[发明专利]基于AF_XDP的实时以太网现场总线数据包处理方法

说明书

本发明涉及一种基于AF_XDP的实时以太网现场总线网络数据包处理方法，涉及数控技术领域，尤其涉及实时以太网现场总线技术领域，具体涉及一种基于AF_XDP的实时以太网现场总线网络数据包处理方法。本发明首先，分析实时以太网现场总线数据包在原生网卡驱动中的传输路径，建立在网卡驱动入口的实时以太网总线数据包的捕获点；然后，分析数据包在捕获点的特征，建立基于AF_XDP的数据包捕获及转发方法；最后，根据数据包所属的总线协议类型，设计在用户空间的实时以太网总线组件中数据包的解析处理方法。

技术领域

本发明涉及数控技术领域，尤其涉及实时以太网现场总线技术领域，具体涉及一种基于AF_XDP的实时以太网现场总线网络数据包处理方法。

背景技术

高档数控系统不仅要求需要有很强的实时性，同时又需要具有很短的插补周期，在网卡驱动内部以及内核网络协议栈入口捕获处理数据包会占用较多的周期时间，很难满足高档数控系统对网络数据包传输时间的苛刻要求，理想的方式是直接在网卡的入口捕获实时以太网数据包并直接重定向到数控系统的用户态组件中进行处理，可以有效缩短数据传输的时间并增强传输网络的实时性能。

AF_XDP机制利用XDP的数据包重定向功能，可以直接将以太网协议的网络数据包以零拷贝(zero-copy)的方式重定向到用户空间的应用程序中，避免了以太网数据包在驱动及内核中的多次数据拷贝，降低了系统延迟，但是尚未应用在基于标准网卡的高档数控系统中，因此如何基于AF_XDP机制设计简单高效的实时以太网总线网络数据包处理方法，是解决高档数控系统实时以太网现场总线网络数据包实时高速传输的关键。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于AF_XDP的实时以太网现场总线网络数据包处理方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

基于AF_XDP的实时以太网现场总线数据包处理方法，包括以下步骤：

开启内核调试功能，通过内核输出的调试信息，确定实时以太网现场总线数据包在原生网卡驱动中的传输路径，在网卡驱动入口建立实时以太网总线数据包的捕获点；

针对在网卡驱动入口的实时以太网总线数据包捕获点，基于XDP机制进行实时以太网总线数据包的捕获及转发，将实时以太网总线数据包发送到实时以太网总线组件中；

根据实时以太网总线数据包所属的总线协议类型，在用户空间的实时以太网总线组件中进行实时以太网总线数据包的解析处理。

所述实时以太网现场总线数据包类型包括EtherCAT协议和SSB-III协议中的任意一种。

所述捕获点位于网卡驱动建立套接字缓冲器之前。

所述基于XDP机制进行实时以太网总线数据包的捕获及转发具体为：

采用实时以太网总线数据包接收中断事件，触发XDP处理实时以太网总线数据包；

采用XDP的重定向的功能，以AF_XDP的MMAP内存映射方式将实时以太网总线数据包以零拷贝的方式直接重定向到用户空间的实时以太网总线组件中。

所述在用户空间的实时以太网总线组件中进行实时以太网总线数据包的解析处理具体为：

建立用户态实时线程并设置实时线程为周期性实时线程，在每个用户态实时线程的实时周期中，完成对实时以太网总线数据包的解析处理工作；

在用户态实时以太网总线组件的实时线程的开始部分，采用PF_XDP的原始套接字的方式轮询的获取实时以太网总线数据包；

在用户态实时以太网总线组件的实时线程中解析以太网协议数据包头，确定实时以太网总线数据包类型；

根据实时以太网总线数据包类型解析实时以太网总线数据包的指令数据；