工作筆記-----基于FreeRTOS的lwIP網絡任務初始化問題排查

@@ Author：明月清了個風

@@ Date： 2025/8/10

@@ PS：新項目中在STMF7開發板上基于freeRTOS和lwIP開發網口相關任務，開發過程中遇到了網口無法連接的問題，進行了一系列的排查，找到了問題所在，基本將整個lwIP的啟動流程詳細的看了一遍，現將整個排查過程記錄一下，以供參考.

內容結構如下：

1. 問題現象及最終解決方法
2. lwIP啟動流程的簡單介紹(細節的后面單獨寫一篇吧,涉及的內容太多了,這里只把主要的調用過程寫一下)
3. 排查問題過程中嘗試的方法
   4.題外----一個仍然沒有想通的問題

一.問題現象及最終解決方法

首先給出問題的現象以及最后找到的問題根源：

現象：初始化lwip后，創建了基于lwIP接口的網絡任務，任務正常運行，但無法連通，阻塞在accept_err = netconn_accept(conn, &newconn);接收消息這一步。主機ping MCU，網口黃色指示燈對應閃爍，表明物理傳輸層已連通。

解決方法：phy地址設置錯誤，CubeMX生成的代碼默認設置為1，需根據網口芯片的實際電路連接進行設置，我這里是LAN8742A，phy地址引腳接地，在low_level_init()函數中修改對應賦值語句或者修改宏定義LAN8742A_PHY_ADDRESS，在文件stm32f7xx_hal_conf.h中。注意并不一定完全和你的位置一樣，需要自己找到這個設置在哪里，下面有啟動流程講解，幫助你找到它。

二.lwIP啟動流程

在排查問題的過程中,基本將lwIP啟動涉及到的源碼看了一遍,整理后以供參考。（使用的版本應該比較新，且已經進行過修改，可能會有一些不一樣）

由CubeMX導出的代碼中會有一個MX_LWIP_Init()函數，這個函數完成了lwIP的初始化，函數的主要調用棧如下：（調試基本就在這些函數里去調就行，基本覆蓋了）

MX_LWIP_Init()|---> tcpip_init()|---> lwip_init()|---> sys_thread_new(tcpip_thread)|---> netif_add()|---> ethernetif_init()|---> low_level_init()|---> HAL_EHT_Init()|---> HAL_ETH_MspInit()|---> HAL_ETH_DMATxDescListInit()|---> HAL_ETH_DMARxDescListInit()|---> osThreadCreate()----ethernetif_input|---> netif_set_default()|---> netif_set_up() / netif_set_down()|---> netif_set_link_callback()

1. tcpip_init()函數

   該函數中主要進行了兩個步驟:

   • 首先調用了lwip_init()，這個函數完成了lwIP各功能組件的內核初始化，比如lwIP的內存管理，和外部環境基本無關。

   • 然后創建了tcpip_thread任務，該任務會一直嘗試在tcpic_mbox中獲取消息（可以不用知道這個是什么，只要知道他在等待消息就行）

2. netif_add()函數

   這一句的源碼為netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &tcpip_input);

   這個函數非常長，用于完成虛擬網卡的初始化，傳入的參數如下：

netif_add(struct netif *netif, const ip4_addr_t *ipaddr, const ip4_addr_t *netmask, const ip4_addr_t *gw, void *state, netif_init_fn init, netif_input_fn input)
```

也就是虛擬網卡`netif`，IP地址，子網掩碼，網關，虛擬網卡初始化函數，網卡輸入函數。這個函數中會對`netif`結構體成員進行初始化，并執行傳入的`init`函數，也就是`ethernetif_init`函數，接著他會調用`low_level_init()`函數，這個函數完成了lwIP所需的硬件初始化過程，也就是硬件網口的初始化，我的是LAN8742A，根據函數的調用棧可以找到`HAL_ETH_MspInit()`函數，這個函數中可以看到網口相關的GPIO被初始化，然后又開啟了DMA收發以及網絡中斷。在`low_level_init()`函數中還創建了一個任務`ethernetif_input`,這個任務非常短，源碼如下：```c
void ethernetif_input( void const * argument )
{struct pbuf *p;struct netif *netif = (struct netif *) argument;for( ;; ){if (osSemaphoreWait( s_xSemaphore, TIME_WAITING_FOR_INPUT)==osOK){do{p = low_level_input( netif );if (p != NULL){if (netif->input( p, netif) != ERR_OK ){pbuf_free(p);}}}while(p!=NULL);}}
}
```他會阻塞等待`s_xSemaphore`信號量，該信號量在`HAL_ETH_IRQHandler()`中斷服務函數中釋放，接受到消息后，通過`low_level_input()`函數處理并返回。

3. netif_set_default()函數

   這個函數很短，將netif設置為默認網口

4. 然后會根據netif_is_link_up(&gnetif)的值來選擇執行那個函數，這個函數判斷是phy芯片的bit2是否為1，如果為1，表示硬件上已經初始化成功，那么調用netif_set_up(),否則調用netif_set_down()

5. netif_set_link_callback()函數設置了一個回調函數，當網絡連接狀態發生改變時會被執行，主要做硬件上的檢查和處理

6. 如果你使用的是官方的例程,會發現后面還創建了一個ethernetif_set_link()，任務，該任務是用來檢測連接狀態的，也是通過HAL_ETH_ReadPHYRegister(&EthHandle, PHY_MISR, &regvalue);讀取PHY芯片寄存器的相關位來判斷是否連接。

三.排查問題過程中嘗試的方法（以下方法先后順序不一定啊，試的太多了，我也有點忘了😢）

1. 首先嘗試ping MCU地址，看是否ping通，如果無法ping通，查看電腦IP是否與MCU IP在同一網段，并且對應IP沒有被占用，并查看子網掩碼，網關的設置是否正確。

2. 硬件檢查，觀察網口連接處指示燈，綠燈表示物理層連接正常，黃燈表示有數據收發，并判斷PHY芯片是否初始化正確，也就是上面的函數中的HAL_ETH_Init()中的初始化，這里面需要注意的有：引腳是否對應，PHY芯片地址和原理圖對應（這里就是我出的問題）。

3. 嘗試調整lwIP協議棧的初始化時序，從上面的啟動流程可以看出，lwIP的啟動中會創建多個處理任務，需要保證你的任務和這些任務之間沒有沖突

4. 電腦cmd中執行arp -a看有沒有板子的IP和MAC地址，如果沒有就是物理層和驅動的問題，我也是在這定位到了是驅動有問題，重新回去看硬件配置代碼的。

5. arp -a中看不到板子的IP后，確定是網絡鏈路層的問題，在low_level_output()函數中添加測試代碼，初始化串口后在不同位置輸出點東西就行；

6. 在ethernetif_update_config()函數中添加以下代碼看phy芯片啟動狀態

   // 在 ethernetif.c 中添加
   void ethernetif_update_config(struct netif *netif) {uint32_t phyreg;HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_BSR, &phyreg);if(phyreg & PHY_LINKED_STATUS) {netif_set_link_up(netif);printf("PHY Link UP\n");} else {netif_set_link_down(netif);printf("PHY Link DOWN\n");}
   }// 在初始化中注冊定時器，就是需要你定期查詢，可以通過自己的方式實現，不一定要和這里一樣
   void ethernet_link_thread(void *arg) {for(;;) {ethernetif_update_config(&gnetif);osDelay(500);}
   }
   

7. 在lwIP啟動流程后，也就是進入開啟任務調度前，強制軟復位PHY芯片，參考代碼如下，

   
   HAL_ETH_Start(&heth);
   osDelay(100);// 軟復位PHY
   HAL_ETH_WritePHYRegister(&heth, PHY_BCR, PHY_RESET);
   osDelay(100);// 重新配置PHY
   uint32_t phyreg;
   HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, PHY_BCR, &phyreg);
   phyreg |= PHY_AUTONEGOTIATION;
   HAL_ETH_WritePHYRegister(&heth, PHY_BCR, phyreg);
   printf("PHY reinitialized!\n");
   

8. 如果電腦端ping的時候黃燈會對應閃，那么說明物理層正常，那么在low_level_input()函數中添加調試代碼，也是隨便輸出點什么，看看有沒有進這個函數，然后看調用路徑一點點加調試代碼

9. 看以太網中斷void ETH_IRQHandler(void)有沒有進去，加調試信息或者keil直接調試也行

嘗試上面的方法應該從硬件到軟件都涉及到了，希望對你有幫助，當然還可以使用物理方法，示波器去抓網口的波形，不過這個不一定都有，這里就說軟件上我試了哪些。

題外

這個還有一個坑我沒有解決，在一開始沒有配置對PHY芯片地址的時候，竟然有一段時間成功連上了TCP，并且能夠正確收發數據，這也導致我以為硬件配置沒有問題，后續排查了很久，發現還是硬件配置的問題，但是還是不知道為什么會出現這個情況，也沒有復現出來過，很不理解.

猜測可能是和上電時序或者電平干擾有關,希望下次能夠復現以下.