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LWIP中两种重要的数据结构pbuf和pcb详细介绍

news 来源：原创 2025/6/24 18:31:48

LWIP（Lightweight IP）是为嵌入式系统设计的轻量级TCP/IP协议栈。pbuf（Packet Buffer）和PCB（Protocol Control Block）是LwIP中两个核心数据结构，分别负责数据包管理和协议状态维护。

1. pbuf（Packet Buffer）

作用：

用于管理协议栈中的数据包（零拷贝设计），支持链式结构，可高效处理数据分片。

关键特性：

内存类型：
- PBUF_RAM：从堆分配，允许读写（常见于发送数据）。
- PBUF_POOL：预分配的固定大小内存池，适合快速分配（如接收数据）。
- PBUF_ROM/REF：指向只读数据（避免复制大文件）。
链表结构：
- 多个pbuf通过next指针连接，tot_len记录总长度，适合分片场景。
- 如IP分片、TCP流重组。

字段说明：

struct pbuf {struct pbuf *next;    // 指向下一个pbufvoid *payload;        // 数据存储地址u16_t len;            // 当前pbuf数据长度u16_t tot_len;        // 所有链式pbuf的总长度u8_t type;            // 内存类型（PBUF_RAM/POOL/ROM等）u8_t ref;             // 引用计数（自动释放时用到）
};

操作函数：

// 分配pbuf
struct pbuf *pbuf_alloc(pbuf_layer layer, u16_t size, pbuf_type type);// 释放pbuf（自动处理引用计数）
u8_t pbuf_free(struct pbuf *p);// 复制pbuf数据
u16_t pbuf_copy(struct pbuf *p_to, struct pbuf *p_from);// 连接两个pbuf链
void pbuf_cat(struct pbuf *head, struct pbuf *tail);

2. PCB（Protocol Control Block）

作用：

维护网络协议状态（如TCP/UDP连接参数、端口绑定等）。

常见类型：

TCP_PCB
管理TCP连接状态（e.g., SYN_SENT、ESTABLISHED）, 包含：

本地/远端IP和端口
发送/接收窗口、序号
重传定时器、拥塞控制参数

struct tcp_pcb {IP_PCB;                // IP相关字段（地址、端口）TCP_STATE_MACHINE;     // TCP状态机u32_t snd_nxt, rcv_nxt; // 发送/接收序号struct tcp_pcb *next;  // 链表指针
};

UDP_PCB
UDP协议控制，绑定本地端口和处理回调：

struct udp_pcb {IP_PCB;struct udp_pcb *next;udp_recv_fn recv;      // 接收数据回调函数
};

RAW_PCB
直接操作IP层数据包（如自定义协议）。

操作示例（TCP服务器）：

// 创建TCP PCB
struct tcp_pcb *pcb = tcp_new();// 绑定本地端口
err_t err = tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, 8080);// 进入监听状态
struct tcp_pcb *listen_pcb = tcp_listen(pcb);// 设置连接建立回调
tcp_accept(listen_pcb, server_accept_callback);

协作流程示例（数据接收）：

网卡收到数据 → 分配PBUF_POOL类型的pbuf链。
解析以太网头 → IP层处理 → 查找匹配的PCB（通过IP和端口）。
TCP层通过PCB管理连接状态，将数据传递给应用层。
应用程序通过pbuf链读取数据 → 处理后释放pbuf。

注意事项：

内存管理：嵌入式资源有限，合理配置PBUF_POOL大小。
线程安全：LWIP默认单线程，多线程需通过tcpip_callback安全操作。
性能优化：减少pbuf拷贝，优先使用PBUF_REF/ROM引用数据。

LWIP中两种重要的数据结构pbuf和pcb详细介绍

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