一、實時性的意義
在主從DC同步模式下，主站需要以非常精準的時間發(fā)送過程數(shù)據(jù)，如下圖所示：
二、實時性的關(guān)鍵
如下圖所示，影響實時性的關(guān)鍵因素是操作系統(tǒng)和網(wǎng)卡驅(qū)動，前者需要將過程數(shù)據(jù)準時送出，后者需要優(yōu)化網(wǎng)卡驅(qū)動，即"準時出發(fā)，路上不能耽誤"。
操作系統(tǒng)的實時性體現(xiàn)在需要非常準時地調(diào)用EtherCAT主站協(xié)議棧的發(fā)送函數(shù)，例如SOEM的發(fā)送函數(shù)是ecx_send_processdata()
Etherlab的發(fā)送函數(shù)為ecrt_master_send()。
采用Linux系統(tǒng)時，需要打上實時補丁，如Xenomai、RTAI、OSADL等。
標準Linux下的網(wǎng)卡驅(qū)動是為通用的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計的，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)穿過TCP/IP協(xié)議棧是一個非常漫長的過程，其中包括各種安全性檢查、路由、出入隊列、分片和重組等等，這其中有很多的不確定性，所以在EtherCAT主站開發(fā)中需要優(yōu)化網(wǎng)卡驅(qū)動，使EtherCAT數(shù)據(jù)
繞過TCP/IP協(xié)議棧。
三、移植網(wǎng)卡驅(qū)動
在Etherlab的說明文檔中給出了改造標準網(wǎng)卡驅(qū)動的三個基本點，如下：
(1)禁用netif_*()
(2)禁用中斷
(3)重復利用socket buffer
接下來以EtherLAB源碼中移植好的網(wǎng)卡驅(qū)動RealTek RTL-8139為例進行說明。
1、禁用netif_*()
在網(wǎng)卡驅(qū)動程序中的接收函數(shù)rtl8139_rx()中，netif_receive_skb (skb)負責將數(shù)據(jù)包傳遞給TCP/IP協(xié)議棧，
將其改成由EtherCAT主站直接處理。
改造前：
//8139too-3.4-orig.c
static int rtl8139_rx(struct net_device *dev, struct rtl8139_private *tp,
int budget)
{
......
netif_receive_skb (skb);//將數(shù)據(jù)包提交給TCP/IP協(xié)議棧處理
......
}
改造后：
//8139too-3.4-ethercat.c
static int rtl8139_rx(struct net_device *dev, struct rtl8139_private *tp,
int budget)
{
......
if (tp->ecdev) { //作為EtherCAT使用時直接交給EtherCAT協(xié)議棧處理，繞過TCP/IP協(xié)議棧
ecdev_receive(tp->ecdev,
&rx_ring[ring_offset + 4], pkt_size);
dev->last_rx = jiffies;
dev->stats.rx_bytes += pkt_size;
dev->stats.rx_packets++;
}
else
{
......
netif_receive_skb (skb);
......
}
}
2. 禁用中斷
Linux標準網(wǎng)卡驅(qū)動中，采用中斷方式收發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，較新的網(wǎng)卡驅(qū)動中采用NAPI(中斷和輪詢相結(jié)合)，而EtherCAT通信中,EtherCAT主站發(fā)出過程數(shù)據(jù)包后，主站非常清楚數(shù)據(jù)包什么時候返回主站，因此不需要采用中斷的方式，而由主站直接查詢和處理返回的過程數(shù)據(jù)包。
改造前：
//8139too-3.4-orig.c
static int rtl8139_open (struct net_device *dev)
{
......
retval = request_irq (dev->irq, rtl8139_interrupt, IRQF_SHARED, dev->name, dev); //向內(nèi)核注冊中斷
......
}
改造后：
//8139too-3.4-ethercat.c
static int rtl8139_open (struct net_device *dev)
{
......
if (!tp->ecdev) {
retval = request_irq(dev->irq, rtl8139_interrupt, //作為普通網(wǎng)卡時才注冊中斷
IRQF_SHARED, dev->name, dev);
if (retval)
return retval;
}
......
}
void ec_poll(struct net_device *dev)
{
rtl8139_interrupt(0, dev);
}
函數(shù)調(diào)用關(guān)系為：ec_poll()->rtl8139_interrupt()->rtl8139_rx()->ecdev_receive();
3. 重復利用Socket buffer
Linux標準網(wǎng)卡驅(qū)動中，將數(shù)據(jù)包發(fā)送后將釋放數(shù)據(jù)包所占用的內(nèi)存，或者放回預先分配的內(nèi)存池中，
而EtherCAT通信中，只需重復使用其中的一兩個緩存即可，這樣可以節(jié)省為數(shù)據(jù)包分配和釋放內(nèi)存的時間。
改造前：
//8139too-3.4-orig.c
static netdev_tx_t rtl8139_start_xmit (struct sk_buff *skb,
struct net_device *dev)
{
......
dev_kfree_skb(skb);//釋放Socket buffer所占內(nèi)存或?qū)⑵浞呕貎?nèi)存池
......
}
改造后：
//8139too-3.4-ethercat.c
static netdev_tx_t rtl8139_start_xmit (struct sk_buff *skb,
struct net_device *dev)
{
......
if (!tp->ecdev) { //只有作為普通網(wǎng)卡時才釋放Socket buffer
dev_kfree_skb(skb);
}
......
}
下載文檔
