基于RT-Thread在STM32H7上移植LWIP（一）

一，写在前面

STM32H7目前还是一个比较新的MCU，网上的资料相对于F1 F4系列相对来说就很少了，我自己在移植这个LWIP的时候走了不少弯路，得到了不少人帮助。写这篇文章也是对我自己移植的一个总结，也是希望后来人能少走弯路。
这篇文章有由个人编辑并整理，如有错误，欢迎拍砖。

二，RT-Thread,STM32H7,LWIP简介

RT-Thread是一个来自中国的开源物联网操作系统，它提供了非常强的可伸缩能力：从一个可以运行在ARM Cortex-M0芯片上的极小内核，到中等的ARM Cortex-M3/4/7系统，甚至是运行于MIPS32、ARM Cortex-A系列处理器上功能丰富系统。

STM32H7是ST意法半导体Cortex_M系列最高性能处理器。主频高达400M，FLASH高达2Mbytes,SRAM高达1Mbytes,采用六级流水线，自带 指令 和数据 Cache、集成 JPEG编解码器、编解码器、集成 双精度硬件浮点计算单元（ DPFPU）和 DSP指令。

LWIP是瑞典计算机科学院（SICS）的Adam Dunkels开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈。

三，STM32H7的特殊性

这里的特殊性，仅仅只是对比F1 F4系列：

1. RAM
   F1 F4系列只有一块RAM，在使用RTOS的时候直接分配给RTOS做堆就可以了。
   H7的RAM构成看下表：
   
   DTCM的速度是400M，但是DMA无法进行访问。
   AXI SRAM的速度是200M，DMA可以进行访问。
   SRAM3是以太网和USB的缓冲区。

2. CACHE
   H7比F1 F4多了一个L1 CACHE一级缓存，这个缓存在为低速存储器带来加速的同时，也为程序带 来了一些问题，其中最为主要的时数据一致性的问题。
   CACHE策略问题请参考言简意赅的介绍M7内核的Cache工作流程，摸爬滚打半年的经验总结。

3. DMA
   H7的DAM分为DMA1,DAM2,BDMA,MDMA。其中SDIO和ETH的DMA又是独立的，就是说他们有专用的DMA和其他的DAM之间使用不冲突，无须额外使能，只需要开启中断就默认使用DMA模式。
   

三，移植前的准备工作

1. 确保有一个可以在开发板上能正常运行RT_Thread的工程，目前RT_Thread已经有了正点原子H743的BSP，通过ENV工具使用scons --dist来把这个工程拿出来，复制出dist文件夹下的工程就可以直接使用了；
2. 使用ENV工具，开启软件模拟IIC，因为正点原子的开发板的PHY复位接到了pcf8574的7号引脚，然后生成工程肯定会报错，这个时候从别的BSP目录下拷贝出pcf8574.c pcf8574.h phy_reset.c，放到工程里，然后在rtconfig.h加入以下代码来启用模拟IIC

#define BSP_USING_I2C2

#define BSP_I2C2_SCL_PIN 116
#define BSP_I2C2_SDA_PIN 117

这里的引脚号由硬件决定，如果不是原子的开发板可以省略这一步

3. 因为RT-Thread目录下的STM32BSP是依赖CUBEMX，所以还需要在CUBEMX里面开启ETH的引脚，这个请和自己的板子一致；
   
   开启RMII模式，注意这里的PC1引脚无法选择成高电平，需要在生成的使msp.c里面自己修改为高电平，并开启中断。
4. 检查是否开启了I_CACHE和D_CACHE
   
   这里一定要开启，里面由依赖关系，不然会导致cache无法正确运行。
5. 然后通过CUBEMX生成工程并把时钟初始化部分拷贝出来复制到board.c中
6. 在drv_mpu.c中加入MPU配置
   以太网DMA描述符区，只能配置为Strongly - order或者Device。

  MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;
  
  /* Disable the MPU */
  HAL_MPU_Disable();

  /* Configure the MPU attributes as Device not cacheable 
     for ETH DMA descriptors */
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30040000;
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_256B;
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
  MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER0;
  MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
  MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
  
  /* Configure the MPU attributes as Cacheable write through 
     for LwIP RAM heap which contains the Tx buffers */
  MPU_InitStruct.Enable = MPU_REGION_ENABLE;
  MPU_InitStruct.BaseAddress = 0x30044000;
  MPU_InitStruct.Size = MPU_REGION_SIZE_16KB;
  MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
  MPU_InitStruct.IsBufferable = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;
  MPU_InitStruct.IsCacheable = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
  MPU_InitStruct.IsShareable = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
  MPU_InitStruct.Number = MPU_REGION_NUMBER1;
  MPU_InitStruct.TypeExtField = MPU_TEX_LEVEL0;
  MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
  MPU_InitStruct.DisableExec = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

  HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

  /* Enable the MPU */
  HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);

7. 在工程中添加ETH库函数，stm32h7xx_hal_eth.c和stm32h7xx_hal_eth_ex.c

四，LWIP协议栈的移植

该移植参考思路，移植也可以通过git log的方式参考这个移植步骤，但是这里移植里面有几处错误后文会提出。后来发现这个移植与STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.3.2\Projects\STM32H743ZI-Nucleo\Applications\LwIP，基本一致。

1. LWIP协议栈的源码
   如果你有安装CUBEMX，那么直接从STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_H7_V1.3.2\Middlewares\Third_Party\LwIPP的目录下把LWIP的源码拷贝出来就可以了。或者下载参考思路里面的链接把LWIP源码拷贝出来。
2. 工程中添加新的文件夹
   lwip/api:添加LwIP\src\api目录下的所有文件
   
   lwip/core:添加LwIP\src\core目录下的文件，并包括ipv4文件夹下的文件
   
   lwip/netif:添加ethernet.c,sysarch.c
   
   lwip/port:添加ethernetif.c，lan8742.c(lan8720也可以用)
   

移植准备工作就全部做完了，下一节修改工程报错