]> rtime.felk.cvut.cz Git - pes-rpp/rpp-lwip.git/blob - doc/rawapi.txt
4ee1959488ce9d6c4fa9e691f7a23409edd28ae6
[pes-rpp/rpp-lwip.git] / 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 - void tcp_accept(struct tcp_pcb *pcb,
99                   err_t (* accept)(void *arg, struct tcp_pcb *newpcb,
100                                    err_t err))
101
102   Specified the callback function that should be called when a new
103   connection arrives on a listening connection.
104       
105 - err_t tcp_connect(struct tcp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
106                     u16_t port, err_t (* connected)(void *arg,
107                                                     struct tcp_pcb *tpcb,
108                                                     err_t err));
109
110   Sets up the pcb to connect to the remote host and sends the
111   initial SYN segment which opens the connection. 
112
113   The tcp_connect() function returns immediately; it does not wait for
114   the connection to be properly setup. Instead, it will call the
115   function specified as the fourth argument (the "connected" argument)
116   when the connection is established. If the connection could not be
117   properly established, either because the other host refused the
118   connection or because the other host didn't answer, the "connected"
119   function will be called with an the "err" argument set accordingly.
120
121   The tcp_connect() function can return ERR_MEM if no memory is
122   available for enqueueing the SYN segment. If the SYN indeed was
123   enqueued successfully, the tcp_connect() function returns ERR_OK.
124
125   
126 --- Sending TCP data
127
128 TCP data is sent by enqueueing the data with a call to
129 tcp_write(). When the data is successfully transmitted to the remote
130 host, the application will be notified with a call to a specified
131 callback function.
132
133 - err_t tcp_write(struct tcp_pcb *pcb, void *dataptr, u16_t len,
134                   u8_t copy)
135
136   Enqueues the data pointed to by the argument dataptr. The length of
137   the data is passed as the len parameter. The copy argument is either
138   0 or 1 and indicates whether the new memory should be allocated for
139   the data to be copied into. If the argument is 0, no new memory
140   should be allocated and the data should only be referenced by
141   pointer.
142
143   The tcp_write() function will fail and return ERR_MEM if the length
144   of the data exceeds the current send buffer size or if the length of
145   the queue of outgoing segment is larger than the upper limit defined
146   in lwipopts.h. The number of bytes available in the output queue can
147   be retrieved with the tcp_sndbuf() function.
148
149   The proper way to use this function is to call the function with at
150   most tcp_sndbuf() bytes of data. If the function returns ERR_MEM,
151   the application should wait until some of the currently enqueued
152   data has been successfully received by the other host and try again.
153
154 - void tcp_sent(struct tcp_pcb *pcb,
155                 err_t (* sent)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,
156                                u16_t len))
157
158   Specifies the callback function that should be called when data has
159   successfully been received (i.e., acknowledged) by the remote
160   host. The len argument passed to the callback function gives the
161   amount bytes that was acknowledged by the last acknowledgment.
162
163   
164 --- Receiving TCP data
165
166 TCP data reception is callback based - an application specified
167 callback function is called when new data arrives. When the
168 application has taken the data, it has to call the tcp_recved()
169 function to indicate that TCP can advertise increase the receive
170 window.
171
172 - void tcp_recv(struct tcp_pcb *pcb,
173                 err_t (* recv)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb,
174                                struct pbuf *p, err_t err))
175
176   Sets the callback function that will be called when new data
177   arrives. The callback function will be passed a NULL pbuf to
178   indicate that the remote host has closed the connection.
179
180 - void tcp_recved(struct tcp_pcb *pcb, u16_t len)
181
182   Must be called when the application has received the data. The len
183   argument indicates the length of the received data.
184     
185
186 --- Application polling
187
188 When a connection is idle (i.e., no data is either transmitted or
189 received), lwIP will repeatedly poll the application by calling a
190 specified callback function. This can be used either as a watchdog
191 timer for killing connections that have stayed idle for too long, or
192 as a method of waiting for memory to become available. For instance,
193 if a call to tcp_write() has failed because memory wasn't available,
194 the application may use the polling functionality to call tcp_write()
195 again when the connection has been idle for a while.
196
197 - void tcp_poll(struct tcp_pcb *pcb, u8_t interval,
198                 err_t (* poll)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb))
199
200   Specifies the polling interval and the callback function that should
201   be called to poll the application. The interval is specified in
202   number of TCP coarse grained timer shots, which typically occurs
203   twice a second. An interval of 10 means that the application would
204   be polled every 5 seconds.
205
206
207 --- Closing and aborting connections
208
209 - err_t tcp_close(struct tcp_pcb *pcb)
210
211   Closes the connection. The function may return ERR_MEM if no memory
212   was available for closing the connection. If so, the application
213   should wait and try again either by using the acknowledgment
214   callback or the polling functionality. If the close succeeds, the
215   function returns ERR_OK.
216
217   The pcb is deallocated by the TCP code after a call to tcp_close(). 
218
219 - void tcp_abort(struct tcp_pcb *pcb)
220
221   Aborts the connection by sending a RST (reset) segment to the remote
222   host. The pcb is deallocated. This function never fails.
223
224 If a connection is aborted because of an error, the application is
225 alerted of this event by the err callback. Errors that might abort a
226 connection are when there is a shortage of memory. The callback
227 function to be called is set using the tcp_err() function.
228
229 - void tcp_err(struct tcp_pcb *pcb, void (* err)(void *arg,
230                err_t err))
231
232   The error callback function does not get the pcb passed to it as a
233   parameter since the pcb may already have been deallocated.
234
235
236 --- Lower layer TCP interface
237
238 TCP provides a simple interface to the lower layers of the
239 system. During system initialization, the function tcp_init() has
240 to be called before any other TCP function is called. When the system
241 is running, the two timer functions tcp_fasttmr() and tcp_slowtmr()
242 must be called with regular intervals. The tcp_fasttmr() should be
243 called every TCP_FAST_INTERVAL milliseconds (defined in tcp.h) and
244 tcp_slowtmr() should be called every TCP_SLOW_INTERVAL milliseconds. 
245
246
247 --- UDP interface
248
249 The UDP interface is similar to that of TCP, but due to the lower
250 level of complexity of UDP, the interface is significantly simpler.
251
252 - struct udp_pcb *udp_new(void)
253
254   Creates a new UDP pcb which can be used for UDP communication. The
255   pcb is not active until it has either been bound to a local address
256   or connected to a remote address.
257
258 - void udp_remove(struct udp_pcb *pcb)
259
260   Removes and deallocates the pcb.  
261   
262 - err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
263                  u16_t port)
264
265   Binds the pcb to a local address. The IP-address argument "ipaddr"
266   can be IP_ADDR_ANY to indicate that it should listen to any local IP
267   address. The function currently always return ERR_OK.
268
269 - err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
270                     u16_t port)
271
272   Sets the remote end of the pcb. This function does not generate any
273   network traffic, but only set the remote address of the pcb.
274
275 - err_t udp_disconnect(struct udp_pcb *pcb)
276
277   Remove the remote end of the pcb. This function does not generate
278   any network traffic, but only removes the remote address of the pcb.
279
280 - err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p)
281
282   Sends the pbuf p. The pbuf is not deallocated.
283
284 - void udp_recv(struct udp_pcb *pcb,
285                 void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *upcb,
286                                          struct pbuf *p,
287                                          struct ip_addr *addr,
288                                          u16_t port),
289                               void *recv_arg)
290
291   Specifies a callback function that should be called when a UDP
292   datagram is received.
293   
294
295 --- System initalization
296
297 A truly complete and generic sequence for initializing the lwip stack
298 cannot be given because it depends on the build configuration (lwipopts.h)
299 and additional initializations for your runtime environment (e.g. timers).
300
301 We can give you some idea on how to proceed when using the raw API.
302 We assume a configuration using a single Ethernet netif and the
303 UDP and TCP transport layers, IPv4 and the DHCP client.
304
305 Call these functions in the order of appearance:
306
307 - stats_init()
308
309   Clears the structure where runtime statistics are gathered.
310
311 - sys_init()
312   
313   Not of much use since we set the NO_SYS 1 option in lwipopts.h,
314   to be called for easy configuration changes.
315
316 - mem_init()
317
318   Initializes the dynamic memory heap defined by MEM_SIZE.
319
320 - memp_init()
321
322   Initializes the memory pools defined by MEMP_NUM_x.
323
324 - pbuf_init()
325
326   Initializes the pbuf memory pool defined by PBUF_POOL_SIZE.
327   
328 - etharp_init()
329
330   Initializes the ARP table and queue.
331   Note: you must call etharp_tmr at a ARP_TMR_INTERVAL (5 seconds) regular interval
332   after this initialization.
333
334 - ip_init()
335
336   Doesn't do much, it should be called to handle future changes.
337
338 - udp_init()
339
340   Clears the UDP PCB list.
341
342 - tcp_init()
343
344   Clears the TCP PCB list and clears some internal TCP timers.
345   Note: you must call tcp_fasttmr() and tcp_slowtmr() at the
346   predefined regular intervals after this initialization. 
347   
348 - netif_add(struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr,
349             struct ip_addr *netmask, struct ip_addr *gw,
350             void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
351             err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))
352
353   Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
354   netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
355   Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
356   or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.
357
358   The init function pointer must point to a initialization function for
359   your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.
360   
361   err_t netif_if_init(struct netif *netif)
362   {
363     u8_t i;
364     
365     for(i = 0; i < 6; i++) netif->hwaddr[i] = some_eth_addr[i];
366     init_my_eth_device();
367     return ERR_OK;
368   }
369   
370   The input function pointer must point to the lwip ip_input().
371   
372 - netif_set_default(struct netif *netif)
373
374   Registers the default network interface.
375
376 - netif_set_up(struct netif *netif)
377
378   When the netif is fully configured this function must be called.
379
380 - dhcp_start(struct netif *netif)
381
382   Creates a new DHCP client for this interface on the first call.
383   Note: you must call dhcp_fine_tmr() and dhcp_coarse_tmr() at
384   the predefined regular intervals after starting the client.
385   
386   You can peek in the netif->dhcp struct for the actual DHCP status.
387
388
389 --- Optimalization hints
390
391 The first thing you want to optimize is the lwip_standard_checksum()
392 routine from src/core/inet.c. You can override this standard
393 function with the #define LWIP_CHKSUM <your_checksum_routine>.
394
395 There are C examples given in inet.c or you might want to
396 craft an assembly function for this. RFC1071 is a good
397 introduction to this subject.
398
399 Other significant improvements can be made by supplying
400 assembly or inline replacements for htons() and htonl()
401 if you're using a little-endian architecture.
402 #define LWIP_PLATFORM_BYTESWAP 1
403 #define LWIP_PLATFORM_HTONS(x) <your_htons>
404 #define LWIP_PLATFORM_HTONL(x) <your_htonl>
405
406 Check your network interface driver if it reads at
407 a higher speed than the maximum wire-speed. If the
408 hardware isn't serviced frequently and fast enough
409 buffer overflows are likely to occur.
410
411 E.g. when using the cs8900 driver, call cs8900if_service(ethif)
412 as frequently as possible. When using an RTOS let the cs8900 interrupt
413 wake a high priority task that services your driver using a binary
414 semaphore or event flag. Some drivers might allow additional tuning
415 to match your application and network.
416
417 For a production release it is recommended to set LWIP_STATS to 0.
418 Note that speed performance isn't influenced much by simply setting
419 high values to the memory options.