一、實(shí)時(shí)性的意義

在主從DC同步模式下，主站需要以非常精準(zhǔn)的時(shí)間發(fā)送過程數(shù)據(jù)，如下圖所示：

二、實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵

如下圖所示，影響實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵因素是操作系統(tǒng)和網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，前者需要將過程數(shù)據(jù)準(zhǔn)時(shí)送出，后者需要優(yōu)化網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，即"準(zhǔn)時(shí)出發(fā)，路上不能耽誤"。

操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性體現(xiàn)在需要非常準(zhǔn)時(shí)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(shí)，需要打上實(shí)時(shí)補(bǔ)丁，如Xenomai、RTAI、OSADL等。

標(biāo)準(zhǔn)Linux下的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)是為通用的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)的，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)穿過TCP/IP協(xié)議棧是一個(gè)非常漫長的過程，其中包括各種安全性檢查、路由、出入隊(duì)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(dòng)，使EtherCAT數(shù)據(jù)

繞過TCP/IP協(xié)議棧。

三、移植網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)

在Etherlab的說明文檔中給出了改造標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的三個(gè)基本點(diǎn)，如下：

(1)禁用netif_*()

(2)禁用中斷

(3)重復(fù)利用socket buffer

接下來以EtherLAB源碼中移植好的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)RealTek RTL-8139為例進(jìn)行說明。

1、禁用netif_*()

在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序中的接收函數(shù)rtl8139_rx()中，netif_receive_skb (skb)負(fù)責(zé)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(fù)利用Socket buffer

Linux標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)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(yù)先分配的內(nèi)存池中，

而EtherCAT通信中，只需重復(fù)使用其中的一兩個(gè)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(shí)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(shí)才釋放Socket buffer

dev_kfree_skb(skb);

}

......

}