工作笔记-----lwip网络任务初始化问题排查

工作笔记-----基于FreeRTOS的lwIP网络任务初始化问题排查

@@ Author：明月清了个风

@@ Date： 2025/8/10

@@ PS：新项目中在STMF7开发板上基于freeRTOS和lwIP开发网口相关任务，开发过程中遇到了网口无法连接的问题，进行了一系列的排查，找到了问题所在，基本将整个lwIP的启动流程详细的看了一遍，现将整个排查过程记录一下，以供参考.

内容结构如下：

  1. 问题现象及最终解决方法
  2. lwIP启动流程的简单介绍(细节的后面单独写一篇吧,涉及的内容太多了,这里只把主要的调用过程写一下)
  3. 排查问题过程中尝试的方法
    4.题外----一个仍然没有想通的问题

一.问题现象及最终解决方法

首先给出问题的现象以及最后找到的问题根源：

现象：初始化lwip后，创建了基于lwIP接口的网络任务，任务正常运行，但无法连通，阻塞在accept_err = netconn_accept(conn, &newconn);接收消息这一步。主机ping MCU，网口黄色指示灯对应闪烁，表明物理传输层已连通。

解决方法：phy地址设置错误，CubeMX生成的代码默认设置为1，需根据网口芯片的实际电路连接进行设置，我这里是LAN8742A，phy地址引脚接地，在low_level_init()函数中修改对应赋值语句或者修改宏定义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样，需要自己找到这个设置在哪里，下面有启动流程讲解，帮助你找到它。

二.lwIP启动流程

在排查问题的过程中,基本将lwIP启动涉及到的源码看了一遍,整理后以供参考。（使用的版本应该比较新，且已经进行过修改，可能会有一些不一样）

由CubeMX导出的代码中会有一个MX_LWIP_Init()函数，这个函数完成了lwIP的初始化，函数的主要调用栈如下：（调试基本就在这些函数里去调就行，基本覆盖了）

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()函数

    该函数中主要进行了两个步骤:

    • 首先调用了lwip_init()，这个函数完成了lwIP各功能组件的内核初始化，比如lwIP的内存管理，和外部环境基本无关。

    • 然后创建了tcpip_thread任务，该任务会一直尝试在tcpic_mbox中获取消息（可以不用知道这个是什么，只要知道他在等待消息就行）

  2. netif_add()函数

    这一句的源码为netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &tcpip_input);

    这个函数非常长，用于完成虚拟网卡的初始化，传入的参数如下：

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)
```

也就是虚拟网卡`netif`，IP地址，子网掩码，网关，虚拟网卡初始化函数，网卡输入函数。这个函数中会对`netif`结构体成员进行初始化，并执行传入的`init`函数，也就是`ethernetif_init`函数，接着他会调用`low_level_init()`函数，这个函数完成了lwIP所需的硬件初始化过程，也就是硬件网口的初始化，我的是LAN8742A，根据函数的调用栈可以找到`HAL_ETH_MspInit()`函数，这个函数中可以看到网口相关的GPIO被初始化，然后又开启了DMA收发以及网络中断。在`low_level_init()`函数中还创建了一个任务`ethernetif_input`,这个任务非常短，源码如下：```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);}}
}
```他会阻塞等待`s_xSemaphore`信号量，该信号量在`HAL_ETH_IRQHandler()`中断服务函数中释放，接受到消息后，通过`low_level_input()`函数处理并返回。

  1. netif_set_default()函数

    这个函数很短，将netif设置为默认网口

  2. 然后会根据netif_is_link_up(&gnetif)的值来选择执行那个函数，这个函数判断是phy芯片的bit2是否为1，如果为1，表示硬件上已经初始化成功，那么调用netif_set_up(),否则调用netif_set_down()

  3. netif_set_link_callback()函数设置了一个回调函数，当网络连接状态发生改变时会被执行，主要做硬件上的检查和处理

  4. 如果你使用的是官方的例程,会发现后面还创建了一个ethernetif_set_link()，任务，该任务是用来检测连接状态的，也是通过HAL_ETH_ReadPHYRegister(&EthHandle, PHY_MISR, &regvalue);读取PHY芯片寄存器的相关位来判断是否连接。

三.排查问题过程中尝试的方法（以下方法先后顺序不一定啊，试的太多了，我也有点忘了😢）

  1. 首先尝试ping MCU地址，看是否ping通，如果无法ping通，查看电脑IP是否与MCU IP在同一网段，并且对应IP没有被占用，并查看子网掩码，网关的设置是否正确。

  2. 硬件检查，观察网口连接处指示灯，绿灯表示物理层连接正常，黄灯表示有数据收发，并判断PHY芯片是否初始化正确，也就是上面的函数中的HAL_ETH_Init()中的初始化，这里面需要注意的有：引脚是否对应，PHY芯片地址和原理图对应（这里就是我出的问题）。

  3. 尝试调整lwIP协议栈的初始化时序，从上面的启动流程可以看出，lwIP的启动中会创建多个处理任务，需要保证你的任务和这些任务之间没有冲突

  4. 电脑cmd中执行arp -a看有没有板子的IP和MAC地址，如果没有就是物理层和驱动的问题，我也是在这定位到了是驱动有问题，重新回去看硬件配置代码的。

  5. arp -a中看不到板子的IP后，确定是网络链路层的问题，在low_level_output()函数中添加测试代码，初始化串口后在不同位置输出点东西就行；

  6. 在ethernetif_update_config()函数中添加以下代码看phy芯片启动状态

    // 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");}
}// 在初始化中注册定时器，就是需要你定期查询，可以通过自己的方式实现，不一定要和这里一样
void ethernet_link_thread(void *arg) {for(;;) {ethernetif_update_config(&gnetif);osDelay(500);}
}

  7. 在lwIP启动流程后，也就是进入开启任务调度前，强制软复位PHY芯片，参考代码如下，

    
HAL_ETH_Start(&heth);
osDelay(100);// 软复位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. 如果电脑端ping的时候黄灯会对应闪，那么说明物理层正常，那么在low_level_input()函数中添加调试代码，也是随便输出点什么，看看有没有进这个函数，然后看调用路径一点点加调试代码

  9. 看以太网中断void ETH_IRQHandler(void)有没有进去，加调试信息或者keil直接调试也行

尝试上面的方法应该从硬件到软件都涉及到了，希望对你有帮助，当然还可以使用物理方法，示波器去抓网口的波形，不过这个不一定都有，这里就说软件上我试了哪些。

题外

这个还有一个坑我没有解决，在一开始没有配置对PHY芯片地址的时候，竟然有一段时间成功连上了TCP，并且能够正确收发数据，这也导致我以为硬件配置没有问题，后续排查了很久，发现还是硬件配置的问题，但是还是不知道为什么会出现这个情况，也没有复现出来过，很不理解.

猜测可能是和上电时序或者电平干扰有关,希望下次能够复现以下.

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