51   Specifies the program specific state that should be passed to all
52   other callback functions. The "pcb" argument is the current TCP
53   connection control block, and the "arg" argument is the argument
54   that will be passed to the callbacks.
55
56   
57 --- TCP connection setup
58
59 The functions used for setting up connections is similar to that of
60 the sequential API and of the BSD socket API. A new TCP connection
61 identifier (i.e., a protocol control block - PCB) is created with the
62 tcp_new() function. This PCB can then be either set to listen for new
63 incoming connections or be explicitly connected to another host.
64
65 - struct tcp_pcb *tcp_new(void)
66
67   Creates a new connection identifier (PCB). If memory is not
68   available for creating the new pcb, NULL is returned.
69
70 - err_t tcp_bind(struct tcp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
71                  u16_t port)
72
73   Binds the pcb to a local IP address and port number. The IP address
74   can be specified as IP_ADDR_ANY in order to bind the connection to
75   all local IP addresses.
76
77   If another connection is bound to the same port, the function will
78   return ERR_USE, otherwise ERR_OK is returned.
79
80 - struct tcp_pcb *tcp_listen(struct tcp_pcb *pcb)
81
82   Commands a pcb to start listening for incoming connections. When an
83   incoming connection is accepted, the function specified with the
84   tcp_accept() function will be called. The pcb will have to be bound
85   to a local port with the tcp_bind() function.
86
87   The tcp_listen() function returns a new connection identifier, and
88   the one passed as an argument to the function will be
89   deallocated. The reason for this behavior is that less memory is
90   needed for a connection that is listening, so tcp_listen() will
91   reclaim the memory needed for the original connection and allocate a
92   new smaller memory block for the listening connection.
93
94   tcp_listen() may return NULL if no memory was available for the
95   listening connection. If so, the memory associated with the pcb
96   passed as an argument to tcp_listen() will not be deallocated.
97
98 - struct tcp_pcb *tcp_listen_with_backlog(struct tcp_pcb *pcb, u8_t backlog)
99
100   Same as tcp_listen, but limits the number of outstanding connections
101   in the listen queue to the value specified by the backlog argument.
102   To use it, your need to set TCP_LISTEN_BACKLOG=1 in your lwipopts.h.
103
104 - void tcp_accepted(struct tcp_pcb *pcb)
105
106   Inform lwIP that an incoming connection has been accepted. This would
107   usually be called from the accept callback. This allows lwIP to perform
108   housekeeping tasks, such as allowing further incoming connections to be
109   queued in the listen backlog.
110
111 - void tcp_accept(struct tcp_pcb *pcb,
112                   err_t (* accept)(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb,
113                                    err_t err))
114
115   Specified the callback function that should be called when a new
116   connection arrives on a listening connection.
117       
118 - err_t tcp_connect(struct tcp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
119                     u16_t port, err_t (* connected)(void *arg,
120                                                     struct tcp_pcb *tpcb,
121                                                     err_t err));
122
123   Sets up the pcb to connect to the remote host and sends the
124   initial SYN segment which opens the connection. 
125
126   The tcp_connect() function returns immediately; it does not wait for
127   the connection to be properly setup. Instead, it will call the
128   function specified as the fourth argument (the "connected" argument)
129   when the connection is established. If the connection could not be
130   properly established, either because the other host refused the
131   connection or because the other host didn't answer, the "connected"
132   function will be called with an the "err" argument set accordingly.
133
134   The tcp_connect() function can return ERR_MEM if no memory is
135   available for enqueueing the SYN segment. If the SYN indeed was
136   enqueued successfully, the tcp_connect() function returns ERR_OK.
137
138   
139 --- Sending TCP data
140
141 TCP data is sent by enqueueing the data with a call to
142 tcp_write(). When the data is successfully transmitted to the remote
143 host, the application will be notified with a call to a specified
144 callback function.
145
146 - err_t tcp_write(struct tcp_pcb *pcb, void *dataptr, u16_t len,
147                   u8_t copy)
148
149   Enqueues the data pointed to by the argument dataptr. The length of
150   the data is passed as the len parameter. The copy argument is either
151   0 or 1 and indicates whether the new memory should be allocated for
152   the data to be copied into. If the argument is 0, no new memory
153   should be allocated and the data should only be referenced by
154   pointer.
155
156   The tcp_write() function will fail and return ERR_MEM if the length
157   of the data exceeds the current send buffer size or if the length of
158   the queue of outgoing segment is larger than the upper limit defined
159   in lwipopts.h. The number of bytes available in the output queue can
160   be retrieved with the tcp_sndbuf() function.
161
162   The proper way to use this function is to call the function with at
163   most tcp_sndbuf() bytes of data. If the function returns ERR_MEM,
164   the application should wait until some of the currently enqueued
165   data has been successfully received by the other host and try again.
166
167 - void tcp_sent(struct tcp_pcb *pcb,
168                 err_t (* sent)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,
169                 u16_t len))
170
171   Specifies the callback function that should be called when data has
172   successfully been received (i.e., acknowledged) by the remote
173   host. The len argument passed to the callback function gives the
174   amount bytes that was acknowledged by the last acknowledgment.
175
176   
177 --- Receiving TCP data
178
179 TCP data reception is callback based - an application specified
180 callback function is called when new data arrives. When the
181 application has taken the data, it has to call the tcp_recved()
182 function to indicate that TCP can advertise increase the receive
183 window.
184
185 - void tcp_recv(struct tcp_pcb *pcb,
186                 err_t (* recv)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,
187                                struct pbuf *p, err_t err))
188
189   Sets the callback function that will be called when new data
190   arrives. The callback function will be passed a NULL pbuf to
191   indicate that the remote host has closed the connection. If
192   there are no errors and the callback function is to return
193   ERR_OK, then it must free the pbuf. Otherwise, it must not
194   free the pbuf so that lwIP core code can store it.
195
196 - void tcp_recved(struct tcp_pcb *pcb, u16_t len)
197
198   Must be called when the application has received the data. The len
199   argument indicates the length of the received data.
200     
201
202 --- Application polling
203
204 When a connection is idle (i.e., no data is either transmitted or
205 received), lwIP will repeatedly poll the application by calling a
206 specified callback function. This can be used either as a watchdog
207 timer for killing connections that have stayed idle for too long, or
208 as a method of waiting for memory to become available. For instance,
209 if a call to tcp_write() has failed because memory wasn't available,
210 the application may use the polling functionality to call tcp_write()
211 again when the connection has been idle for a while.
212
213 - void tcp_poll(struct tcp_pcb *pcb, u8_t interval,
214                 err_t (* poll)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb))
215
216   Specifies the polling interval and the callback function that should
217   be called to poll the application. The interval is specified in
218   number of TCP coarse grained timer shots, which typically occurs
219   twice a second. An interval of 10 means that the application would
220   be polled every 5 seconds.
221
222
223 --- Closing and aborting connections
224
225 - err_t tcp_close(struct tcp_pcb *pcb)
226
227   Closes the connection. The function may return ERR_MEM if no memory
228   was available for closing the connection. If so, the application
229   should wait and try again either by using the acknowledgment
230   callback or the polling functionality. If the close succeeds, the
231   function returns ERR_OK.
232
233   The pcb is deallocated by the TCP code after a call to tcp_close(). 
234
235 - void tcp_abort(struct tcp_pcb *pcb)
236
237   Aborts the connection by sending a RST (reset) segment to the remote
238   host. The pcb is deallocated. This function never fails.
239
240 If a connection is aborted because of an error, the application is
241 alerted of this event by the err callback. Errors that might abort a
242 connection are when there is a shortage of memory. The callback
243 function to be called is set using the tcp_err() function.
244
245 - void tcp_err(struct tcp_pcb *pcb, void (* err)(void *arg,
246        err_t err))
247
248   The error callback function does not get the pcb passed to it as a
249   parameter since the pcb may already have been deallocated.
250
251
252 --- Lower layer TCP interface
253
254 TCP provides a simple interface to the lower layers of the
255 system. During system initialization, the function tcp_init() has
256 to be called before any other TCP function is called. When the system
257 is running, the two timer functions tcp_fasttmr() and tcp_slowtmr()
258 must be called with regular intervals. The tcp_fasttmr() should be
259 called every TCP_FAST_INTERVAL milliseconds (defined in tcp.h) and
260 tcp_slowtmr() should be called every TCP_SLOW_INTERVAL milliseconds. 
261
262
263 --- UDP interface
264
265 The UDP interface is similar to that of TCP, but due to the lower
266 level of complexity of UDP, the interface is significantly simpler.
267
268 - struct udp_pcb *udp_new(void)
269
270   Creates a new UDP pcb which can be used for UDP communication. The
271   pcb is not active until it has either been bound to a local address
272   or connected to a remote address.
273
274 - void udp_remove(struct udp_pcb *pcb)
275
276   Removes and deallocates the pcb.  
277   
278 - err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
279                  u16_t port)
280
281   Binds the pcb to a local address. The IP-address argument "ipaddr"
282   can be IP_ADDR_ANY to indicate that it should listen to any local IP
283   address. The function currently always return ERR_OK.
284
285 - err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
286                     u16_t port)
287
288   Sets the remote end of the pcb. This function does not generate any
289   network traffic, but only set the remote address of the pcb.
290
291 - err_t udp_disconnect(struct udp_pcb *pcb)
292
293   Remove the remote end of the pcb. This function does not generate
294   any network traffic, but only removes the remote address of the pcb.
295
296 - err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p)
297
298   Sends the pbuf p. The pbuf is not deallocated.
299
300 - void udp_recv(struct udp_pcb *pcb,
301                 void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *upcb,
302                                          struct pbuf *p,
303                                          struct ip_addr *addr,
304                                          u16_t port),
305                               void *recv_arg)
306
307   Specifies a callback function that should be called when a UDP
308   datagram is received.
309   
310
311 --- System initalization
312
313 A truly complete and generic sequence for initializing the lwip stack
314 cannot be given because it depends on the build configuration (lwipopts.h)
315 and additional initializations for your runtime environment (e.g. timers).
316
317 We can give you some idea on how to proceed when using the raw API.
318 We assume a configuration using a single Ethernet netif and the
319 UDP and TCP transport layers, IPv4 and the DHCP client.
320
321 Call these functions in the order of appearance:
322
323 - stats_init()
324
325   Clears the structure where runtime statistics are gathered.
326
327 - sys_init()
328   
329   Not of much use since we set the NO_SYS 1 option in lwipopts.h,
330   to be called for easy configuration changes.
331
332 - mem_init()
333
334   Initializes the dynamic memory heap defined by MEM_SIZE.
335
336 - memp_init()
337
338   Initializes the memory pools defined by MEMP_NUM_x.
339
340 - pbuf_init()
341
342   Initializes the pbuf memory pool defined by PBUF_POOL_SIZE.
343   
344 - etharp_init()
345
346   Initializes the ARP table and queue.
347   Note: you must call etharp_tmr at a ARP_TMR_INTERVAL (5 seconds) regular interval
348   after this initialization.
349
350 - ip_init()
351
352   Doesn't do much, it should be called to handle future changes.
353
354 - udp_init()
355
356   Clears the UDP PCB list.
357
358 - tcp_init()
359
360   Clears the TCP PCB list and clears some internal TCP timers.
361   Note: you must call tcp_fasttmr() and tcp_slowtmr() at the
362   predefined regular intervals after this initialization. 
363   
364 - netif_add(struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr,
365             struct ip_addr *netmask, struct ip_addr *gw,
366             void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
367             err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))
368
369   Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
370   netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
371   Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
372   or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.
373
374   The init function pointer must point to a initialization function for
375   your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.
376   
377   err_t netif_if_init(struct netif *netif)
378   {
379     u8_t i;
380     
381     for(i = 0; i < ETHARP_HWADDR_LEN; i++) netif->hwaddr[i] = some_eth_addr[i];
382     init_my_eth_device();
383     return ERR_OK;
384   }
385   
386   For ethernet drivers, the input function pointer must point to the lwip
387   function ethernet_input() declared in "netif/etharp.h". Other drivers
388   must use ip_input() declared in "lwip/ip.h".
389   
390 - netif_set_default(struct netif *netif)
391
392   Registers the default network interface.
393
394 - netif_set_up(struct netif *netif)
395
396   When the netif is fully configured this function must be called.
397
398 - dhcp_start(struct netif *netif)
399
400   Creates a new DHCP client for this interface on the first call.
401   Note: you must call dhcp_fine_tmr() and dhcp_coarse_tmr() at
402   the predefined regular intervals after starting the client.
403   
404   You can peek in the netif->dhcp struct for the actual DHCP status.
405
406
407 --- Optimalization hints
408
409 The first thing you want to optimize is the lwip_standard_checksum()
410 routine from src/core/inet.c. You can override this standard
411 function with the #define LWIP_CHKSUM <your_checksum_routine>.
412
413 There are C examples given in inet.c or you might want to
414 craft an assembly function for this. RFC1071 is a good
415 introduction to this subject.
416
417 Other significant improvements can be made by supplying
418 assembly or inline replacements for htons() and htonl()
419 if you're using a little-endian architecture.
420 #define LWIP_PLATFORM_BYTESWAP 1
421 #define LWIP_PLATFORM_HTONS(x) <your_htons>
422 #define LWIP_PLATFORM_HTONL(x) <your_htonl>
423
424 Check your network interface driver if it reads at
425 a higher speed than the maximum wire-speed. If the
426 hardware isn't serviced frequently and fast enough
427 buffer overflows are likely to occur.
428
429 E.g. when using the cs8900 driver, call cs8900if_service(ethif)
430 as frequently as possible. When using an RTOS let the cs8900 interrupt
431 wake a high priority task that services your driver using a binary
432 semaphore or event flag. Some drivers might allow additional tuning
433 to match your application and network.
434
435 For a production release it is recommended to set LWIP_STATS to 0.
436 Note that speed performance isn't influenced much by simply setting
437 high values to the memory options.
This page took 0.044577 seconds and 4 git commands to generate.