基于VxWorks的全IP開發(fā)平臺進程通信處理機制
摘要:給出了基于AMCC的NP7250、NPX5700和NPX5800交換套片的全IP交換平臺的構建方案,重點介紹了在基于Vxworks的全IP交換平臺上的進程通信模塊的設計和實現(xiàn)方案。模塊主要實現(xiàn)相同處理器內(nèi)和不同處理器之間進程間通信功能,進程間的通信主要依靠調(diào)度任務從郵箱中接收消息,并把消息派發(fā)到各個進程的消息隊列來實現(xiàn),底層協(xié)議類型包括可靠通信協(xié)議(TCP)和不可靠通信協(xié)議(UDP)。
關鍵詞:嵌入式操作系統(tǒng);網(wǎng)絡處理器單元;消息隊列;Vxworks
引言
隨著IP技術的迅速發(fā)展,“Everything over IP”的觀念已深入人心。眾多移動通信設備制造商都致力于基于全IP交換平臺之上的3G、4G產(chǎn)品開發(fā),基于全IP構建開放通信體系架構,真正作到核心網(wǎng)和無線網(wǎng)絡各個產(chǎn)品的模塊化、積木化。將核心網(wǎng)、無線接入網(wǎng)統(tǒng)一考慮,做到技術上的重用、接口上的統(tǒng)一,避免獨立開發(fā)各模塊特別是底層開發(fā)可能存在的重復勞動,實現(xiàn)全業(yè)務融合,打造一體化的可增值、可擴展的多業(yè)務集成通信平臺,已成為業(yè)界共識。在整個系統(tǒng)設計的過程中,主要的目標在于軟件支撐的統(tǒng)一性,這要求相關的硬件系統(tǒng)也需要統(tǒng)一考慮成一個硬件平臺的概念。這樣將來就可以在統(tǒng)一的軟件支撐上開發(fā)各種不同的應用業(yè)務。
1 全IP開發(fā)平臺架構
全IP交換平臺基于Crossbar的三層交換,可根據(jù)系統(tǒng)容量需求和實際應用要求配置。當容量較大時,采用CrossBar+線卡方式實現(xiàn)三層交換方式,具體線卡配置的數(shù)目根據(jù)實際數(shù)據(jù)流量以及資源在各個應用實體的利用情況確定。當容量較小時,采用線卡互連提供三層交換。位于全IP交換平臺之上的移動通信設備單板需要實現(xiàn)的移動通信功能靠Host(主)CPU完成。本文中的全IP開發(fā)平臺選用AMCC的NP7250、PX5700和NPX5800交換套片作為硬件基礎,主CPU是MPC8260,主CPU上的操作系統(tǒng)是VxWorks。其中,NP7250主要實現(xiàn)級連線卡的作用,完成基本信元/包的轉發(fā)功能;NPX5700是流量控制芯片,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)流的輸入接納和輸出調(diào)度功能,是IP開發(fā)平臺QoS保證的核心,兩套NPX5700構成雙向10Gbps的處理能力;NPX5800是一種交換網(wǎng)芯片,用于連接NPX5700,實現(xiàn)交換功能。
全IP交換平臺系統(tǒng)架構如圖1所示,在嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks之上還有一個操作系統(tǒng)子系統(tǒng),該層是VxWorks封裝層。嵌入式操作系統(tǒng)封裝層的目的之一是對上層應用屏蔽底層硬件、OS、網(wǎng)絡的差別,給上層應用軟件提供統(tǒng)一規(guī)范的調(diào)用接口,大大降低了應用軟件開發(fā)人員的開發(fā)難度,也使開發(fā)出的應用軟件有較好的跨平臺性、可移植性、可維護性和代碼繼承性。封裝層一般會對進程管理、內(nèi)存管理、進程通信等核心功能進行重新定義和優(yōu)化,以適應特定應用領域的開發(fā)需求。
下面以通信類嵌入式設備應用領域為背景來討論操作系統(tǒng)子系統(tǒng)中的進程通信管理模塊設計和實現(xiàn)方案。
2 進程通信模塊設計
通信模塊為進程之間的通信提供統(tǒng)一的接口。各個處理器都處于一個以太網(wǎng)上,前臺單板之間互相可以直達,沒有中間路由,前后臺之間通過OMP轉發(fā)。根據(jù)通信區(qū)域的不同可分為:①相同處理器內(nèi)同一任務下的進程間通信;②相同處理器內(nèi)不同任務下的進程間通信;③相同處理器內(nèi)的任務之間的通信;④相同處理器內(nèi)的進程到任務的通信;⑤相同處理器內(nèi)的任務到進程的通信;⑥不同處理器間的進程間通信。
底層協(xié)議類型包括可靠通信協(xié)議(TCP)和不可靠通信協(xié)議(UDP)。對話方式主要采用以下5種:①處理器內(nèi)廣播(內(nèi)部消息機制);②分布式系統(tǒng)內(nèi)組播(UDP);③分布式系統(tǒng)內(nèi)廣播(UDP);④多對多通信(UDP),也就是無連接的點對點通信;⑤點對點通信(TCP和內(nèi)部消息機制)。
2.1 通信處理流程
同一處理器內(nèi)任務之間通信流程:每個調(diào)度任務建立一個郵箱,其他任務也建立自己的郵箱,進程發(fā)送到另一個任務的進程的消息首先發(fā)送到目的進程所在任務的郵箱中進行緩存,然后由調(diào)度任務派發(fā)到目的進程的消息隊列中;進程到其他類型任務的消息發(fā)送到相應任務的郵箱,其他類型的任務之間消息發(fā)送到對方郵箱。根據(jù)為應用提供的消息類型將任務間消息發(fā)送分類。發(fā)送異步緊迫消息,將消息發(fā)送到任務消息隊列的頭部;發(fā)送異步普通消息,將消息發(fā)送到任務消息隊列的尾部。
同一任務內(nèi)的進程通信流程如圖2所示,每一個進程擁有一個消息隊列,進程向同一任務內(nèi)進程發(fā)送,通過內(nèi)部接口直接將消息掛到另一個進程的消息隊列中。進程向同一任務內(nèi)進程發(fā)送同步應答消息,不通過任務郵箱,目的進程的狀態(tài)直接改變即可。任務內(nèi)的進程間通信不能通過任務的郵箱進行轉發(fā),這是為了避免在郵箱滿的時候任務向自己的郵箱發(fā)送消息,導致任務死鎖。
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