]> rtime.felk.cvut.cz Git - pes-rpp/rpp-lwip.git/blob - doc/rawapi.txt
93c0e862ce6a86b1504e6c5d3e0107696dc3722a
[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 - 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.
192
193 - void tcp_recved(struct tcp_pcb *pcb, u16_t len)
194
195   Must be called when the application has received the data. The len
196   argument indicates the length of the received data.
197     
198
199 --- Application polling
200
201 When a connection is idle (i.e., no data is either transmitted or
202 received), lwIP will repeatedly poll the application by calling a
203 specified callback function. This can be used either as a watchdog
204 timer for killing connections that have stayed idle for too long, or
205 as a method of waiting for memory to become available. For instance,
206 if a call to tcp_write() has failed because memory wasn't available,
207 the application may use the polling functionality to call tcp_write()
208 again when the connection has been idle for a while.
209
210 - void tcp_poll(struct tcp_pcb *pcb, u8_t interval,
211                 err_t (* poll)(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb))
212
213   Specifies the polling interval and the callback function that should
214   be called to poll the application. The interval is specified in
215   number of TCP coarse grained timer shots, which typically occurs
216   twice a second. An interval of 10 means that the application would
217   be polled every 5 seconds.
218
219
220 --- Closing and aborting connections
221
222 - err_t tcp_close(struct tcp_pcb *pcb)
223
224   Closes the connection. The function may return ERR_MEM if no memory
225   was available for closing the connection. If so, the application
226   should wait and try again either by using the acknowledgment
227   callback or the polling functionality. If the close succeeds, the
228   function returns ERR_OK.
229
230   The pcb is deallocated by the TCP code after a call to tcp_close(). 
231
232 - void tcp_abort(struct tcp_pcb *pcb)
233
234   Aborts the connection by sending a RST (reset) segment to the remote
235   host. The pcb is deallocated. This function never fails.
236
237 If a connection is aborted because of an error, the application is
238 alerted of this event by the err callback. Errors that might abort a
239 connection are when there is a shortage of memory. The callback
240 function to be called is set using the tcp_err() function.
241
242 - void tcp_err(struct tcp_pcb *pcb, void (* err)(void *arg,
243        err_t err))
244
245   The error callback function does not get the pcb passed to it as a
246   parameter since the pcb may already have been deallocated.
247
248
249 --- Lower layer TCP interface
250
251 TCP provides a simple interface to the lower layers of the
252 system. During system initialization, the function tcp_init() has
253 to be called before any other TCP function is called. When the system
254 is running, the two timer functions tcp_fasttmr() and tcp_slowtmr()
255 must be called with regular intervals. The tcp_fasttmr() should be
256 called every TCP_FAST_INTERVAL milliseconds (defined in tcp.h) and
257 tcp_slowtmr() should be called every TCP_SLOW_INTERVAL milliseconds. 
258
259
260 --- UDP interface
261
262 The UDP interface is similar to that of TCP, but due to the lower
263 level of complexity of UDP, the interface is significantly simpler.
264
265 - struct udp_pcb *udp_new(void)
266
267   Creates a new UDP pcb which can be used for UDP communication. The
268   pcb is not active until it has either been bound to a local address
269   or connected to a remote address.
270
271 - void udp_remove(struct udp_pcb *pcb)
272
273   Removes and deallocates the pcb.  
274   
275 - err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
276                  u16_t port)
277
278   Binds the pcb to a local address. The IP-address argument "ipaddr"
279   can be IP_ADDR_ANY to indicate that it should listen to any local IP
280   address. The function currently always return ERR_OK.
281
282 - err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr,
283                     u16_t port)
284
285   Sets the remote end of the pcb. This function does not generate any
286   network traffic, but only set the remote address of the pcb.
287
288 - err_t udp_disconnect(struct udp_pcb *pcb)
289
290   Remove the remote end of the pcb. This function does not generate
291   any network traffic, but only removes the remote address of the pcb.
292
293 - err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p)
294
295   Sends the pbuf p. The pbuf is not deallocated.
296
297 - void udp_recv(struct udp_pcb *pcb,
298                 void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *upcb,
299                                          struct pbuf *p,
300                                          struct ip_addr *addr,
301                                          u16_t port),
302                               void *recv_arg)
303
304   Specifies a callback function that should be called when a UDP
305   datagram is received.
306   
307
308 --- System initalization
309
310 A truly complete and generic sequence for initializing the lwip stack
311 cannot be given because it depends on the build configuration (lwipopts.h)
312 and additional initializations for your runtime environment (e.g. timers).
313
314 We can give you some idea on how to proceed when using the raw API.
315 We assume a configuration using a single Ethernet netif and the
316 UDP and TCP transport layers, IPv4 and the DHCP client.
317
318 Call these functions in the order of appearance:
319
320 - stats_init()
321
322   Clears the structure where runtime statistics are gathered.
323
324 - sys_init()
325   
326   Not of much use since we set the NO_SYS 1 option in lwipopts.h,
327   to be called for easy configuration changes.
328
329 - mem_init()
330
331   Initializes the dynamic memory heap defined by MEM_SIZE.
332
333 - memp_init()
334
335   Initializes the memory pools defined by MEMP_NUM_x.
336
337 - pbuf_init()
338
339   Initializes the pbuf memory pool defined by PBUF_POOL_SIZE.
340   
341 - etharp_init()
342
343   Initializes the ARP table and queue.
344   Note: you must call etharp_tmr at a ARP_TMR_INTERVAL (5 seconds) regular interval
345   after this initialization.
346
347 - ip_init()
348
349   Doesn't do much, it should be called to handle future changes.
350
351 - udp_init()
352
353   Clears the UDP PCB list.
354
355 - tcp_init()
356
357   Clears the TCP PCB list and clears some internal TCP timers.
358   Note: you must call tcp_fasttmr() and tcp_slowtmr() at the
359   predefined regular intervals after this initialization. 
360   
361 - netif_add(struct netif *netif, struct ip_addr *ipaddr,
362             struct ip_addr *netmask, struct ip_addr *gw,
363             void *state, err_t (* init)(struct netif *netif),
364             err_t (* input)(struct pbuf *p, struct netif *netif))
365
366   Adds your network interface to the netif_list. Allocate a struct
367   netif and pass a pointer to this structure as the first argument.
368   Give pointers to cleared ip_addr structures when using DHCP,
369   or fill them with sane numbers otherwise. The state pointer may be NULL.
370
371   The init function pointer must point to a initialization function for
372   your ethernet netif interface. The following code illustrates it's use.
373   
374   err_t netif_if_init(struct netif *netif)
375   {
376     u8_t i;
377     
378     for(i = 0; i < ETHARP_HWADDR_LEN; i++) netif->hwaddr[i] = some_eth_addr[i];
379     init_my_eth_device();
380     return ERR_OK;
381   }
382   
383   The input function pointer must point to the lwip ip_input().
384   
385 - netif_set_default(struct netif *netif)
386
387   Registers the default network interface.
388
389 - netif_set_up(struct netif *netif)
390
391   When the netif is fully configured this function must be called.
392
393 - dhcp_start(struct netif *netif)
394
395   Creates a new DHCP client for this interface on the first call.
396   Note: you must call dhcp_fine_tmr() and dhcp_coarse_tmr() at
397   the predefined regular intervals after starting the client.
398   
399   You can peek in the netif->dhcp struct for the actual DHCP status.
400
401
402 --- Optimalization hints
403
404 The first thing you want to optimize is the lwip_standard_checksum()
405 routine from src/core/inet.c. You can override this standard
406 function with the #define LWIP_CHKSUM <your_checksum_routine>.
407
408 There are C examples given in inet.c or you might want to
409 craft an assembly function for this. RFC1071 is a good
410 introduction to this subject.
411
412 Other significant improvements can be made by supplying
413 assembly or inline replacements for htons() and htonl()
414 if you're using a little-endian architecture.
415 #define LWIP_PLATFORM_BYTESWAP 1
416 #define LWIP_PLATFORM_HTONS(x) <your_htons>
417 #define LWIP_PLATFORM_HTONL(x) <your_htonl>
418
419 Check your network interface driver if it reads at
420 a higher speed than the maximum wire-speed. If the
421 hardware isn't serviced frequently and fast enough
422 buffer overflows are likely to occur.
423
424 E.g. when using the cs8900 driver, call cs8900if_service(ethif)
425 as frequently as possible. When using an RTOS let the cs8900 interrupt
426 wake a high priority task that services your driver using a binary
427 semaphore or event flag. Some drivers might allow additional tuning
428 to match your application and network.
429
430 For a production release it is recommended to set LWIP_STATS to 0.
431 Note that speed performance isn't influenced much by simply setting
432 high values to the memory options.