第九章 网络系统

第九章 VxWorks的网络系统

微电子技术、计算机技术、通信技术和工业过程的分布式控制的迅猛发展，促进了网络的增长，而以太网的迅速流行更是使人们选择了TCP/IP作为实现异种机互联通信的工业标准，从而奠定了TCP/IP在局域网、广域网和工业网上的统治地位。

同时，随着Internet与网络的迅速普及应用，并向家庭领域不断扩展，使消费电子、计算机、通信(3C)一体化趋势日趋明显；信息时代的来临，使嵌入式系统日益受到市场和厂家的关注。在许多实时性要求高的嵌入式系统中，如工业过程控制、许多军用系统对网络协议的实时性、可靠性和效率提出了更高的要求。基于网络和嵌入式系统的新型分布式控制将是下一代工业控制的体系结构。鉴于对网络的这些特殊要求，许多嵌入式系统都集成了各种网络协议，以适应各种应用领域。

许多嵌入式操作系统，例如Linux、WinCE等都向用户提供了良好的网络集成，而Wind River 系统公司的VxWorks也是第一个实时网络堆栈，也是最早把TCP/IP网络协议加入到其嵌入式实时操作系统内核中的。因此，对于具有严格实时性要求的工业过程控制和国防武器系统，VxWorks中的网络集成是一个不错的选项。本章，结合VxWorks的网络系统，我们向读者介绍嵌入式系统的网络和网络应用。

9.1 VxWorks网络系统简述

VxWorks网络堆栈是VxWorks实时操作系统的一个组件，创新与传统伴随着VxWorks TCP/IP 协议栈，使它支持最新的Berkeley网络特性，同时也保留原有的功能。

9.1.1 简述

VxWorks的网络结构(如图9.1.1所示)，它继承了原有网络结构全部特性的同时，还兼容BSD4.4和SUN公司的网络文件系统(Network File System，NFS)。这种广泛的协议支持为主机和VxWorks 目标机之间提供了无缝的工作环境，任务可通过网络向其他系统的主机存取文件(即远程文件存取)，也支持远程进程调用。这种结构既对以前基于BSD4.3网络堆栈的升级，又增加了完全路由支持和现代因特网特性(堆栈提供新的路由特性已成为千兆以太网交换机和DSL访问复用器等本地交换或远程访问路由产品的关键要素)，极大提升了VxWorks业界领先的网络性能。

图9.1.1 VxWorks网络结构图

作为高性能、高可靠协议栈，VxWorks网络堆栈是高性能交换设备或低成本因特网访问设备的

理想解决方案，广泛用于数字网络设备上(如以太网交换机、路由器、网络集线器、ATM交换机等)。这种堆栈伸缩性强，开发者可以构建从IP路由装置到全TCP/IP、由SNMP管理的系统，还可以提供快速包处理和改善以前堆栈的吞吐量。

VxWorks网络堆栈按照实时系统的要求经过精心设计，在绝大多数因特网/局域网应用中都可以提供顶级性能。测试数据结果显示，它的吞吐量或COU使用率、性能较以往堆栈提高了15%到20%。在设计中，优化的内容包括取消TCP层内拷贝、散列表，改进了缓冲区管理方案。散列表优化了服务器应用对TCP连接表以及多点船舶应用对多点传播群组表的访问。新的网络堆栈改进了的缓冲区管理方案采用mbufs作为控制结构，而数据缓冲区从缓冲集群预分配的池中选择。开发者能够控制6种不同规模缓冲区的预留，对资源分配进行微调，以匹配装置最基本的功能。使用预分配的缓冲池可以保证堆栈的确定性行为，因为在它的传输路径中没有系统结构进行手工分配。

9.1.2 网络协议的支持和应用工具

标准的VxWorks网络堆栈包括下面的协议和应用支持：

z Serial Line Interface Protocol，SLIP；

z Compressed Serial Line Interface Protocol，CSLIP；

z Point-to-Point Protocol，PPP；

z Internet Protocol，IP；

z User Datagram Protocol，UDP；

z Transmission Control Protocol，TCP；

z Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP；

z Bootstrap Protocol，BOOTP；

z Domain Name System，DNS；

z Address Resolution Protocol，ARP，and ProxyARP；

z Open Shortest Path First，OSPF；

z Routing Information Protocol，RIP；

z Sockets(包括TCP，UDP，多播，路由和零拷贝协议)；

z Remote Procedure Calls，RPC；

z Remote Shell，RSH；

z File Transfer Protocol，FTP；

z Network File System，NFS；

z Trivial File System，TFTP；

z rlogin，Remote Login；

z telnet，Remote Login。

同时，Wind River也支持可选的WindNet产品：SNMP v.1/v.2c，OSPF v.2，STREAMS。并且还通过提供工业级最广泛的网络开发环境来加强这些核心技术，这主要是通过“WindLink for Tornado”合作伙伴计划来实现的。

高级的网络解决方案还包括：

z ATM，SMDS，frame relay，ISDN，SS7，X.25，V5广域网网络协议；

z IPX/SPX，AppleTalk，SNA局域网网络协议；

z分布式网络管理的RMON，CMIP/GDMO，基于Web网的解决方案；

z CORBA分布式计算机环境。

9.1.3 网络协议的特性

VxWorks网络功能具有以下特性：