作者|Tanmoy Sen
微信公众号 | strongerHuang
如今网络发达的今天,越来越多的设备都有联网的需求,联网的方式也越来越多。
在 2022 年 11 月于纽伦堡举办的智能生产解决方案(SPS)展览会上,由 Analog Devices、Arm、Amazon Web Services (AWS)、B&R Industrial Automation、莱迪思半导体、 施耐德电气、Texas Instruments 和 NXP 等 8 家合作伙伴组成的一个工作组宣布, 将利用 FreeRTOS 创建一个开放源代码的基于时间敏感网络(TSN)的开放平台通信联合架构(OPC UA)。
为了使 OPC UA 与现有的工业协议一样在现场得到广泛应用, 支持 OPC-UA/TSN 的设备价格必须与现有的解决方案持平。这就需要有支持 OPC-UA/TSN 的基于低成本 MCU 和低功耗 FPGA SoC 的设备。
FreeRTOS-plus-TCP 软件架构
在 FreeRTOS+TCP 堆栈的现有设计中,IP 任务被设计为事件驱动任务。它 它在一个 FreeRTOS 队列上超时阻塞(挂起),应用程序和网络接口向该队列发布事件 。当接收到一个事件(在队列中发布的事件)时,IP 任务会解除阻塞并处理 这些事件。这些事件包括:
从套接字 API 发送/接收事件,以及向套接字 API 发送/接收事件
IP 堆栈定时器事件
其他网络事件(如网络上行/下行事件)
队列中收到的所有事件当前都以相同的优先级进行处理 (因为只有一个 SW 队列),与流量类型、套接字配置、协议等无关。
支持 TSN 的现有架构的局限性
现有堆栈中没有处理多优先级流量数据的选项。
三次上下文切换(应用程序任务到 IP 任务和 IP 任务到网络驱动程序任务)可能 会使 TSN 运行的发送和接收延迟变得不确定。
FreeRTOS-plus-TCP 空闲任务 PrvIPTask 目前的优先级高于 应用任务。这将造成问题,因为 TSN 较高的吞吐量可能要求应用程序 任务的优先级高于空闲任务。
在发送和接收时使用相同的以太网驱动任务 将对 TSN 的高速吞吐量构成挑战。
向前迈进 我们正在根据以下设计原则推进 FreeRTOS+TCP 堆栈: API:
针对尽力而为和 TSN 流量的通用 API。
为了支持TSN 流量类型,引入一个名为 "FREERTOS_AF_TSN 的新的 "xDomain" ——在 "FreeRTOS_socket" API 中。
流量分离层:
套接字层之后的解码层可区分尽力而为 TCP 流量 和 TSN 流量。
这一层还可区分各种优先级的 TSN 流量。
流量优先级和多优先级队列:
支持多优先级,以便在第 2 层获得确定性流量。
支持根据优先级处理流量。
该堆栈可在 2 种模式下工作:
只有尽力而为流量:在这种情况下,堆栈将作为单一队列系统运行。
尽力而为流量和 TSN 流量:根据底层硬件支持的队列数量, 激活所需的队列数量。
流量调度: 传输:
FreeRTOS-plus-TCP 将使用简单的轮询机制将 队列刷新到硬件。
硬件将决定发送和接收速率,FreeRTOS-plus-TCP 堆栈将保持硬件速率。
每个队列都有一个阈值,只要达到该值,DMA 就会将数据传输到 TSN MAC。 接收: TSN 硬件将根据流量优先级来确定数据包的优先级。
发送+接收框图
审核编辑:汤梓红
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原文标题:FreeRTOS-TCP 软件架构
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