]> git.sur5r.net Git - freertos/blob - Demo/Common/ethernet/lwIP/core/pbuf.c
bca0725ec559e94dc55702db7f282dbb3a63f642
[freertos] / Demo / Common / ethernet / lwIP / core / pbuf.c
1 /**
2  * @file
3  * Packet buffer management
4  *
5  * Packets are built from the pbuf data structure. It supports dynamic
6  * memory allocation for packet contents or can reference externally
7  * managed packet contents both in RAM and ROM. Quick allocation for
8  * incoming packets is provided through pools with fixed sized pbufs.
9  *
10  * A packet may span over multiple pbufs, chained as a singly linked
11  * list. This is called a "pbuf chain".
12  *
13  * Multiple packets may be queued, also using this singly linked list.
14  * This is called a "packet queue".
15  * 
16  * So, a packet queue consists of one or more pbuf chains, each of
17  * which consist of one or more pbufs. Currently, queues are only
18  * supported in a limited section of lwIP, this is the etharp queueing
19  * code. Outside of this section no packet queues are supported yet.
20  * 
21  * The differences between a pbuf chain and a packet queue are very
22  * precise but subtle. 
23  *
24  * The last pbuf of a packet has a ->tot_len field that equals the
25  * ->len field. It can be found by traversing the list. If the last
26  * pbuf of a packet has a ->next field other than NULL, more packets
27  * are on the queue.
28  *
29  * Therefore, looping through a pbuf of a single packet, has an
30  * loop end condition (tot_len == p->len), NOT (next == NULL).
31  */
32
33 /*
34  * Copyright (c) 2001-2004 Swedish Institute of Computer Science.
35  * All rights reserved.
36  *
37  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
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39  *
40  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
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57  * OF SUCH DAMAGE.
58  *
59  * This file is part of the lwIP TCP/IP stack.
60  *
61  * Author: Adam Dunkels <adam@sics.se>
62  *
63  */
64
65 #include <string.h>
66
67 #include "lwip/opt.h"
68 #include "lwip/stats.h"
69 #include "lwip/def.h"
70 #include "lwip/mem.h"
71 #include "lwip/memp.h"
72 #include "lwip/pbuf.h"
73 #include "lwip/sys.h"
74 #include "arch/perf.h"
75 \r
76 static u8_t pbuf_pool_memory[MEM_ALIGNMENT - 1 + PBUF_POOL_SIZE * MEM_ALIGN_SIZE(PBUF_POOL_BUFSIZE + sizeof(struct pbuf))];
77
78 #if !SYS_LIGHTWEIGHT_PROT
79 static volatile u8_t pbuf_pool_free_lock, pbuf_pool_alloc_lock;
80 static sys_sem_t pbuf_pool_free_sem;
81 #endif
82
83 static struct pbuf *pbuf_pool = NULL;
84
85 /**
86  * Initializes the pbuf module.
87  *
88  * A large part of memory is allocated for holding the pool of pbufs.
89  * The size of the individual pbufs in the pool is given by the size
90  * parameter, and the number of pbufs in the pool by the num parameter.
91  *
92  * After the memory has been allocated, the pbufs are set up. The
93  * ->next pointer in each pbuf is set up to point to the next pbuf in
94  * the pool.
95  *
96  */
97 void
98 pbuf_init(void)
99 {
100   struct pbuf *p, *q = NULL;
101   u16_t i;
102
103   pbuf_pool = (struct pbuf *)MEM_ALIGN(pbuf_pool_memory);
104
105 #if PBUF_STATS
106   lwip_stats.pbuf.avail = PBUF_POOL_SIZE;
107 #endif /* PBUF_STATS */
108
109   /* Set up ->next pointers to link the pbufs of the pool together */
110   p = pbuf_pool;
111
112   for(i = 0; i < PBUF_POOL_SIZE; ++i) {
113     p->next = (struct pbuf *)((u8_t *)p + PBUF_POOL_BUFSIZE + sizeof(struct pbuf));
114     p->len = p->tot_len = PBUF_POOL_BUFSIZE;
115     p->payload = MEM_ALIGN((void *)((u8_t *)p + sizeof(struct pbuf)));
116     p->flags = PBUF_FLAG_POOL;
117     q = p;
118     p = p->next;
119   }
120
121   /* The ->next pointer of last pbuf is NULL to indicate that there
122      are no more pbufs in the pool */
123   q->next = NULL;
124
125 #if !SYS_LIGHTWEIGHT_PROT
126   pbuf_pool_alloc_lock = 0;
127   pbuf_pool_free_lock = 0;
128   pbuf_pool_free_sem = sys_sem_new(1);
129 #endif
130 }
131
132 /**
133  * @internal only called from pbuf_alloc()
134  */
135 static struct pbuf *
136 pbuf_pool_alloc(void)
137 {
138   struct pbuf *p = NULL;
139
140   SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);
141   SYS_ARCH_PROTECT(old_level);
142
143 #if !SYS_LIGHTWEIGHT_PROT
144   /* Next, check the actual pbuf pool, but if the pool is locked, we
145      pretend to be out of buffers and return NULL. */
146   if (pbuf_pool_free_lock) {
147 #if PBUF_STATS
148     ++lwip_stats.pbuf.alloc_locked;
149 #endif /* PBUF_STATS */
150     return NULL;
151   }
152   pbuf_pool_alloc_lock = 1;
153   if (!pbuf_pool_free_lock) {
154 #endif /* SYS_LIGHTWEIGHT_PROT */
155     p = pbuf_pool;
156     if (p) {
157       pbuf_pool = p->next;
158     }
159 #if !SYS_LIGHTWEIGHT_PROT
160 #if PBUF_STATS
161   } else {
162     ++lwip_stats.pbuf.alloc_locked;
163 #endif /* PBUF_STATS */
164   }
165   pbuf_pool_alloc_lock = 0;
166 #endif /* SYS_LIGHTWEIGHT_PROT */
167
168 #if PBUF_STATS
169   if (p != NULL) {
170     ++lwip_stats.pbuf.used;
171     if (lwip_stats.pbuf.used > lwip_stats.pbuf.max) {
172       lwip_stats.pbuf.max = lwip_stats.pbuf.used;
173     }
174   }
175 #endif /* PBUF_STATS */
176
177   SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
178   return p;
179 }
180
181
182 /**
183  * Allocates a pbuf of the given type (possibly a chain for PBUF_POOL type).
184  *
185  * The actual memory allocated for the pbuf is determined by the
186  * layer at which the pbuf is allocated and the requested size
187  * (from the size parameter).
188  *
189  * @param flag this parameter decides how and where the pbuf
190  * should be allocated as follows:
191  *
192  * - PBUF_RAM: buffer memory for pbuf is allocated as one large
193  *             chunk. This includes protocol headers as well.
194  * - PBUF_ROM: no buffer memory is allocated for the pbuf, even for
195  *             protocol headers. Additional headers must be prepended
196  *             by allocating another pbuf and chain in to the front of
197  *             the ROM pbuf. It is assumed that the memory used is really
198  *             similar to ROM in that it is immutable and will not be
199  *             changed. Memory which is dynamic should generally not
200  *             be attached to PBUF_ROM pbufs. Use PBUF_REF instead.
201  * - PBUF_REF: no buffer memory is allocated for the pbuf, even for
202  *             protocol headers. It is assumed that the pbuf is only
203  *             being used in a single thread. If the pbuf gets queued,
204  *             then pbuf_take should be called to copy the buffer.
205  * - PBUF_POOL: the pbuf is allocated as a pbuf chain, with pbufs from
206  *              the pbuf pool that is allocated during pbuf_init().
207  *
208  * @return the allocated pbuf. If multiple pbufs where allocated, this
209  * is the first pbuf of a pbuf chain.
210  */
211 struct pbuf *
212 pbuf_alloc(pbuf_layer l, u16_t length, pbuf_flag flag)
213 {
214   struct pbuf *p, *q, *r;
215   u16_t offset;
216   s32_t rem_len; /* remaining length */
217   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 3, ("pbuf_alloc(length=%"U16_F")\n", length));
218
219   /* determine header offset */
220   offset = 0;
221   switch (l) {
222   case PBUF_TRANSPORT:
223     /* add room for transport (often TCP) layer header */
224     offset += PBUF_TRANSPORT_HLEN;
225     /* FALLTHROUGH */
226   case PBUF_IP:
227     /* add room for IP layer header */
228     offset += PBUF_IP_HLEN;
229     /* FALLTHROUGH */
230   case PBUF_LINK:
231     /* add room for link layer header */
232     offset += PBUF_LINK_HLEN;
233     break;
234   case PBUF_RAW:
235     break;
236   default:
237     LWIP_ASSERT("pbuf_alloc: bad pbuf layer", 0);\r
238     return NULL;
239   }
240
241   switch (flag) {
242   case PBUF_POOL:
243     /* allocate head of pbuf chain into p */
244     p = pbuf_pool_alloc();
245     LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 3, ("pbuf_alloc: allocated pbuf %p\n", (void *)p));
246     if (p == NULL) {
247 #if PBUF_STATS
248       ++lwip_stats.pbuf.err;
249 #endif /* PBUF_STATS */\r
250       return NULL;
251     }
252     p->next = NULL;
253
254     /* make the payload pointer point 'offset' bytes into pbuf data memory */
255     p->payload = MEM_ALIGN((void *)((u8_t *)p + (sizeof(struct pbuf) + offset)));
256     LWIP_ASSERT("pbuf_alloc: pbuf p->payload properly aligned",
257             ((mem_ptr_t)p->payload % MEM_ALIGNMENT) == 0);
258     /* the total length of the pbuf chain is the requested size */
259     p->tot_len = length;
260     /* set the length of the first pbuf in the chain */
261     p->len = length > PBUF_POOL_BUFSIZE - offset? PBUF_POOL_BUFSIZE - offset: length;
262     /* set reference count (needed here in case we fail) */
263     p->ref = 1;
264
265     /* now allocate the tail of the pbuf chain */
266
267     /* remember first pbuf for linkage in next iteration */
268     r = p;
269     /* remaining length to be allocated */
270     rem_len = length - p->len;
271     /* any remaining pbufs to be allocated? */
272     while (rem_len > 0) {
273       q = pbuf_pool_alloc();
274       if (q == NULL) {
275        LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | 2, ("pbuf_alloc: Out of pbufs in pool.\n"));
276 #if PBUF_STATS
277         ++lwip_stats.pbuf.err;
278 #endif /* PBUF_STATS */
279         /* free chain so far allocated */
280         pbuf_free(p);
281         /* bail out unsuccesfully */\r
282         return NULL;
283       }
284       q->next = NULL;
285       /* make previous pbuf point to this pbuf */
286       r->next = q;
287       /* set total length of this pbuf and next in chain */
288       q->tot_len = rem_len;
289       /* this pbuf length is pool size, unless smaller sized tail */
290       q->len = rem_len > PBUF_POOL_BUFSIZE? PBUF_POOL_BUFSIZE: rem_len;
291       q->payload = (void *)((u8_t *)q + sizeof(struct pbuf));
292       LWIP_ASSERT("pbuf_alloc: pbuf q->payload properly aligned",
293               ((mem_ptr_t)q->payload % MEM_ALIGNMENT) == 0);
294       q->ref = 1;
295       /* calculate remaining length to be allocated */
296       rem_len -= q->len;
297       /* remember this pbuf for linkage in next iteration */
298       r = q;
299     }
300     /* end of chain */
301     /*r->next = NULL;*/
302
303     break;
304   case PBUF_RAM:
305     /* If pbuf is to be allocated in RAM, allocate memory for it. */
306     p = mem_malloc(MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(struct pbuf) + offset) + MEM_ALIGN_SIZE(length));
307     if (p == NULL) {\r
308       return NULL;
309     }
310     /* Set up internal structure of the pbuf. */
311     p->payload = MEM_ALIGN((void *)((u8_t *)p + sizeof(struct pbuf) + offset));
312     p->len = p->tot_len = length;
313     p->next = NULL;
314     p->flags = PBUF_FLAG_RAM;
315
316     LWIP_ASSERT("pbuf_alloc: pbuf->payload properly aligned",
317            ((mem_ptr_t)p->payload % MEM_ALIGNMENT) == 0);
318     break;
319   /* pbuf references existing (non-volatile static constant) ROM payload? */
320   case PBUF_ROM:
321   /* pbuf references existing (externally allocated) RAM payload? */
322   case PBUF_REF:
323     /* only allocate memory for the pbuf structure */
324     p = memp_malloc(MEMP_PBUF);
325     if (p == NULL) {
326       LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 2, ("pbuf_alloc: Could not allocate MEMP_PBUF for PBUF_%s.\n", flag == PBUF_ROM?"ROM":"REF"));\r
327
328       return NULL;
329     }
330     /* caller must set this field properly, afterwards */
331     p->payload = NULL;
332     p->len = p->tot_len = length;
333     p->next = NULL;
334     p->flags = (flag == PBUF_ROM? PBUF_FLAG_ROM: PBUF_FLAG_REF);
335     break;
336   default:
337     LWIP_ASSERT("pbuf_alloc: erroneous flag", 0);\r
338     return NULL;
339   }
340   /* set reference count */
341   p->ref = 1;
342   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 3, ("pbuf_alloc(length=%"U16_F") == %p\n", length, (void *)p));\r
343   return p;
344 }
345
346
347 #if PBUF_STATS
348 #define DEC_PBUF_STATS do { --lwip_stats.pbuf.used; } while (0)
349 #else /* PBUF_STATS */
350 #define DEC_PBUF_STATS
351 #endif /* PBUF_STATS */
352
353 #define PBUF_POOL_FAST_FREE(p)  do {                                    \
354                                   p->next = pbuf_pool;                  \
355                                   pbuf_pool = p;                        \
356                                   DEC_PBUF_STATS;                       \
357                                 } while (0)
358
359 #if SYS_LIGHTWEIGHT_PROT
360 #define PBUF_POOL_FREE(p)  do {                                         \
361                                 SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);       \
362                                 SYS_ARCH_PROTECT(old_level);            \
363                                 PBUF_POOL_FAST_FREE(p);                 \
364                                 SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);          \
365                                } while (0)
366 #else /* SYS_LIGHTWEIGHT_PROT */
367 #define PBUF_POOL_FREE(p)  do {                                         \
368                              sys_sem_wait(pbuf_pool_free_sem);          \
369                              PBUF_POOL_FAST_FREE(p);                    \
370                              sys_sem_signal(pbuf_pool_free_sem);        \
371                            } while (0)
372 #endif /* SYS_LIGHTWEIGHT_PROT */
373
374 /**
375  * Shrink a pbuf chain to a desired length.
376  *
377  * @param p pbuf to shrink.
378  * @param new_len desired new length of pbuf chain
379  *
380  * Depending on the desired length, the first few pbufs in a chain might
381  * be skipped and left unchanged. The new last pbuf in the chain will be
382  * resized, and any remaining pbufs will be freed.
383  *
384  * @note If the pbuf is ROM/REF, only the ->tot_len and ->len fields are adjusted.
385  * @note May not be called on a packet queue.
386  *
387  * @bug Cannot grow the size of a pbuf (chain) (yet).
388  */
389 void
390 pbuf_realloc(struct pbuf *p, u16_t new_len)
391 {
392   struct pbuf *q;
393   u16_t rem_len; /* remaining length */
394   s16_t grow;
395
396   LWIP_ASSERT("pbuf_realloc: sane p->flags", p->flags == PBUF_FLAG_POOL ||
397               p->flags == PBUF_FLAG_ROM ||
398               p->flags == PBUF_FLAG_RAM ||
399               p->flags == PBUF_FLAG_REF);
400
401   /* desired length larger than current length? */
402   if (new_len >= p->tot_len) {
403     /* enlarging not yet supported */
404     return;
405   }
406
407   /* the pbuf chain grows by (new_len - p->tot_len) bytes
408    * (which may be negative in case of shrinking) */
409   grow = new_len - p->tot_len;
410
411   /* first, step over any pbufs that should remain in the chain */
412   rem_len = new_len;
413   q = p;
414   /* should this pbuf be kept? */
415   while (rem_len > q->len) {
416     /* decrease remaining length by pbuf length */
417     rem_len -= q->len;
418     /* decrease total length indicator */
419     q->tot_len += grow;
420     /* proceed to next pbuf in chain */
421     q = q->next;
422   }
423   /* we have now reached the new last pbuf (in q) */
424   /* rem_len == desired length for pbuf q */
425
426   /* shrink allocated memory for PBUF_RAM */
427   /* (other types merely adjust their length fields */
428   if ((q->flags == PBUF_FLAG_RAM) && (rem_len != q->len)) {
429     /* reallocate and adjust the length of the pbuf that will be split */
430     mem_realloc(q, (u8_t *)q->payload - (u8_t *)q + rem_len);
431   }
432   /* adjust length fields for new last pbuf */
433   q->len = rem_len;
434   q->tot_len = q->len;
435
436   /* any remaining pbufs in chain? */
437   if (q->next != NULL) {
438     /* free remaining pbufs in chain */
439     pbuf_free(q->next);
440   }
441   /* q is last packet in chain */
442   q->next = NULL;
443
444 }
445
446 /**
447  * Adjusts the payload pointer to hide or reveal headers in the payload.
448  *
449  * Adjusts the ->payload pointer so that space for a header
450  * (dis)appears in the pbuf payload.
451  *
452  * The ->payload, ->tot_len and ->len fields are adjusted.
453  *
454  * @param hdr_size_inc Number of bytes to increment header size which
455  * increases the size of the pbuf. New space is on the front.
456  * (Using a negative value decreases the header size.)
457  * If hdr_size_inc is 0, this function does nothing and returns succesful.
458  *
459  * PBUF_ROM and PBUF_REF type buffers cannot have their sizes increased, so
460  * the call will fail. A check is made that the increase in header size does
461  * not move the payload pointer in front of the start of the buffer.
462  * @return non-zero on failure, zero on success.
463  *
464  */
465 u8_t
466 pbuf_header(struct pbuf *p, s16_t header_size_increment)
467 {
468   u16_t flags;
469   void *payload;
470
471   LWIP_ASSERT("p != NULL", p != NULL);
472   if ((header_size_increment == 0) || (p == NULL)) return 0;
473  
474   flags = p->flags;
475   /* remember current payload pointer */
476   payload = p->payload;
477
478   /* pbuf types containing payloads? */
479   if (flags == PBUF_FLAG_RAM || flags == PBUF_FLAG_POOL) {
480     /* set new payload pointer */
481     p->payload = (u8_t *)p->payload - header_size_increment;
482     /* boundary check fails? */
483     if ((u8_t *)p->payload < (u8_t *)p + sizeof(struct pbuf)) {
484       LWIP_DEBUGF( PBUF_DEBUG | 2, ("pbuf_header: failed as %p < %p (not enough space for new header size)\n",
485         (void *)p->payload,
486         (void *)(p + 1)));\
487       /* restore old payload pointer */
488       p->payload = payload;
489       /* bail out unsuccesfully */
490       return 1;
491     }
492   /* pbuf types refering to external payloads? */
493   } else if (flags == PBUF_FLAG_REF || flags == PBUF_FLAG_ROM) {
494     /* hide a header in the payload? */
495     if ((header_size_increment < 0) && (header_size_increment - p->len <= 0)) {
496       /* increase payload pointer */
497       p->payload = (u8_t *)p->payload - header_size_increment;
498     } else {
499       /* cannot expand payload to front (yet!)
500        * bail out unsuccesfully */
501       return 1;
502     }
503   }
504   /* modify pbuf length fields */
505   p->len += header_size_increment;
506   p->tot_len += header_size_increment;
507
508   LWIP_DEBUGF( PBUF_DEBUG, ("pbuf_header: old %p new %p (%"S16_F")\n",
509     (void *)payload, (void *)p->payload, header_size_increment));
510
511   return 0;
512 }
513
514 /**
515  * Dereference a pbuf chain or queue and deallocate any no-longer-used
516  * pbufs at the head of this chain or queue.
517  *
518  * Decrements the pbuf reference count. If it reaches zero, the pbuf is
519  * deallocated.
520  *
521  * For a pbuf chain, this is repeated for each pbuf in the chain,
522  * up to the first pbuf which has a non-zero reference count after
523  * decrementing. So, when all reference counts are one, the whole
524  * chain is free'd.
525  *
526  * @param pbuf The pbuf (chain) to be dereferenced.
527  *
528  * @return the number of pbufs that were de-allocated
529  * from the head of the chain.
530  *
531  * @note MUST NOT be called on a packet queue (Not verified to work yet).
532  * @note the reference counter of a pbuf equals the number of pointers
533  * that refer to the pbuf (or into the pbuf).
534  *
535  * @internal examples:
536  *
537  * Assuming existing chains a->b->c with the following reference
538  * counts, calling pbuf_free(a) results in:
539  * 
540  * 1->2->3 becomes ...1->3
541  * 3->3->3 becomes 2->3->3
542  * 1->1->2 becomes ......1
543  * 2->1->1 becomes 1->1->1
544  * 1->1->1 becomes .......
545  *
546  */
547 u8_t
548 pbuf_free(struct pbuf *p)
549 {
550   u16_t flags;
551   struct pbuf *q;
552   u8_t count;
553   SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);
554
555   LWIP_ASSERT("p != NULL", p != NULL);\r
556
557   /* if assertions are disabled, proceed with debug output */
558   if (p == NULL) {
559     LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 2, ("pbuf_free(p == NULL) was called.\n"));
560     return 0;
561   }
562   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 3, ("pbuf_free(%p)\n", (void *)p));
563
564   PERF_START;
565
566   LWIP_ASSERT("pbuf_free: sane flags",
567     p->flags == PBUF_FLAG_RAM || p->flags == PBUF_FLAG_ROM ||
568     p->flags == PBUF_FLAG_REF || p->flags == PBUF_FLAG_POOL);
569
570   count = 0;
571   /* Since decrementing ref cannot be guaranteed to be a single machine operation
572    * we must protect it. Also, the later test of ref must be protected.
573    */
574   SYS_ARCH_PROTECT(old_level);
575   /* de-allocate all consecutive pbufs from the head of the chain that
576    * obtain a zero reference count after decrementing*/
577   while (p != NULL) {
578     /* all pbufs in a chain are referenced at least once */
579     LWIP_ASSERT("pbuf_free: p->ref > 0", p->ref > 0);
580     /* decrease reference count (number of pointers to pbuf) */
581     p->ref--;
582     /* this pbuf is no longer referenced to? */
583     if (p->ref == 0) {
584       /* remember next pbuf in chain for next iteration */
585       q = p->next;
586       LWIP_DEBUGF( PBUF_DEBUG | 2, ("pbuf_free: deallocating %p\n", (void *)p));
587       flags = p->flags;
588       /* is this a pbuf from the pool? */
589       if (flags == PBUF_FLAG_POOL) {
590         p->len = p->tot_len = PBUF_POOL_BUFSIZE;
591         p->payload = (void *)((u8_t *)p + sizeof(struct pbuf));
592         PBUF_POOL_FREE(p);
593       /* is this a ROM or RAM referencing pbuf? */
594       } else if (flags == PBUF_FLAG_ROM || flags == PBUF_FLAG_REF) {
595         memp_free(MEMP_PBUF, p);
596       /* flags == PBUF_FLAG_RAM */
597       } else {
598         mem_free(p);
599       }
600       count++;
601       /* proceed to next pbuf */
602       p = q;
603     /* p->ref > 0, this pbuf is still referenced to */
604     /* (and so the remaining pbufs in chain as well) */
605     } else {
606       LWIP_DEBUGF( PBUF_DEBUG | 2, ("pbuf_free: %p has ref %"U16_F", ending here.\n", (void *)p, (u16_t)p->ref));
607       /* stop walking through the chain */
608       p = NULL;
609     }
610   }
611   SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
612   PERF_STOP("pbuf_free");
613   /* return number of de-allocated pbufs */\r
614 \r
615   return count;
616 }
617
618 /**
619  * Count number of pbufs in a chain
620  *
621  * @param p first pbuf of chain
622  * @return the number of pbufs in a chain
623  */
624
625 u8_t
626 pbuf_clen(struct pbuf *p)
627 {
628   u8_t len;
629
630   len = 0;
631   while (p != NULL) {
632     ++len;
633     p = p->next;
634   }
635   return len;
636 }
637
638 /**
639  * Increment the reference count of the pbuf.
640  *
641  * @param p pbuf to increase reference counter of
642  *
643  */
644 void
645 pbuf_ref(struct pbuf *p)
646 {
647   SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);
648   /* pbuf given? */
649   if (p != NULL) {
650     SYS_ARCH_PROTECT(old_level);
651     ++(p->ref);
652     SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
653   }
654 }
655
656 /**
657  * Concatenate two pbufs (each may be a pbuf chain) and take over
658  * the caller's reference of the tail pbuf.
659  * 
660  * @note The caller MAY NOT reference the tail pbuf afterwards.
661  * Use pbuf_chain() for that purpose.
662  * 
663  * @see pbuf_chain()
664  */
665
666 void
667 pbuf_cat(struct pbuf *h, struct pbuf *t)
668 {
669   struct pbuf *p;
670
671   LWIP_ASSERT("h != NULL (programmer violates API)", h != NULL);
672   LWIP_ASSERT("t != NULL (programmer violates API)", t != NULL);
673   if ((h == NULL) || (t == NULL)) return;
674
675   /* proceed to last pbuf of chain */
676   for (p = h; p->next != NULL; p = p->next) {
677     /* add total length of second chain to all totals of first chain */
678     p->tot_len += t->tot_len;
679   }
680   /* { p is last pbuf of first h chain, p->next == NULL } */
681   LWIP_ASSERT("p->tot_len == p->len (of last pbuf in chain)", p->tot_len == p->len);
682   LWIP_ASSERT("p->next == NULL", p->next == NULL);
683   /* add total length of second chain to last pbuf total of first chain */
684   p->tot_len += t->tot_len;
685   /* chain last pbuf of head (p) with first of tail (t) */
686   p->next = t;
687   /* p->next now references t, but the caller will drop its reference to t,
688    * so netto there is no change to the reference count of t.
689    */
690 }
691
692 /**
693  * Chain two pbufs (or pbuf chains) together.
694  * 
695  * The caller MUST call pbuf_free(t) once it has stopped
696  * using it. Use pbuf_cat() instead if you no longer use t.
697  * 
698  * @param h head pbuf (chain)
699  * @param t tail pbuf (chain)
700  * @note The pbufs MUST belong to the same packet.
701  * @note MAY NOT be called on a packet queue.
702  *
703  * The ->tot_len fields of all pbufs of the head chain are adjusted.
704  * The ->next field of the last pbuf of the head chain is adjusted.
705  * The ->ref field of the first pbuf of the tail chain is adjusted.
706  *
707  */
708 void
709 pbuf_chain(struct pbuf *h, struct pbuf *t)
710 {
711   pbuf_cat(h, t);
712   /* t is now referenced by h */
713   pbuf_ref(t);
714   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_FRESH | 2, ("pbuf_chain: %p references %p\n", (void *)h, (void *)t));
715 }
716
717 /* For packet queueing. Note that queued packets MUST be dequeued first
718  * using pbuf_dequeue() before calling other pbuf_() functions. */
719 #if ARP_QUEUEING
720 /**
721  * Add a packet to the end of a queue.
722  *
723  * @param q pointer to first packet on the queue
724  * @param n packet to be queued
725  *
726  * Both packets MUST be given, and must be different.
727  */
728 void
729 pbuf_queue(struct pbuf *p, struct pbuf *n)
730 {
731 #if PBUF_DEBUG /* remember head of queue */
732   struct pbuf *q = p;
733 #endif
734   /* programmer stupidity checks */
735   LWIP_ASSERT("p == NULL in pbuf_queue: this indicates a programmer error\n", p != NULL);
736   LWIP_ASSERT("n == NULL in pbuf_queue: this indicates a programmer error\n", n != NULL);
737   LWIP_ASSERT("p == n in pbuf_queue: this indicates a programmer error\n", p != n);
738   if ((p == NULL) || (n == NULL) || (p == n)){
739     LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_HALT | 3, ("pbuf_queue: programmer argument error\n"));
740     return;
741   }
742
743   /* iterate through all packets on queue */
744   while (p->next != NULL) {
745 /* be very picky about pbuf chain correctness */
746 #if PBUF_DEBUG
747     /* iterate through all pbufs in packet */
748     while (p->tot_len != p->len) {
749       /* make sure invariant condition holds */
750       LWIP_ASSERT("p->len < p->tot_len", p->len < p->tot_len);
751       /* make sure each packet is complete */
752       LWIP_ASSERT("p->next != NULL", p->next != NULL);
753       p = p->next;
754       /* { p->tot_len == p->len => p is last pbuf of a packet } */
755     }
756     /* { p is last pbuf of a packet } */
757     /* proceed to next packet on queue */
758 #endif
759     /* proceed to next pbuf */
760     if (p->next != NULL) p = p->next;
761   }
762   /* { p->tot_len == p->len and p->next == NULL } ==>
763    * { p is last pbuf of last packet on queue } */
764   /* chain last pbuf of queue with n */
765   p->next = n;
766   /* n is now referenced to by the (packet p in the) queue */
767   pbuf_ref(n);
768 #if PBUF_DEBUG
769   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_FRESH | 2,
770     ("pbuf_queue: newly queued packet %p sits after packet %p in queue %p\n",
771     (void *)n, (void *)p, (void *)q));
772 #endif
773 }
774
775 /**
776  * Remove a packet from the head of a queue.
777  *
778  * The caller MUST reference the remainder of the queue (as returned). The
779  * caller MUST NOT call pbuf_ref() as it implicitly takes over the reference
780  * from p.
781  * 
782  * @param p pointer to first packet on the queue which will be dequeued.
783  * @return first packet on the remaining queue (NULL if no further packets).
784  *
785  */
786 struct pbuf *
787 pbuf_dequeue(struct pbuf *p)
788 {
789   struct pbuf *q;
790   LWIP_ASSERT("p != NULL", p != NULL);
791
792   /* iterate through all pbufs in packet p */
793   while (p->tot_len != p->len) {
794     /* make sure invariant condition holds */
795     LWIP_ASSERT("p->len < p->tot_len", p->len < p->tot_len);
796     /* make sure each packet is complete */
797     LWIP_ASSERT("p->next != NULL", p->next != NULL);
798     p = p->next;
799   }
800   /* { p->tot_len == p->len } => p is the last pbuf of the first packet */
801   /* remember next packet on queue in q */
802   q = p->next;
803   /* dequeue packet p from queue */
804   p->next = NULL;
805   /* any next packet on queue? */
806   if (q != NULL) {
807     /* although q is no longer referenced by p, it MUST be referenced by
808      * the caller, who is maintaining this packet queue. So, we do not call
809      * pbuf_free(q) here, resulting in an implicit pbuf_ref(q) for the caller. */
810     LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_FRESH | 2, ("pbuf_dequeue: first remaining packet on queue is %p\n", (void *)q));
811   } else {
812     LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_FRESH | 2, ("pbuf_dequeue: no further packets on queue\n"));
813   }
814   return q;
815 }
816 #endif
817
818 /**
819  *
820  * Create PBUF_POOL (or PBUF_RAM) copies of PBUF_REF pbufs.
821  *
822  * Used to queue packets on behalf of the lwIP stack, such as
823  * ARP based queueing.
824  *
825  * Go through a pbuf chain and replace any PBUF_REF buffers
826  * with PBUF_POOL (or PBUF_RAM) pbufs, each taking a copy of
827  * the referenced data.
828  *
829  * @note You MUST explicitly use p = pbuf_take(p);
830  * The pbuf you give as argument, may have been replaced
831  * by a (differently located) copy through pbuf_take()!
832  *
833  * @note Any replaced pbufs will be freed through pbuf_free().
834  * This may deallocate them if they become no longer referenced.
835  *
836  * @param p Head of pbuf chain to process
837  *
838  * @return Pointer to head of pbuf chain
839  */
840 struct pbuf *
841 pbuf_take(struct pbuf *p)
842 {
843   struct pbuf *q , *prev, *head;
844   LWIP_ASSERT("pbuf_take: p != NULL\n", p != NULL);
845   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 3, ("pbuf_take(%p)\n", (void*)p));
846
847   prev = NULL;
848   head = p;
849   /* iterate through pbuf chain */
850   do
851   {
852     /* pbuf is of type PBUF_REF? */
853     if (p->flags == PBUF_FLAG_REF) {
854       LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE, ("pbuf_take: encountered PBUF_REF %p\n", (void *)p));
855       /* allocate a pbuf (w/ payload) fully in RAM */
856       /* PBUF_POOL buffers are faster if we can use them */
857       if (p->len <= PBUF_POOL_BUFSIZE) {
858         q = pbuf_alloc(PBUF_RAW, p->len, PBUF_POOL);
859         if (q == NULL) {
860           LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 2, ("pbuf_take: Could not allocate PBUF_POOL\n"));
861         }
862       } else {
863         /* no replacement pbuf yet */
864         q = NULL;
865         LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 2, ("pbuf_take: PBUF_POOL too small to replace PBUF_REF\n"));
866       }
867       /* no (large enough) PBUF_POOL was available? retry with PBUF_RAM */
868       if (q == NULL) {
869         q = pbuf_alloc(PBUF_RAW, p->len, PBUF_RAM);
870         if (q == NULL) {
871           LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 2, ("pbuf_take: Could not allocate PBUF_RAM\n"));
872         }
873       }
874       /* replacement pbuf could be allocated? */
875       if (q != NULL)
876       {
877         /* copy p to q */
878         /* copy successor */
879         q->next = p->next;
880         /* remove linkage from original pbuf */
881         p->next = NULL;
882         /* remove linkage to original pbuf */
883         if (prev != NULL) {
884           /* prev->next == p at this point */
885           LWIP_ASSERT("prev->next == p", prev->next == p);
886           /* break chain and insert new pbuf instead */
887           prev->next = q;
888         /* prev == NULL, so we replaced the head pbuf of the chain */
889         } else {
890           head = q;
891         }
892         /* copy pbuf payload */
893         memcpy(q->payload, p->payload, p->len);
894         q->tot_len = p->tot_len;
895         q->len = p->len;
896         /* in case p was the first pbuf, it is no longer refered to by
897          * our caller, as the caller MUST do p = pbuf_take(p);
898          * in case p was not the first pbuf, it is no longer refered to
899          * by prev. we can safely free the pbuf here.
900          * (note that we have set p->next to NULL already so that
901          * we will not free the rest of the chain by accident.)
902          */
903         pbuf_free(p);
904         /* do not copy ref, since someone else might be using the old buffer */
905         LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG, ("pbuf_take: replaced PBUF_REF %p with %p\n", (void *)p, (void *)q));
906         p = q;
907       } else {
908         /* deallocate chain */
909         pbuf_free(head);
910         LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | 2, ("pbuf_take: failed to allocate replacement pbuf for %p\n", (void *)p));
911         return NULL;
912       }
913     /* p->flags != PBUF_FLAG_REF */
914     } else {
915       LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 1, ("pbuf_take: skipping pbuf not of type PBUF_REF\n"));
916     }
917     /* remember this pbuf */
918     prev = p;
919     /* proceed to next pbuf in original chain */
920     p = p->next;
921   } while (p);
922   LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_TRACE | 1, ("pbuf_take: end of chain reached.\n"));
923
924   return head;
925 }
926
927 /**
928  * Dechains the first pbuf from its succeeding pbufs in the chain.
929  *
930  * Makes p->tot_len field equal to p->len.
931  * @param p pbuf to dechain
932  * @return remainder of the pbuf chain, or NULL if it was de-allocated.
933  * @note May not be called on a packet queue.
934  */
935 struct pbuf *
936 pbuf_dechain(struct pbuf *p)
937 {
938   struct pbuf *q;
939   u8_t tail_gone = 1;
940   /* tail */
941   q = p->next;
942   /* pbuf has successor in chain? */
943   if (q != NULL) {
944     /* assert tot_len invariant: (p->tot_len == p->len + (p->next? p->next->tot_len: 0) */
945     LWIP_ASSERT("p->tot_len == p->len + q->tot_len", q->tot_len == p->tot_len - p->len);
946     /* enforce invariant if assertion is disabled */
947     q->tot_len = p->tot_len - p->len;
948     /* decouple pbuf from remainder */
949     p->next = NULL;
950     /* total length of pbuf p is its own length only */
951     p->tot_len = p->len;
952     /* q is no longer referenced by p, free it */
953     LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_STATE, ("pbuf_dechain: unreferencing %p\n", (void *)q));
954     tail_gone = pbuf_free(q);
955     if (tail_gone > 0) {
956       LWIP_DEBUGF(PBUF_DEBUG | DBG_STATE,
957                   ("pbuf_dechain: deallocated %p (as it is no longer referenced)\n", (void *)q));
958     }
959     /* return remaining tail or NULL if deallocated */
960   }
961   /* assert tot_len invariant: (p->tot_len == p->len + (p->next? p->next->tot_len: 0) */
962   LWIP_ASSERT("p->tot_len == p->len", p->tot_len == p->len);
963   return (tail_gone > 0? NULL: q);
964 }