325 lines
10 KiB
C
325 lines
10 KiB
C
/*
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* 模块名称：Network Select Implementation
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* 模块功能：I/O 多路复用实现，包括 select 和 poll 两种模式，用于同时监控多个 Socket 的读写事件
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* 适用平台：STM32F407ZGTx + CH395F 以太网芯片
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||
* 作者：王建锋
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* 创建日期：2026-07-18
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* 修改记录：
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* 2026-07-18 王建锋 创建初始版本
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||
*/
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#include <string.h>
|
||
#include <stdio.h>
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||
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||
#include "cmsis_os.h" /* CMSIS-RTOS2 API: osDelay() */
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||
#include "FreeRTOS.h"
|
||
#include "task.h"
|
||
|
||
#include "net_select.h"
|
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#include "net_socket.h"
|
||
#include "ch395f.h"
|
||
#include "main.h"
|
||
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||
/*
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||
* 私有函数声明区
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||
*/
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static int check_socket_readable(int sockfd);
|
||
static int check_socket_writable(int sockfd);
|
||
static int check_socket_error(int sockfd);
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||
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||
/*
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* 公共函数实现区
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||
*/
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||
|
||
/*
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||
* 函数功能：I/O 多路复用（select 模式），等待多个 Socket 的读写事件就绪
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||
* 入口参数：nfds - 最大文件描述符数 +1 int > 0
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||
* readfds - 读事件集合指针 net_fd_set *（可为 NULL）
|
||
* writefds - 写事件集合指针 net_fd_set *（可为 NULL）
|
||
* exceptfds- 异常事件集合指针 net_fd_set *（可为 NULL）
|
||
* timeout - 超时时间结构体指针 net_timeval *（NULL=无限等待）
|
||
* 出口参数：readfds/writefds/exceptfds - 仅保留就绪的 Socket 位 net_fd_set *
|
||
* 返回值：就绪的 Socket 数量（>= 0）；-1 表示参数无效 int
|
||
* 限定条件：net_init() + MX_FREERTOS_Init() 已执行；必须在 netTask 上下文中调用
|
||
* 函数说明：1. 轮询所有 Socket，检查读/写/异常事件是否就绪
|
||
* 2. 阻塞等待直到有事件就绪或超时
|
||
* 3. 通过 osDelay(1) 让出 CPU，平衡实时性与 CPU 利用率
|
||
*/
|
||
int net_select(int nfds, net_fd_set *readfds, net_fd_set *writefds,
|
||
net_fd_set *exceptfds, net_timeval *timeout) {
|
||
uint32_t start_tick;
|
||
uint32_t timeout_ms = 0;
|
||
net_fd_set result_read = {0};
|
||
net_fd_set result_write = {0};
|
||
net_fd_set result_except = {0};
|
||
int ready_count = 0;
|
||
int i;
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||
|
||
/* 检查输入参数合法性 */
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||
if ((0 >= nfds) || (NET_MAX_SOCKETS < nfds)) {
|
||
return -1;
|
||
}
|
||
|
||
/* 计算超时时间（毫秒） */
|
||
if (NULL != timeout) {
|
||
timeout_ms = (uint32_t)(timeout->tv_sec * 1000) +
|
||
(uint32_t)(timeout->tv_usec / 1000);
|
||
}
|
||
|
||
start_tick = HAL_GetTick();
|
||
|
||
while (1) {
|
||
/* 轮询所有 Socket */
|
||
net_poll();
|
||
|
||
ready_count = 0;
|
||
|
||
/* 检查哪个 Socket 有事件 */
|
||
for (i = 0; i < nfds && i < NET_MAX_SOCKETS; i++) {
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||
net_sock_t *p_sock = net_get_sock(i);
|
||
|
||
if (NULL == p_sock) {
|
||
continue;
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查可读事件 */
|
||
if ((NULL != readfds) && NET_FD_ISSET(i, readfds)) {
|
||
if (check_socket_readable(i)) {
|
||
NET_FD_SET(i, &result_read);
|
||
ready_count++;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查可写事件 */
|
||
if ((NULL != writefds) && NET_FD_ISSET(i, writefds)) {
|
||
if (check_socket_writable(i)) {
|
||
NET_FD_SET(i, &result_write);
|
||
ready_count++;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查异常事件 */
|
||
if ((NULL != exceptfds) && NET_FD_ISSET(i, exceptfds)) {
|
||
if (check_socket_error(i)) {
|
||
NET_FD_SET(i, &result_except);
|
||
ready_count++;
|
||
}
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 有事件就绪，返回 */
|
||
if (0 < ready_count) {
|
||
break;
|
||
}
|
||
|
||
/* 超时检测 */
|
||
if (NULL != timeout) {
|
||
if ((0 < timeout_ms) &&
|
||
((HAL_GetTick() - start_tick) >= timeout_ms)) {
|
||
break; /* 超时返回 0 */
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 让出 CPU：FreeRTOS osDelay() 会正确进入休眠，允许其他任务运行 */
|
||
osDelay(1); /* 1ms 周期轮询，平衡实时性和 CPU 利用率 */
|
||
}
|
||
|
||
/* 复制结果集合 */
|
||
if (NULL != readfds) {
|
||
readfds->fd_bits = result_read.fd_bits;
|
||
}
|
||
if (NULL != writefds) {
|
||
writefds->fd_bits = result_write.fd_bits;
|
||
}
|
||
if (NULL != exceptfds) {
|
||
exceptfds->fd_bits = result_except.fd_bits;
|
||
}
|
||
|
||
return ready_count;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：I/O 多路复用（poll 模式），等待多个 Socket 的读写事件就绪
|
||
* 入口参数：fds - pollfd 数组指针 net_pollfd *
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||
* nfds - 数组元素数量 int > 0
|
||
* timeout - 超时时间（毫秒） int >= 0（-1=无限等待，但本实现按 >=0 处理）
|
||
* 出口参数：fds[i].revents - 填充实际发生的事件掩码 short
|
||
* 返回值：就绪的 fd 数量（>= 0）；-1 表示参数无效 int
|
||
* 限定条件：net_init() + MX_FREERTOS_Init() 已执行；必须在 netTask 上下文中调用
|
||
* 函数说明：1. 轮询所有 Socket，检查读/写/错误/挂起事件是否就绪
|
||
* 2. 阻塞等待直到有事件就绪或超时
|
||
* 3. 通过 osDelay(1) 让出 CPU，平衡实时性与 CPU 利用率
|
||
*/
|
||
int net_poll_events(net_pollfd *fds, int nfds, int timeout) {
|
||
uint32_t start_tick;
|
||
int ready = 0;
|
||
int i;
|
||
|
||
if ((NULL == fds) || (0 >= nfds)) {
|
||
return -1;
|
||
}
|
||
|
||
start_tick = HAL_GetTick();
|
||
|
||
while (1) {
|
||
/* 轮询 */
|
||
net_poll();
|
||
|
||
ready = 0;
|
||
|
||
for (i = 0; i < nfds; i++) {
|
||
fds[i].revents = 0;
|
||
|
||
/* 检查 fd 有效性 */
|
||
if ((0 > fds[i].fd) || (NET_MAX_SOCKETS <= fds[i].fd)) {
|
||
fds[i].revents |= NET_POLLNVAL;
|
||
ready++;
|
||
continue;
|
||
}
|
||
|
||
net_sock_t *p_sock = net_get_sock(fds[i].fd);
|
||
|
||
if (NULL == p_sock) {
|
||
fds[i].revents |= NET_POLLNVAL;
|
||
ready++;
|
||
continue;
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查可读 */
|
||
if (fds[i].events & NET_POLLIN) {
|
||
if (check_socket_readable(fds[i].fd)) {
|
||
fds[i].revents |= NET_POLLIN;
|
||
ready++;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查可写 */
|
||
if (fds[i].events & NET_POLLOUT) {
|
||
if (check_socket_writable(fds[i].fd)) {
|
||
fds[i].revents |= NET_POLLOUT;
|
||
ready++;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查错误 */
|
||
if (check_socket_error(fds[i].fd)) {
|
||
fds[i].revents |= NET_POLLERR;
|
||
ready++;
|
||
}
|
||
|
||
/* 检查挂起（连接断开） */
|
||
if ((NET_SOCK_STATE_TCP_ACCEPT == p_sock->state) ||
|
||
(NET_SOCK_STATE_CLOSED == p_sock->state)) {
|
||
fds[i].revents |= NET_POLLHUP;
|
||
ready++;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
if (0 < ready) {
|
||
break;
|
||
}
|
||
|
||
/* 超时检测 */
|
||
if (0 <= timeout) {
|
||
if ((HAL_GetTick() - start_tick) >= (uint32_t)timeout) {
|
||
break;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
/* 让出 CPU：FreeRTOS osDelay() 会正确进入休眠，允许其他任务运行 */
|
||
osDelay(1); /* 1ms 周期轮询，平衡实时性和 CPU 利用率 */
|
||
}
|
||
|
||
return ready;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 私有函数实现区
|
||
*/
|
||
|
||
/*
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||
* 函数功能：检查指定 Socket 当前是否可读
|
||
* 入口参数：sockfd - 待检查的 Socket 描述符 int 0 - NET_MAX_SOCKETS-1
|
||
* 出口参数：无
|
||
* 返回值：1 - 可读（监听态有新连接，或已连接态接收缓冲非空）；0 - 不可读或描述符无效 int
|
||
* 限定条件：net_init() 已调用
|
||
* 函数说明：1. 监听态 Socket 视为可读（存在可 accept 的新连接）
|
||
* 2. 已建立连接且接收缓冲区长度大于 0 时视为可读
|
||
*/
|
||
static int check_socket_readable(int sockfd) {
|
||
net_sock_t *p_sock;
|
||
uint16_t recv_len;
|
||
|
||
p_sock = net_get_sock(sockfd);
|
||
if (NULL == p_sock) {
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 监听 Socket 有新连接时可读 */
|
||
if (NET_SOCK_STATE_LISTENING == p_sock->state) {
|
||
return 1;
|
||
}
|
||
|
||
/* 已建立连接的 Socket 有数据可读 */
|
||
if (NET_SOCK_STATE_ESTABLISHED == p_sock->state) {
|
||
recv_len = ch395f_get_recv_len(sockfd);
|
||
if (0 < recv_len) {
|
||
return 1;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：检查指定 Socket 当前是否可写
|
||
* 入口参数：sockfd - 待检查的 Socket 描述符 int 0 - NET_MAX_SOCKETS-1
|
||
* 出口参数：无
|
||
* 返回值：1 - 可写（已连接且发送缓冲空闲）；0 - 不可写或描述符无效 int
|
||
* 限定条件：net_init() 已调用
|
||
* 函数说明：1. 仅已建立连接且 send_ready 标志置位的 Socket 视为可写
|
||
*/
|
||
static int check_socket_writable(int sockfd) {
|
||
net_sock_t *p_sock;
|
||
|
||
p_sock = net_get_sock(sockfd);
|
||
if (NULL == p_sock) {
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
|
||
/* 已建立连接的 Socket 发送缓冲区空闲时可写 */
|
||
if (NET_SOCK_STATE_ESTABLISHED == p_sock->state) {
|
||
if (p_sock->send_ready) {
|
||
return 1;
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|
||
|
||
/*
|
||
* 函数功能：检查指定 Socket 是否存在错误状态
|
||
* 入口参数：sockfd - 待检查的 Socket 描述符 int 0 - NET_MAX_SOCKETS-1
|
||
* 出口参数：无
|
||
* 返回值：1 - 有错误（含描述符越界或 Socket 未分配）；0 - 无错误 int
|
||
* 限定条件：无
|
||
* 函数说明：1. 描述符越界视为错误
|
||
* 2. 未分配（net_get_sock 返回 NULL）的 Socket 视为错误
|
||
*/
|
||
static int check_socket_error(int sockfd) {
|
||
net_sock_t *p_sock;
|
||
|
||
/* 无效 fd 视为错误 */
|
||
if ((0 > sockfd) || (NET_MAX_SOCKETS <= sockfd)) {
|
||
return 1;
|
||
}
|
||
|
||
p_sock = net_get_sock(sockfd);
|
||
if (NULL == p_sock) {
|
||
return 1; /* 未使用的 Socket 视为错误 */
|
||
}
|
||
|
||
return 0;
|
||
}
|