如何構建LwIP raw api 中的http server

這篇文章將為大家詳細講解有關如何構建LwIP raw api 中的http server，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

下面為構建LwIP RAW API下HTTP SERVER DEMO的學習記錄，內容僅為個人設計與理解，所貼代碼均為簡化版，不保證適用性與準確性。

本人使用的LwIP版本為2.1.2。LwIP應用層直接接口為ALTCP，是TCP之上包了一個抽象層，也可以通過宏開關LWIP_ALTCP使接口直接對應TCP函數。

一、服務初始化

void http_init(void)
{
  struct altcp_pcb *pcb;
  //分配協議控制塊
  pcb = altcp_tcp_new_ip_type(IPADDR_TYPE_ANY);
  //掛載接口
  altcp_bind(pcb, IP_ANY_TYPE, 80);
  //開啟監聽
  pcb = altcp_listen(pcb);
  //注冊接收回調
  altcp_accept(pcb, http_accept);
}

初始化的內容就是分配協議控制塊，綁定到http端口號80上，然后等待客戶端連接。

• altcp_tcp_new_ip_type函數內調用TCP接口tcp_new_ip_type創建了控制塊pcb，然后定義altcp_pcb控制塊ret，將pcb裁剪后將幾個LwIP關心的部分對接到ret，上層應用只需關心閹割后的ret而無需再看完整的TCP控制塊結構體，應用層的callback也只需跟altcp_pcb對接即可。若空間不足，TCP會釋放某些非活躍控制塊，而altcp只是根據MEMP剩余空間大小不足回復失敗

    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;
}

其上還有一個altcp_new_ip_type的分配方式，可以用戶自定義alloc函數和參數保存在其調用的altcp_allocator_t結構體變量中。

• altcp_bind直接操作altcp_tcp_bind，實際使用tcp_bind，將altcp_pcb對應的pcb和http端口號80綁定。TCP遍歷已存在的控制塊鏈表，如沒有相同的IP和端口號則插入鏈表。

• altcp_listen(conn)啟動服務器監聽狀態，其實際功能函數altcp_tcp_listen調用的也是tcp_listen_with_backlog_and_err。由于TCP監聽時會用節省資源的tcp_pcb_listen結構體變量替換tcp_pcb，所以需要更新state元素。再將altcp_tcp_accept與tcp_accept對接，作為客戶端連接的回調，其作用是當TCP_EVENT_ACCEPT發生時，開辟一個新的altcp_pcb去對接客戶端連接的new_tpcb，并執行arg中預設的accept函數（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是將上一步中accept階段TCP傳遞到LwIP的回調注冊到應用層的http_accept，在此函數內處理客戶端的連接請求，完成完整的連接操作。在用戶層的http_accept中開辟一個變量放置應用的狀態以及下層回調的參數，并將其與對應的pcb聯系起來，之后就是將已經與TCP連接好的LwIP各個altcp回調與應用層具體處理函數對應起來。

#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;
}

至此一個服務的初始化過程基本完成，接下來就是應用層的函數編寫。

二、應用層函數功能

應用層在http_recv處理接收數據的回調，其中結構體pbuf是協議棧分解出的數據包。在raw api的數據處理中，需要用戶手動執行altcp_recved通知協議棧數據正確接收，并且pbuf_free釋放數據包緩存

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函數主要功能為解析接收的HTTP協議指令，對正確的“GET”進行響應。http server預先儲存了file_handle列表，當client發對應的uri時傳輸相應的文件

#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);
}

 根據解析的uri，在本地文件中尋找對應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);
}

 將找到的文件掛載到狀態量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;
}

關于如何構建LwIP raw api 中的http server就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。