/* * 模块名称：Network Socket API * 模块功能：BSD Socket API 兼容接口，提供 TCP/UDP 网络通信功能， * 底层基于 CH395F 以太网协议栈芯片 * 适用平台：STM32F4 系列（CH395F 以太网芯片） * 作者：王建锋 * 创建日期：2026-07-18 * 修改记录： */ #ifndef NET_SOCKET_H #define NET_SOCKET_H #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include "net_types.h" /* * OS 相关接口（FreeRTOS 消息队列 / 任务句柄 / netTask 内部 API）仅在启用 * RTOS 的构建（MCU）编译；纯 PC 模拟器定义 NET_NO_OS 后只保留 BSD Socket 核心 API。 */ #ifndef NET_NO_OS #include "FreeRTOS.h" #include "task.h" #endif /* NET_NO_OS */ #ifndef NET_NO_OS /* * 消息队列类型定义 */ typedef enum { NET_MSG_SEND, NET_MSG_RECV, NET_MSG_CLOSE, NET_MSG_CONNECT, NET_MSG_LISTEN, NET_MSG_ACCEPT, NET_MSG_RESYNC_LISTEN, /* 仅修 MCU 侧状态（ESTABLISHED→LISTENING），不发芯片命令 */ NET_MSG_RELISTEN, /* 无条件芯片侧重监听（open+listen，含 Trap 09 重试） */ } net_msg_type_t; typedef struct { net_msg_type_t type; /* 操作类型 */ int sockfd; /* Socket 描述符 */ void *buf; /* 数据缓冲区（send/recv） */ int len; /* 数据长度/缓冲区大小 */ int flags; /* 接收标志 */ uint32_t timeout_ms; /* 接收超时（入队方向；0 = 用默认 NET_RECV_TIMEOUT_MS） */ TaskHandle_t caller; /* 调用方任务句柄 */ int result; /* 操作结果 */ /* 连接参数 */ struct net_sockaddr_in addr; /* 连接地址 */ int addrlen; /* 地址长度 */ } net_msg_t; #endif /* NET_NO_OS */ /* * 网络初始化接口 */ /* * 函数功能：网络子系统初始化（配置 CH395F + 启用多连接模式） * 入口参数：ip - 本地 IP 地址字符串 "192.168.1.100"，NULL 使用 DHCP * mask - 子网掩码字符串 "255.255.255.0"，NULL 使用默认 * gateway - 网关地址字符串 "192.168.1.1"，NULL 使用默认 * mac - MAC 地址（6 字节，低字节在前），NULL 或全零使用芯片内置 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：SPI2 已正确初始化 * 函数说明：必须在所有网络操作之前调用；mac 非空且非全零时在协议栈初始化 * （CMD_INIT_CH395）之前下发（手册 §9.2.1 步骤①：SET_MAC 写芯片 EEPROM， * INIT_CH395 加载 MAC——顺序反了则本次上电不生效，回落芯片内置/上次值） */ int net_init(const char *ip, const char *mask, const char *gateway, const uint8_t *mac); /* * 函数功能：取网络代次号 * 入口参数：无 * 返回值：代次号（每次网络重建完成递增） uint32_t * 限定条件：无 * 函数说明：TCP 服务（FTP / 对时 / 远程显示）据此感知"网络已重建"——代次变化 * 表示旧 Socket 已随芯片复位失效，服务应放弃旧监听并重建。 * 递增点在 net_stack_bring_up() 末尾（PHY/链路就绪后），避免服务在网络 * 尚未可用时抢先重建、也避免 uiTask 阻塞在消息队列上。 */ uint32_t net_get_generation(void); /* * 函数功能：递增网络代次号（网络重建完成、对外可用时调用） * 入口参数：无 * 返回值：无 * 限定条件：net_init() 成功且 PHY/链路就绪后调用（当前仅 net_stack_bring_up） * 函数说明：见 net_get_generation() */ void net_generation_inc(void); /* * 函数功能：轮询所有 Socket 状态（必须在主循环中调用） * 返回值：有事件发生的 socket 数量 * 限定条件：net_init() 已调用 * 函数说明：此函数处理所有 Socket 的中断事件，更新状态， * 并触发事件回调。在非阻塞模式下必须定期调用。 */ int net_poll(void); /* * 核心 Socket API */ /* * 函数功能：创建 socket * 入口参数：domain - 地址族，仅支持 AF_INET * type - SOCK_STREAM(TCP) 或 SOCK_DGRAM(UDP) * 返回值：socket 描述符 (0~7)，失败返回 -1 * 限定条件：net_init() 已调用 * 函数说明：自动分配空闲 Socket 控制块 */ int net_socket(int domain, int type); /* * 函数功能：绑定本地地址和端口 * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * addr - 本地地址结构体指针 * addrlen - 地址结构体长度 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：socket 已创建且未绑定 * 函数说明：设置 CH395F 源端口 */ int net_bind(int sockfd, const struct net_sockaddr *addr, int addrlen); /* * 函数功能：TCP Server 监听 * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：socket 已绑定 * 函数说明：内部调用 ch395f_tcp_listen，监听 Socket 自身即为数据通道 */ int net_listen(int sockfd); /* * 函数功能：TCP Server 接受连接 * 入口参数：sockfd - 监听 socket 描述符 * addr - 输出：客户端地址 * addrlen - 输入输出：地址长度 * 返回值：新 socket 描述符，失败返回 -1 * 限定条件：socket 正在监听 * 函数说明：在非阻塞模式下，如果没有新连接，返回 -1 并设置 * net_errno 为 NET_ERR_WOULDBLOCK */ int net_accept(int sockfd, struct net_sockaddr *addr, int *addrlen); /* * 函数功能：查询监听 Socket 当前是否有可接受的连接（**纯 RAM 读，不发起 RPC**） * 入口参数：sockfd - 监听 Socket 描述符 int * 出口参数：无 * 返回值：1 - 有连接可接受；0 - 无（含描述符无效） int * 限定条件：net_init() 已调用；任意任务上下文（含 uiTask 等实时性敏感任务） * 函数说明：1. 只读 Socket 控制块状态，**不经消息队列、不等 netTask 回执** → * 调用方不会被 netTask 的忙碌程度拖住（对比 net_accept： * osMessageQueuePut(osWaitForever) + xTaskNotifyWait(portMAX_DELAY)， * 两者均**无上界**） * 2. 判据与 net_accept_locked() 完全一致：单连接模型下监听 Socket 自身 * 在 CONNECT 事件后转 ESTABLISHED，即"有连接可接受" * 3. 用途 = **门控**：无连接时直接跳过 net_accept()，把"每轮一次无谓 * RPC"降为 0（UI 推流 10 ms 轮询 = 100 msg/s 队列压力的根因） * 4. 跨任务读单字：netTask 是唯一写者，最坏两种结果都无害—— * 晚一轮发现（netTask 每 1 ms 就 net_poll 一次），或扑空 * （net_accept 返回 -1 + NET_ERR_WOULDBLOCK） * 5. 丢 CONNECT 中断由 net_reconcile_tick()（200 ms 对账 + 去抖）自愈， * 本函数**不承担**自愈责任 */ int net_can_accept(int sockfd); /* * 函数功能：查询监听 Socket 是否处于"应该尝试 accept"的就绪态（**纯 RAM 读，不发起 RPC**） * 入口参数：sockfd - 监听 Socket 描述符 int * 出口参数：无 * 返回值：1 - 就绪（LISTENING，或 CLOSED + auto_relisten = 断连待重建态）；0 - 不就绪 int * 限定条件：net_init() 已调用；任意任务上下文 * 函数说明：1. N-32（P1 不变量 II）：取代 `net_can_accept()`（只认 ESTABLISHED）作为 * ui_net_sink 的 accept 门控——原门控使 :7003 永不进 `net_accept()`， * `net_lost_connect_probe`（丢 CONNECT 中断补 accept，N-30 实证的 * "数据被吞/425"主根因修复）对该端口等于从未运行 * 2. 放行 LISTENING：探针与 "closed-but-readable 接受" 都发生在 * `net_accept_locked` **内部**，门控挡在外面就永远到不了 * 3. 放行 CLOSED+auto_relisten **且 readable≠0**（有残留数据）： * 保住 N-30 的 "closed-but-readable" 接受；**无残留时必须返回 0**， * 否则调用方会在整个 CLOSED 窗口内每轮发起 `net_accept`（RPC 无上界） * → 队列积压 → 喂不上狗（2026-10-12 P2a 台架实测 48 条 task stall）。 * 重建由 `net_listener_pump` 负责，调用方无需催促 * 4. 与 `net_can_accept` 的语义差异**有意为之**：本函数回答"这个监听器 * 这一轮**值不值得**发起一次 accept"，而非"一定有连接" * 5. 跨任务读单字，同 `net_can_accept` 的最坏情形论证 */ int net_listener_armed(int sockfd); /* * 函数功能：查询 Socket 是否"值得发一次 recv"（**纯 RAM 读，不发起 RPC**） * 入口参数：sockfd - Socket 描述符 int * 出口参数：无 * 返回值：1 - 应发 recv（有数据可读，或连接已非 ESTABLISHED 需了结）；0 - 不必发 int * 限定条件：net_init() 已调用；任意任务上下文 * 函数说明：1. ESTABLISHED → 看 readable（net_poll 在 RECV_OK 置位、读空清零） * 2. **非 ESTABLISHED 一律返回 1**：连接已消失时必须让上层真的 recv 一次 * 拿到 EOF/错误并自行复位；若把它门掉，"连接已不存在"会被永久藏住 * （推流侧 g_client 永不复位 → 再也不接受新客户端） * 3. 描述符失效（net_get_sock 返回 NULL）同样返回 1 → 让 recv 报 BADF， * 走调用方既有的错误分支重建，而不是静默卡死 * 4. ⚠ **不可作为唯一判据**：readable 只由 RECV_OK 中断置位，而 * net_reconcile_tick 的三类对账**不含**"芯片 RX 非空但 readable=0" * → 中断丢失时本函数会恒返 0。调用方须保留**低频兜底 recv** * （ui_net_sink 每 32 轮无条件收一次，最坏延迟 ≈320 ms） */ int net_can_read(int sockfd); /* * 函数功能：TCP Client 发起连接 * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * addr - 服务器地址 * addrlen - 地址长度 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：socket 已创建 * 函数说明：连接过程是异步的，需要调用 net_poll() 等待连接完成， * 或使用 select() 等待可写事件 */ int net_connect(int sockfd, const struct net_sockaddr *addr, int addrlen); /* * 函数功能：发送数据（TCP） * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * buf - 数据缓冲区 * len - 数据长度 * flags - 通常为 0 * 返回值：实际发送字节数，失败返回 -1 * 限定条件：TCP 连接已建立，指针非空 * 函数说明：阻塞等待发送缓冲区空闲，拷贝数据后触发发送 */ int net_send(int sockfd, const void *buf, int len, int flags); /* * 函数功能：接收数据（TCP） * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * buf - 接收缓冲区 * len - 缓冲区大小 * flags - 通常为 0，可设置 NET_MSG_DONTWAIT 非阻塞 * 返回值：实际接收字节数，0=对端关闭，-1=错误 * 限定条件：TCP 连接已建立 * 函数说明：在阻塞模式下，如果没有数据，函数会等待； * 在非阻塞模式下，如果没有数据，返回 -1 并设置 * net_errno 为 NET_ERR_WOULDBLOCK */ int net_recv(int sockfd, void *buf, int len, int flags); /* * 函数功能：接收数据（**带调用方指定超时**的阻塞版，用于分片有界读） * 入口参数：sockfd - Socket 描述符 * buf/len - 接收缓冲与容量 * timeout_ms - 单次调用在 netTask 内的最长等待（毫秒，>0） * 返回值：>0 实际字节数；0 = 对端关闭(EOF)；-1 = 真错误（errno 可查）；**-2 = 超时无数据** * 限定条件：非 netTask 上下文；Socket 已连接 * 函数说明：为"不能长时间占用 netTask"的调用方（如 lftpd 控制行/数据读）提供 * **分片**阻塞：每次调用最多占用 netTask timeout_ms，返回 -2 表示这段 * 时间内无数据，调用方自行累计总预算并决定是否继续（E-02 头阻塞修复）。 * 超时用独立返回码而非 errno → 无跨任务 errno 竞态。 */ int net_recv_to(int sockfd, void *buf, int len, uint32_t timeout_ms); /* * 函数功能：发送 UDP 数据 * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * buf - 数据缓冲区 * len - 数据长度 * flags - 通常为 0 * dest_addr - 目标地址 * addrlen - 地址长度 * 返回值：实际发送字节数，失败返回 -1 * 限定条件：socket 已创建，指针非空 * 函数说明：设置目标地址后调用 CH395F 发送 */ int net_sendto(int sockfd, const void *buf, int len, int flags, const struct net_sockaddr *dest_addr, int addrlen); /* * 函数功能：接收 UDP 数据 * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * buf - 接收缓冲区 * len - 缓冲区大小 * flags - 通常为 0 * src_addr - 输出：发送方地址 * addrlen - 输入输出：地址长度 * 返回值：实际接收字节数，失败返回 -1 * 限定条件：socket 已创建，指针非空 * 函数说明：读取 CH395F 接收缓冲区，获取对端地址 */ int net_recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, int flags, struct net_sockaddr *src_addr, int *addrlen); /* * 函数功能：关闭 socket * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：socket 已打开 * 函数说明：释放 Socket 控制块，TCP 先断开连接 */ int net_close(int sockfd); /* * 事件回调 API */ /* * 函数功能：注册事件回调 * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * cb - 回调函数 * arg - 用户参数 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：socket 已创建 * 函数说明：回调在 net_poll 上下文中触发 */ int net_set_event_cb(int sockfd, net_event_cb_t cb, void *arg); /* * 辅助函数 */ /* * 函数功能：获取 **本任务** 最后一次 net_*() 调用失败时的精确错误码 * 入口参数：无 * 出口参数：无 * 返回值：错误码（NET_ERR_xxx）；本任务尚无失败记录时为 NET_OK(0) * 限定条件：无（任何上下文可调用，含中断——查询为纯本任务索引读） * 函数说明：1. **按任务隔离**（2026-09-25 E-03 修复）：错误码存在每个任务自己的 * 槽位里，任务间互不干扰，不存在跨任务覆写竞态——旧实现的单一全局 * 变量会被 netTask/其他任务的 net 调用交错覆盖，调用方可能读到别人的码 * 2. 语义：本任务最后一次返回 -1 的 net_*() 调用所对应的精确码； * 调用成功时**不清零**（与本 API 历史行为一致，保持向后兼容） * 3. 任务句柄槽位用尽时回退到共享槽位（仅影响排障，不影响功能） * 4. 超时类场景（net_recv_to）请直接用返回码 -2 判定，不要依赖本接口 */ int net_get_errno(void); /* * 函数功能：查询 socket 当前状态（只读快照，可能滞后于 netTask） * 返回值：状态值（net_sock_state_t）；描述符无效/未占用 → -1 */ int net_sock_state(int sockfd); /* * 函数功能：断连重同步——仅把 MCU 侧状态对齐到 LISTENING，不发任何芯片命令 * 适用场景：芯片"静默回收"（peer 发 FIN 后芯片自行把 Socket 回收回监听 * 且不发 DISCONNECT 中断，2026-09-22 台架实证）→ MCU 状态滞留 * ESTABLISHED。调用方须确信连接已死/芯片已回收（如会话超时中止后）； * 连接仍存活时严禁调用（会把活连接标记成监听态）。 * 返回值：0 - 已同步（或原本即 LISTENING）；-1 - 失败（描述符/队列无效） */ int net_resync_listen(int sockfd); /* * 函数功能：无条件重新监听（芯片侧 open+listen，含 Trap 09 失败重试） * 适用场景：断连后需确保监听器确定在位的自愈（监听短暂中断 ~1s，调用方 * 的重连逻辑须容忍） * 返回值：0 - 成功；-1 - 失败 */ int net_relisten(int sockfd); /* * 函数功能：将 IP 地址字符串转为网络字节序 * 入口参数：cp - 点分十进制字符串 "192.168.1.100" * 返回值：网络字节序 IP，失败返回 0 * 限定条件：cp 指针非空 * 函数说明：不支持域名解析 */ uint32_t net_inet_addr(const char *cp); /* * 函数功能：将网络字节序 IP 转为字符串 * 入口参数：addr - 网络字节序 IP * buf - 输出缓冲区（至少 16 字节） * 返回值：buf 指针 * 限定条件：buf 指针非空 */ char *net_inet_ntoa(uint32_t addr, char *buf); /* * 函数功能：端口字节序转换（主机序 -> 网络序） * 入口参数：hostshort - 主机序端口 * 返回值：网络序端口 * 限定条件：无 * 函数说明：小端 → 大端 */ uint16_t net_htons(uint16_t hostshort); /* * 函数功能：端口字节序转换（网络序 -> 主机序） * 入口参数：netshort - 网络序端口 * 返回值：主机序端口 * 限定条件：无 * 函数说明：大端 → 小端 */ uint16_t net_ntohs(uint16_t netshort); /* * 函数功能：IP 地址字节序转换（主机序 -> 网络序） * 入口参数：hostlong - 主机序 IP * 返回值：网络序 IP * 限定条件：无 * 函数说明：小端 → 大端 */ uint32_t net_htonl(uint32_t hostlong); /* * 函数功能：IP 地址字节序转换（网络序 -> 主机序） * 入口参数：netlong - 网络序 IP * 返回值：主机序 IP * 限定条件：无 * 函数说明：大端 → 小端 */ uint32_t net_ntohl(uint32_t netlong); #ifndef NET_NO_OS /* * 函数功能：处理消息队列中的请求（必须在 netTask 主循环中调用） * 限定条件：net_init() 已调用 * 函数说明：处理其他任务通过 net_send/net_recv 等接口发送的请求， * 在 netTask 上下文中串行化执行所有 CH395F 操作 */ void net_process_messages(void); #endif /* NET_NO_OS */ /* * 函数功能：获取 Socket 控制块指针（内部使用） * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * 返回值：Socket 控制块指针，失败返回 NULL */ net_sock_t *net_get_sock(int sockfd); /* * 函数功能：记录**本任务**最后一次失败的精确错误码（net 层内部通用工具） * 入口参数：err - 错误码（NET_ERR_xxx，负值） * 出口参数：无 * 返回值：err 原值（便于写成 `return net_set_errno(NET_ERR_XXX);`） * 限定条件：无 * 函数说明：1. 只写本任务的槽位，其他任务读不到、也改不了 → 消除跨任务覆写竞态 * 2. N-32 §10 模块化：由 net_socket.c 的 static 提升为**模块间可见**， * 供 net_listener.c 等同目录内部模块复用（定义仍在 net_socket.c） */ int net_set_errno(int err); /* 「记本任务错误码 + 统一失败返回 -1」的紧凑写法（取代 `s_net_errno = X; return -1;`） * N-32 §10：原定义在 net_socket.c，随 net_set_errno 一并提升到本头文件 */ #define NET_ERR_RETURN_1(err) (net_set_errno(err), -1) /* * 函数功能：查询本 fd 是否有在途挂起 recv（L3 pending）—— 供 net_listener.c 消费 * 入口参数：sockfd - Socket 描述符 (0~7) int * 出口参数：无 * 返回值：1 - 有挂起；0 - 无（含描述符越界） int * 限定条件：任意上下文（纯 RAM 读，不发起 RPC） * 函数说明：1. N-32 §10 模块化：net_listener_retry_tick 用它跳过"重开 Socket * 会摧毁在途连接"的 fd（L3 保险，原为直接读 s_net_pending[i].active） * 2. 定义在 net_socket.c（配对头即本文件） */ int net_pending_active(int sockfd); /* * 函数功能：获取 Socket 本地地址（IP + Port） * 入口参数：sockfd - socket 描述符 * addr - 输出：本地地址 * addrlen - 输入输出：地址结构体长度 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：socket 已创建或已绑定 */ int net_getsockname(int sockfd, struct net_sockaddr *addr, int *addrlen); #ifndef NET_NO_OS /* * 内部 API（需在 netTask 上下文中调用，绕过消息队列） */ /* * 函数功能：发送数据（内部版本，直接操作，不经过消息队列） * 入口参数：p_sock - Socket 控制块指针 * buf - 数据缓冲区 * len - 数据长度 * 返回值：实际发送字节数，失败返回 -1 * 限定条件：必须在 netTask 上下文中调用 */ int net_send_sock(net_sock_t *p_sock, const void *buf, int len); /* * 函数功能：接收数据（内部版本，直接操作，不经过消息队列） * 入口参数：p_sock - Socket 控制块指针 * buf - 接收缓冲区 * len - 缓冲区大小 * flags - 通常为 0，可设置 NET_MSG_DONTWAIT * 返回值：实际接收字节数，0=对端关闭，-1=错误 * 限定条件：必须在 netTask 上下文中调用 */ int net_recv_sock(net_sock_t *p_sock, void *buf, int len, int flags); /* * 函数功能：关闭 socket（内部版本，直接操作，不经过消息队列） * 入口参数：p_sock - Socket 控制块指针 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：必须在 netTask 上下文中调用 */ int net_close_sock(net_sock_t *p_sock); /* * 函数功能：启动 TCP Server 监听（内部版本，直接操作，不经过消息队列） * 入口参数：sockfd - Socket 描述符 * 返回值：0 成功，-1 失败 * 限定条件：必须在 netTask 上下文中调用 */ int net_listen_locked(int sockfd); #endif /* NET_NO_OS */ #ifdef __cplusplus } #endif #endif /* NET_SOCKET_H */