如何构建LwIP raw api 中的http server

这篇文章将为大家详细讲解有关如何构建LwIP raw api 中的http server，文章内容质量较高，因此小编分享给大家做个参考，希望大家阅读完这篇文章后对相关知识有一定的了解。

下面为构建LwIP RAW API下HTTP SERVER DEMO的学习记录，内容仅为个人设计与理解，所贴代码均为简化版，不保证适用性与准确性。

本人使用的LwIP版本为2.1.2。LwIP应用层直接接口为ALTCP，是TCP之上包了一个抽象层，也可以通过宏开关LWIP_ALTCP使接口直接对应TCP函数。

一、服务初始化

void http_init(void)
{
  struct altcp_pcb *pcb;
  //分配协议控制块
  pcb = altcp_tcp_new_ip_type(IPADDR_TYPE_ANY);
  //挂载接口
  altcp_bind(pcb, IP_ANY_TYPE, 80);
  //开启监听
  pcb = altcp_listen(pcb);
  //注册接收回调
  altcp_accept(pcb, http_accept);
}

初始化的内容就是分配协议控制块，绑定到http端口号80上，然后等待客户端连接。

• altcp_tcp_new_ip_type函数内调用TCP接口tcp_new_ip_type创建了控制块pcb，然后定义altcp_pcb控制块ret，将pcb裁剪后将几个LwIP关心的部分对接到ret，上层应用只需关心阉割后的ret而无需再看完整的TCP控制块结构体，应用层的callback也只需跟altcp_pcb对接即可。若空间不足，TCP会释放某些非活跃控制块，而altcp只是根据MEMP剩余空间大小不足回复失败

    pcb->callback_arg = altcp_pcb;

    pcb->recv = altcp_tcp_recv;

    pcb->sent = altcp_tcp_sent;

    pcb->errf = altcp_tcp_err;

struct altcp_pcb *
altcp_tcp_new_ip_type(u8_t ip_type)
{
  /* Allocate the tcp pcb first to invoke the priority handling code
     if we're out of pcbs */
  struct tcp_pcb *tpcb = tcp_new_ip_type(ip_type);
  if (tpcb != NULL) {
    struct altcp_pcb *ret = altcp_alloc();
    if (ret != NULL) {
      altcp_tcp_setup(ret, tpcb);
      return ret;
    } else {
      /* altcp_pcb allocation failed -> free the tcp_pcb too */
      tcp_close(tpcb);
    }
  }
  return NULL;
}

其上还有一个altcp_new_ip_type的分配方式，可以用户自定义alloc函数和参数保存在其调用的altcp_allocator_t结构体变量中。

• altcp_bind直接操作altcp_tcp_bind，实际使用tcp_bind，将altcp_pcb对应的pcb和http端口号80绑定。TCP遍历已存在的控制块链表，如没有相同的IP和端口号则插入链表。

• altcp_listen(conn)启动服务器监听状态，其实际功能函数altcp_tcp_listen调用的也是tcp_listen_with_backlog_and_err。由于TCP监听时会用节省资源的tcp_pcb_listen结构体变量替换tcp_pcb，所以需要更新state元素。再将altcp_tcp_accept与tcp_accept对接，作为客户端连接的回调，其作用是当TCP_EVENT_ACCEPT发生时，开辟一个新的altcp_pcb去对接客户端连接的new_tpcb，并执行arg中预设的accept函数（pcb->callback_arg->accept，即altcp_pcb->accept）

static struct altcp_pcb *
altcp_tcp_listen(struct altcp_pcb *conn, u8_t backlog, err_t *err)
{
  struct tcp_pcb *pcb;
  struct tcp_pcb *lpcb;
  if (conn == NULL) {
    return NULL;
  }
  ALTCP_TCP_ASSERT_CONN(conn);
  pcb = (struct tcp_pcb *)conn->state;
  lpcb = tcp_listen_with_backlog_and_err(pcb, backlog, err);
  if (lpcb != NULL) {
    conn->state = lpcb;
    tcp_accept(lpcb, altcp_tcp_accept);
    return conn;
  }
  return NULL;
}

• altcp_accept是将上一步中accept阶段TCP传递到LwIP的回调注册到应用层的http_accept，在此函数内处理客户端的连接请求，完成完整的连接操作。在用户层的http_accept中开辟一个变量放置应用的状态以及下层回调的参数，并将其与对应的pcb联系起来，之后就是将已经与TCP连接好的LwIP各个altcp回调与应用层具体处理函数对应起来。

#define HTTP_PRIO TCP_PRIO_MIN

static err_t http_accept(void *arg, struct altcp_pcb *pcb, err_t err)
{
  struct http_st *st = http_state_alloc();
  st->pcb = pcb;
  altcp_arg(pcb, hs);

  altcp_setprio(pcb, HTTP_PRIO);
  altcp_recv(pcb, http_recv);
  altcp_poll(pcb, http_poll, HTTP_POLL_INT);
  altcp_sent(pcb, http_sent);
  altcp_err(pcb, http_err);

  return ERR_OK;
}

至此一个服务的初始化过程基本完成，接下来就是应用层的函数编写。

二、应用层函数功能

应用层在http_recv处理接收数据的回调，其中结构体pbuf是协议栈分解出的数据包。在raw api的数据处理中，需要用户手动执行altcp_recved通知协议栈数据正确接收，并且pbuf_free释放数据包缓存

static err_t http_recv(void *arg, struct altcp_pcb *pcb, struct pbuf *p, err_t err)
{
  struct http_st *st = (struct http_st *)arg;

  if((p == NULL) || (err != ERR_OK) || (st == NULL))
  {
    if(p != NULL)
    {
      altcp_recved(pcb, p->tot_len);
      pbuf_free(p);
    }
    http_close_conn(pcb, st);
    return ERR_OK;
  }

  altcp_recved(pcb, p->tot_len);

  if(st->handle == NULL)
  {
    err_t parsed = http_parse_request(p, st, pcb);
    pbuf_free(p);

    if(parsed == ERR_OK)
    {
      http_send(pcb, st);
    }
    else if(parsed == ERR_ARG)
    {
      http_close_conn(pcb, hs);
    }
  }
  else
  {
    pbuf_free(p);
  }
  return ERR_OK;
}

 http_parse_request函数主要功能为解析接收的HTTP协议指令，对正确的“GET”进行响应。http server预先储存了file_handle列表，当client发对应的uri时传输相应的文件

#define CRLF "\r\n"

static err_t http_parse_request(struct pbuf *p, struct http_st *st, struct altcp_pcb *pcb)
{
  char *data;
  u16_t data_len;

  if((st->handle != NULL) || (st->file != NULL))
  {
    //already started sending
    return ERR_USE;
  }

  //actual data in pbuf
  data = (char *)p->payload;
  //length of current buffer 
  data_len = p->len;

  /* find first \r\n */
  if(lwip_strnstr(data, CRLF, data_len) != NULL)
  {
    char *sp1, *sp2;
    int is_09 = 0;
    u16_t left_len, uri_len;

    if(strncmp(data, "GET ", 4))
    {
      //unsupported
      http_find_error_file(st, 501);
    }

    sp1 = data + 3;
    //check URI
    left_len = (u16_t)(data_len - ((sp1 + 1) - data));
    sp2 = lwip_strnstr(sp1 + 1, " ", left_len);
    if(sp2 == NULL)
    {
      sp2 = lwip_strnstr(sp1 + 1, CRLF, left_len);
      is_09 = 1;
    }
    uri_len = (u16_t)(sp2 - (sp1 + 1));

    if((sp2 != 0) && (sp2 > sp1))
    {
      //find the end of HTTP headers
      if(lwip_strnstr(data, CRLF CRLF, data_len) != NULL)
      {
        char *uri = sp1 + 1;
        *sp1 = 0;
        uri[uri_len] = 0;

        return http_find_file(st, uri, is_09);
      }
    }
  }
  return http_find_error_file(st, 400);
}

static err_t http_find_error_file(struct http_st *st, u16_t error_nr)
{
  const char *uri, *uri1, *uri2, *uri3;

  if (error_nr == 501) {
    uri1 = "/501.html";
    uri2 = "/501.htm";
    uri3 = "/501.shtml";
  } else {
    /* 400 (bad request is the default) */
    uri1 = "/400.html";
    uri2 = "/400.htm";
    uri3 = "/400.shtml";
  }
  if (fs_open(&st->file_handle, uri1) == ERR_OK) {
    uri = uri1;
  } else if (fs_open(&st->file_handle, uri2) == ERR_OK) {
    uri = uri2;
  } else if (fs_open(&st->file_handle, uri3) == ERR_OK) {
    uri = uri3;
  } else {
    return ERR_ARG;
  }
  return http_init_file(st, &st->file_handle, 0, uri, 0, NULL);
}

 根据解析的uri，在本地文件中寻找对应name的文件

#define LWIP_HTTP_MAX_REQUEST_URI_LEN      63
static char http_uri_buf[LWIP_HTTP_MAX_REQUEST_URI_LEN + 1];

static err_t http_find_file(struct http_st *st, const char *uri, int is_09)
{
  size_t loop;
  struct fs_file *file = NULL;
  char *params = NULL;
  err_t err;
  int i;
  u8_t tag_check = 0;

  //check uri
  size_t uri_len = strlen(uri);
  if((uri_len > 0) && (uri[uri_len - 1] == '/') &&
      ((uri != http_uri_buf) || (uri_len == 1)))
  {
    size_t copy_len = LWIP_MIN(sizeof(http_uri_buf) - 1, uri_len - 1);
    if(copy_len > 0)
    {
      MEMCPY(http_uri_buf, uri, copy_len);
      http_uri_buf[copy_len] = 0;
    }
    for(loop = 0; loop < NUM_DEFAULT_FILENAMES; loop++)
    {
      const char *file_name;
      if(copy_len > 0)
      {
        size_t len_left = sizeof(http_uri_buf) - copy_len - 1;
        if(len_left > 0)
        {
          size_t name_len = strlen(httpd_default_filenames[loop].name);
          size_t name_copy_len = LWIP_MIN(len_left, name_len);
          MEMCPY(&http_uri_buf[copy_len], httpd_default_filenames[loop].name, name_copy_len);
          http_uri_buf[copy_len + name_copy_len] = 0;
        }
        file_name = http_uri_buf;
      } 
      else
      {
        file_name = httpd_default_filenames[loop].name;
      }

      err = fs_open(&st->file_handle, file_name);

      if(err == ERR_OK)
      {
        uri = file_name;
        file = &st->file_handle;
        tag_check = httpd_default_filenames[loop].shtml;
      }
    }
  }

  if(file == NULL)
  {
    params = (char *)strchr(uri, '?');
    if(params != NULL)
    {
      *params = '\0';
      params++;
    }
    http_cgi_paramcount = -1;
    if(httpd_num_cgis && httpd_cgis)
    {
      for(i = 0; i < httpd_num_cgis; i++)
      {
        if(strcmp(uri, httpd_cgis[i].pcCGIName) == 0)
        {
          http_cgi_paramcount = extract_uri_parameters(hs, params);
          uri = httpd_cgis[i].pfnCGIHandler(i, http_cgi_paramcount, st->params,
                                         st->param_vals);
          break;
        }
      }
    }
    err = fs_open(&st->file_handle, uri);
    if(err == ERR_OK)
    {
      file = &st->file_handle;
    }
    else
    {
      file = http_get_404_file(st, &uri);
    }
    if(file != NULL)
    {
      if(file->flags & FS_FILE_FLAGS_SSI)
      {
        tag_check = 1;
      }
      else
      {
        tag_check = http_uri_is_ssi(file, uri);
      }
    }
  }

  if(file == NULL)
  {
    /* None of the default filenames exist so send back a 404 page */
    file = http_get_404_file(st, &uri);
  }

  return http_init_file(st, file, is_09, uri, tag_check, params);
}

 将找到的文件挂载到状态量st

static err_t http_init_file(struct http_st *st, struct fs_file *file, int is_09, const char *uri,
               u8_t tag_check, char *params)
{
  if(file != NULL)
  {
    if(tag_check)
    {
      struct http_ssi_state *ssi = http_ssi_state_alloc();
      if(ssi != NULL)
      {
        ssi->tag_index = 0;
        ssi->tag_state = TAG_NONE;
        ssi->parsed = file->data;
        ssi->parse_left = file->len;
        ssi->tag_end = file->data;
        st->ssi = ssi;
      }
    }
    st->handle = file;
    st->file = file->data;
    st->left = (u32_t)file->len;
    st->retries = 0;

    if(is_09 && ((st->handle->flags & FS_FILE_FLAGS_HEADER_INCLUDED) != 0))
    {
      /* HTTP/0.9 responses are sent without HTTP header,
         search for the end of the header. */
      char *file_start = lwip_strnstr(st->file, CRLF CRLF, st->left);
      if(file_start != NULL)
      {
        int diff = file_start + 4 - st->file;
        st->file += diff;
        st->left -= (u32_t)diff;
      }
    }
  }
  else
  {
    st->handle = NULL;
    st->file = NULL;
    st->left = 0;
    st->retries = 0;
  }

  if((st->handle == NULL) || ((st->handle->flags & FS_FILE_FLAGS_HEADER_INCLUDED) == 0))
  {
    get_http_headers(st, uri);
  }
  return ERR_OK;
}

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