在i.MX RT微控制器上初始化LWIP協議棧是一個復雜但有趣的過程，它涉及多個步驟和關鍵組件的配置。以下是該初始化流程的介紹：

LWIP協議棧與開發平臺簡介

LWIP(Light Weight IP)，是一種輕量化且開源的TCP/IP協議棧。LwIP在有限的RAM和ROM條件下，實現了一個完整的TCP/IP 協議棧，并且LwIP在MCU平臺上得到了非常廣泛的應用。此外，它既可以基于操作系統運行，也可以在裸機情況下運行。

TCP/IP協議棧的模型結構如下圖所示:

本篇文章基于i.MX RT四位數跨界MCU平臺，RT四位數跨界MCU最高主頻可達1Ghz，并且搭載了很多性能強勁的外設，廣泛的應用于工業，自動化，IoT,消費電子等領域，并且NXP官方提供免費的IDE，開發工具以及SDK軟件包等，為開發者提供了全面的支持。

以太網接口及PHY管理接口硬件初始化

Ethernet MAC與PHY之間通過以太網接口連接，常見的接口有RMII，MII等。與此同時，RT四位數上的EthernetMAC外設也配備了PHY管理接口，可通過MDC MDIO來實現PHY相關寄存器的讀寫。

此處以RT1060舉例，在RT1060 EVK上默認使用的是RMII以太網接口，對照原理圖完成RMII相關管腳的初始化。

MDC,MDIO初始化:

PHYINIT以及RESET管腳初始化，配成GPIO輸出即可:

RMII的TX_CLK由MCU提供,因此要將TX_CLK的方向配置為輸出:

至此，以太網接口，PHY管理接口等硬件配置基本初始化完成。

LWIP時基初始化與超時事件注冊

在LWIP中，經常會進行一些超時判定，例如ARP緩存表的時間管理，IP分片數據報的重裝等待超時等等，并且LwIP也提供了超時事件注冊函數sys_timeout，在RT1060官方SDK的ping bm demo中就是通過超時事件來發送ping請求。

而超時的判定需要一個時基，MCU中一般會用系統滴答定時器來作為時基，且時間間隔設置為1ms并開啟中斷。每一次進中斷都會將當前時間加1。設置滴答定時器的代碼如下圖所示。

在LWIP協議棧初始化時，也需要注冊一些超時事件，通過調用sys_timeout函數，該函數中又會調用sys_timeout_abs函數。

在sys_timeout_abs函數中會計算出超時事件即將超時的時間，并且根據超時時間將這些超時事件連接成一個鏈表，如下圖所示。當超時發生時就會調用對應的處理函數。

SDK中會把需要注冊的超時事件都放在一個數組中，在初始化時調用注冊函數去一個個注冊這些超時事件。超時事件數組如下圖所示。

LWIP內存堆內存池初始化

在LwIP中，內存分配策略一般有兩種，一種是分配固定大小的內存塊。如TCP 首部、UDP 首部，IP 首部，以太網首部等都是固定的數據結構，其大小就是一個固定的值，那么我們就能采用這種方式分配這些固定大小的內存空間，這樣子的效率就會大大提高。另一種是利用內存堆進行動態分配，屬于可變長度的內存塊。

在LWIP協議棧初始化時一定要對這兩種內存分配方式進行初始化，方便后續協議棧進行相關內存分配。內存堆初始化代碼如下所示，其中LWIP_RAM_HEAP_POINTER實際上就是分配的內存堆數組首地址。

內存堆數組大小為想要分配的內存堆大小對齊后再加上兩倍的mem結構體對齊后的大小，mem結構體中會存放一些內存堆相關管理信息，宏定義如下圖所示。

不難看出在內存堆初始化代碼中實際上就是初始化了兩個mem結構體。第一個mem結構體在內存堆起始地址處，next成員為MEM_SIZE_ALIGNED, prev和used成員皆初始化為0。

第二個mem結構體ram_end設置為內存堆首地址偏移MEM_SIZE_ALIGNED處，used變量設置為1，next和prev皆指向偏移MEM_SIZE_ALIGNED的位置。

內存池初始化函數為memp_init，如下圖所示。它使用輪詢的方式調用memp_init_pool去初始化每一類內存池，memp_pools數組中存放了初始化過的memp結構體。

在memp_init_pool中會根據初始化過的memp結構體中的一些參數，比如下圖中所示的num，num代表有多少個內存塊，memp_init_pool中會根據num將內存塊連接成單鏈表。

網卡掛載及初始化

調用netif_add來掛載網卡，netif結構體是抽象出來的網卡結構體，IP地址，網關，子網掩碼等都會保存在該結構體中。網卡初始化函數也會作為參數之一傳入netif_add函數，并在netif_add函數中被調用。在該初始化函數中最終會完成以下幾部分初始化:

1.以太網相關數據結構的初始化，包括rx_buffer,tx_buffer, buffer descriptor，buffer descriptor ring。初始化這些數據結構，以便在接收發送以太網數據時使用。

2.phy的初始化，初始化以太網外設中的MDC MDIO，如下圖所示。

通過MDC MDIO去操作PHY相關的寄存器，例如去配置PHY的百兆千兆模式，軟復位PHY，檢查自動協商，連接狀態以及配置LED等等。確保PHY工作在想要的狀態下，部分初始化PHY的代碼如下所示。

3.設置netif相關參數，例如MAC地址長度，MTU，flags,以及網絡接口層輸入，網絡接口層輸出函數等。

4.初始化Ethernet MAC外設，去配置以太網外設中的接口類型，速度，工作模式，中斷等等。部分配置代碼如下所示。

LWIP不同API初始化

在完成上述初始化流程之后，還需要調用一些LwIP提供的API，LwIP常用的API有RAW API, Socket API, NETCONN API三種，前者是不需要基于操作系統的，后兩者需要基于操作系統運行。這三種API在初始化時也是不同的，Socket API和NETCONN API類似，此處以RT1060 SDK中的ping demo來舉例說明。

首先是RAW API，在raw.c中定義了一個raw_pcb結構體，初始化時會定義一個新的raw_pcb結構體并插入raw_pcbs鏈表。并且給新定義的raw_pcb賦初值，如下圖所示，通過raw_recv綁定ping_recv函數。通過raw_bind綁定IP地址，并且注冊一個超時事件，超時時就調用ping_timeout函數，參數為ping_pcb。在ping_timeout函數中會發送ping請求。

當LWIP跑在操作系統上時，LWIP協議棧是作為一個獨立線程存在的。因此，在初始化時要創建tcpip_thread線程。用戶代碼與tcpip_thread線程之間是通過郵箱進行數據的交互的。因此，在初始化時也需要創建一個郵箱。

在使用Socket API時，首先要調用lwip_socket函數向內核申請一個套接字，然后調用setsockopt設置套接字的一些選項。接著就可以調用lwip_sendto函數去發送數據包。調用recvfrom函數接收數據包。

至此，在i.MX RT使用LwIP協議棧初始化流程介紹完畢，通過理解和實踐這些步驟，開發者可以在i.MX RT微控制器上成功初始化LWIP協議棧，并實現網絡通信功能。

總體看來，整個初始化流程還是相對復雜的，這個過程不僅涉及硬件驅動編程和TCP/IP協議棧的配置，還需要對內存管理、中斷處理、超時檢查等關鍵知識點有深入的理解。感興趣的讀者可以下載RT四位數的SDK深入了解。