432 lines
16 KiB
C
432 lines
16 KiB
C
/*
|
||
* 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 非空且非全零时于协议栈
|
||
* 初始化成功后设置（ch395f_set_mac_addr 写芯片 EEPROM，
|
||
* 每上电重放同值幂等）
|
||
*/
|
||
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：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：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 */
|