著新年Linux 6.7的發(fā)布，Linux 6.8版本開始進(jìn)入了窗口合并期。在次，我們來展望一下Linux內(nèi)核在新一年的工作，主要介紹兩個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)方面的消息，一個(gè)是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)性能方面，一個(gè)是關(guān)于Rust驅(qū)動(dòng)的。
在網(wǎng)絡(luò)方面除了通常的新有線/無線網(wǎng)絡(luò)硬件支持和大型Linux網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中的其他常規(guī)改動(dòng)之外，內(nèi)核還對核心網(wǎng)絡(luò)代碼進(jìn)行了一些關(guān)鍵改進(jìn)，這些改進(jìn)可以在并發(fā)的情況下使TCP性能提高約40%。
對核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和重組。這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是優(yōu)化緩存行消耗并添加保護(hù)措施以確保未來的更改不會(huì)倒退。反過來，這種核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使許多并發(fā)連接的TCP性能提高了40%或更多！
這項(xiàng)由于源于谷歌相關(guān)人員，他們對網(wǎng)絡(luò)代碼的緩存線優(yōu)化工作。該補(bǔ)丁系列嘗試重新組織核心網(wǎng)絡(luò)堆棧變量，以最大限度地減少數(shù)據(jù)傳輸階段的緩存行消耗。具體來說，研究了TCP/IP堆棧和TCP中的快速路徑定義。
特別是對于AMD EPYC服務(wù)器來說，這是一個(gè)巨大的改進(jìn)。感謝谷歌繼續(xù)推動(dòng)這些非常誘人的低級內(nèi)核優(yōu)化的人們。
Linux 6.8中新的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序硬件支持包括Octeon CN10K設(shè)備、Broadcom 5760X P7、Qualcomm SM8550 SoC 和 Texas Instrument DP83TG720S PHY。
藍(lán)牙方面，新的驅(qū)動(dòng)程序支持IMC Networks無線藍(lán)牙設(shè)備。
與其他平臺相比，英特爾在 Linux 中首次推出 Arc 驅(qū)動(dòng)程序的起步相當(dāng)緩慢，主要是因?yàn)?Team Blue 在提供增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)程序功能方面有點(diǎn)晚了。 不過，經(jīng)過兩年的開發(fā)，Intel終于將其“改版”的Xe內(nèi)核顯卡驅(qū)動(dòng)提交到了主線內(nèi)核中。
另外值得注意的是英特爾高速NIC驅(qū)動(dòng)程序增加了對溫度和時(shí)鐘信息報(bào)告的支持，以及許多網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中的其他隨機(jī)改進(jìn)。NVIDIA Mellanox以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中心交換機(jī)現(xiàn)在無需重新啟動(dòng)即可享受固件更新。
Linux 6.8中刪除了幾個(gè)過時(shí)的WiFi驅(qū)動(dòng)程序。新推出的WiFi支持包括Libertas 16位PCMCIA支持、Atmel at76c50x驅(qū)動(dòng)程序、HostAP ISA/PCMCIA型802.11b驅(qū)動(dòng)程序、zd1201 802.11b USB加密狗、Orinoco ISA/PCMCIA 802.11b驅(qū)動(dòng)程序、Aviator/Raytheon驅(qū)動(dòng)程序、Planet WL3501驅(qū)動(dòng)程序以及RNDIS USB 802.11b驅(qū)動(dòng)程序。
在WiFi協(xié)議方面，WiFi7工作仍在進(jìn)行中，并且還進(jìn)行了極高吞吐量(EHT) 的改進(jìn)。
英特爾加大了Linux的開發(fā)力度，旨在改進(jìn)Xe顯卡驅(qū)動(dòng)程序并為下一代Arrow Lake和Lunar Lake CPU提供支持。與其他平臺相比，英特爾在Linux中首次推出Arc驅(qū)動(dòng)程序的起步相當(dāng)緩慢，主要是因?yàn)門eam Blue在提供增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)程序功能方面有點(diǎn)晚了。不過，經(jīng)過兩年的開發(fā)，Intel終于將其“改版”的Xe內(nèi)核顯卡驅(qū)動(dòng)提交到了linux 6.8主線內(nèi)核中。
除了Xe顯卡驅(qū)動(dòng)程序之外，英特爾還引入了對現(xiàn)有軟件包的下一代支持，例如英特爾的VC Intrinsics，它已經(jīng)獲得了對英特爾Arrow Lake和Lunar Lake圖形架構(gòu)的支持。這意味著 Xe-LPG+（Arrow Lake / Alchemist）和 Xe2（Lunar Lake / Battlemage）架構(gòu)已獲得該軟件項(xiàng)目的支持。
自Linux 6.1起，初始的Rust基礎(chǔ)設(shè)施被添加到Linux內(nèi)核中。此后為了使內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序能夠用Rust編程語言編寫，Linux內(nèi)核已經(jīng)合并了許多其他管道和內(nèi)務(wù)管理工作。隨著即將到來的Linux 6.8內(nèi)核周期，第一個(gè)Rust網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒈灰搿?/p>
最近一個(gè)“net-phy-rust”驅(qū)動(dòng)程序被合并到了net-next.git分支。該驅(qū)動(dòng)為phylib Rust綁定，包括了啟用Rust編寫的PHY驅(qū)動(dòng)程序。ax88796b C驅(qū)動(dòng)程序代碼完全用Rust編程語言重寫。
Rust ASIX PHY驅(qū)動(dòng)大約135行Rust代碼加上各種構(gòu)建系統(tǒng)位?？梢允褂肒config的“AX88796B_RUST_PHY”選項(xiàng)啟用此Rust ASIX PHY驅(qū)動(dòng)程序。
AX88796B 驅(qū)動(dòng)程序用于支持X-Surf 100 AX88796B封裝中的Asix Electronics PHY。AX88796B是一款100M快速以太網(wǎng)控制器，適用于從HVAC控制到安全系統(tǒng)和其他工業(yè)控制系統(tǒng)的嵌入式和工業(yè)應(yīng)用。因此，這不是最令人興奮的網(wǎng)絡(luò)硬件（并且該硬件已經(jīng)得到了C驅(qū)動(dòng)程序的支持），但這個(gè)Rust PHY驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)開始，并讓在接口/綁定上滾動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)其他內(nèi)存安全網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒉粩嗤晟啤?/p>
管理不斷增長的復(fù)雜性并實(shí)現(xiàn)更大的靈活性和可擴(kuò)展性，就需要對服務(wù)器ECU進(jìn)行虛擬化。有三種硬件選項(xiàng)可用于將虛擬機(jī)連接到以太網(wǎng)。Elektrobit通過其EB tresos和EB corbos產(chǎn)品系列為所有這些選項(xiàng)提供高效的軟件解決方案。
汽車以太網(wǎng)作為汽車行業(yè)的車輛內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)而建立。這主要有兩個(gè)方面的原因：一方面，車輛中必須傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大增加。
另一方面，基于信號的通信發(fā)展轉(zhuǎn)變成面向服務(wù)的通信(數(shù)十年來這一方法一直都是IT世界的標(biāo)準(zhǔn))。過去，特別是CAN主導(dǎo)了車輛內(nèi)部通信。如今，汽車以太網(wǎng)則創(chuàng)造了新的可能性。
車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演變中的汽車以太網(wǎng)
過去的車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將單個(gè)的應(yīng)用程序域進(jìn)行組合(圖1左，“域架構(gòu)”?，F(xiàn)在，基于汽車以太網(wǎng)的綜合車載網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供了一種選項(xiàng)，能夠跨越這些邊界共享傳感器和執(zhí)行器，并且將應(yīng)用程序集中化。然而，不斷豐富的車輛功能增加了電子控制單元(ECU)的數(shù)量及其復(fù)雜性。這一問題可以通過功能的集中化來得以解決，方法是將功能集中在新推出的能夠執(zhí)行大量應(yīng)用程序的服務(wù)器ECU上。此類服務(wù)器ECU也稱為高性能控制器(HPC)，通常由具備高性能CPU和集成(或單獨(dú)連接)安全CPU的片上系統(tǒng)(SoC)組成(圖1中，“集中式架構(gòu)”)。為了使這一理念更加靈活、可擴(kuò)展性更強(qiáng)，將來還可以額外連接所謂的“區(qū)域ECU”(圖1右，“分區(qū)架構(gòu)”)。它們連接車輛中特定范圍(“區(qū)域”，例如左前部分)所有的傳感器/執(zhí)行器ECU，并通過汽車以太網(wǎng)主干將該區(qū)域有效地連接至服務(wù)器ECU。
圖1：車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演變。傳統(tǒng)的域架構(gòu)方法(左)、集中式架構(gòu)(中)、未來的分區(qū)架構(gòu)(右)
要在一個(gè)ECU上同時(shí)運(yùn)行不同關(guān)鍵等級的功能，它們可能來自不同制造商、或者處于不同的操作系統(tǒng)，就必須采取類似于IT世界中的虛擬化技術(shù)來對其虛擬化。
本文介紹如何將不同的虛擬機(jī)連接到汽車以太網(wǎng)。它特別關(guān)注了效率和性能 — 這兩個(gè)對于汽車行業(yè)尤為關(guān)鍵的方面。
虛擬化和通信要求
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)將單個(gè)ECU通過一個(gè)物理以太網(wǎng)接口連接到汽車以太網(wǎng)(圖2)。
圖2：各個(gè)ECU通過一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接
下一步中，不同的物理ECU可以合并起來，比如合并為一個(gè)物理服務(wù)器ECU。為此，物理ECU的軟件會(huì)在虛擬機(jī)(VM)中運(yùn)行，這些虛擬機(jī)使用能夠確保時(shí)間和空間分區(qū)的虛擬機(jī)監(jiān)控程序，因此得以彼此分離(圖3)。
圖3：使用虛擬機(jī)監(jiān)控程序?qū)⒍鄠€(gè)ECU集成到一個(gè)服務(wù)器ECU中
這些VM如何連接到汽車以太網(wǎng)的具體細(xì)節(jié)目前尚不得而知。下列通信要求必須得以滿足：
VM必須通過網(wǎng)絡(luò)在彼此之間以及與其他ECU之間均能透明地通信。
其實(shí)施必須滿足嵌入式系統(tǒng)在性能和資源需求方面的特定要求。
VM的連接必須滿足服務(wù)質(zhì)量要求(QoS)。
系統(tǒng)必須在不同的VM和以太網(wǎng)之間提供時(shí)鐘同步。
通信接口既不能引起VM之間的錯(cuò)誤串?dāng)_，也不能在VM之中產(chǎn)生這種故障行為 — 必須確保滿足標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262所要求的無相互干擾(FFI)。
安全性要求(機(jī)密性、完整性、可用性)也必須滿足。
基于這些要求，我們現(xiàn)在可以討論圖3中概述的以太網(wǎng)(EthX)接口不同硬件設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。
連接虛擬機(jī)至汽車以太網(wǎng)
交換機(jī)的任務(wù)是根據(jù)OSI通信模型在第2層轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，這一過程應(yīng)符合可配置的服務(wù)質(zhì)量要求(QoS)；同時(shí)還提供諸如時(shí)鐘同步等其他服務(wù)。當(dāng)這一定義應(yīng)用于連接虛擬機(jī)(VM)的抽象模型時(shí)，即相當(dāng)于此類交換機(jī)。由于一方面涉及到連接VM，另一方面則涉及到不一定必須完全由硬件實(shí)現(xiàn)的功能：基于這一事實(shí)，以下章節(jié)中的虛擬交換機(jī)針對的是“將VM連接到汽車以太網(wǎng)”的功能。之前的考慮為這種虛擬交換機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供了三種選項(xiàng)(圖4)：
由多個(gè)VM共享單個(gè)以太網(wǎng)接口硬件單元，或者
多個(gè)單獨(dú)的以太網(wǎng)接口硬件單元(每個(gè)VM都有自己的接口)，或者
一個(gè)(硬件)以太網(wǎng)交換機(jī)為每個(gè)VM提供其自己的主機(jī)端口。
選項(xiàng)(1)是僅具有一個(gè)以太網(wǎng)接口硬件單元的服務(wù)器ECU。虛擬交換機(jī)的任務(wù)是在VM之間拆分以太網(wǎng)接口。
通過將一個(gè)專用VM實(shí)例化成為連接Linux的以太網(wǎng)橋(以太網(wǎng)橋VM)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)Linux工具來實(shí)現(xiàn)此功能。該VM被授予對以太網(wǎng)硬件的獨(dú)占訪問權(quán)限，允許其向外界發(fā)送數(shù)據(jù)和從外界接收數(shù)據(jù)。使用虛擬機(jī)監(jiān)控程序在以太網(wǎng)橋VM中進(jìn)行復(fù)制操作，可以實(shí)現(xiàn)到各個(gè)VM的內(nèi)部分配。后者是必需的，因?yàn)樘摂M機(jī)監(jiān)控程序必須確保各個(gè)VM彼此分離。此選項(xiàng)較容易實(shí)現(xiàn)；但它非常低效，因?yàn)槌藛为?dú)的以太網(wǎng)橋VM外，它還需要CPU時(shí)間來復(fù)制數(shù)據(jù)。此外，滿足上述要求也很困難，涉及到大量的額外工作。
通過使用多個(gè)以太網(wǎng)接口硬件DMA通道進(jìn)行發(fā)送和接收，因此無需進(jìn)行CPU的任何復(fù)制操作，這一實(shí)現(xiàn)方式的效率更高(EB corbos虛擬以太網(wǎng)交換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)這點(diǎn))。為了在VM之間進(jìn)行通信并向某些或所有VM轉(zhuǎn)發(fā)廣播或多播消息，虛擬交換機(jī)會(huì)使用本地DMA控制器(用戶DMA)。虛擬交換機(jī)不一定必須具備虛擬機(jī)監(jiān)控程序的功能，它也可以在安全核心上運(yùn)行。
在選項(xiàng)(2)中，每個(gè)VM都有自己的以太網(wǎng)接口硬件單元(由虛擬機(jī)監(jiān)控程序直接分配)及其自己的以太網(wǎng)交換機(jī)端口。此選項(xiàng)簡單但卻很昂貴，并且可擴(kuò)展性較差。其配置如圖2所示。每個(gè)VM都包含一個(gè)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序，用于直接控制為其分配的以太網(wǎng)接口硬件。各個(gè)VM通過連接的以太網(wǎng)交換機(jī)相互通信。
在選項(xiàng)(3)中，集成或緊密聯(lián)接的硬件通過以太網(wǎng)交換機(jī)為每個(gè)VM提供其自己的主機(jī)端口(HP)(圖4右)。外部交換器通過PCIe連接到SoC。對于此連接，“單根輸入/輸出虛擬化”(R-IOV) PCIe擴(kuò)展尤為實(shí)用。由于每個(gè)虛擬機(jī)都有自己的主機(jī)端口，因此每個(gè)VM自身都具備虛擬功能(圖5，“VirtFun”虛擬功能)。這樣，虛擬交換機(jī)就可以通過快速PCIe連接直接使用單獨(dú)的DMA通道發(fā)送和接收，同時(shí)滿足每個(gè)VM的所有要求。
圖4：三種硬件連接選項(xiàng)
解決方案對比
要管理不斷增長的復(fù)雜性并實(shí)現(xiàn)更大的靈活性和可擴(kuò)展性，就需要對服務(wù)器ECU進(jìn)行虛擬化。有三種硬件選項(xiàng)可用于將虛擬機(jī)連接到以太網(wǎng)。表1對比了這些選項(xiàng)，并特別就其復(fù)雜性、資源效率、可擴(kuò)展性和性能進(jìn)行了評分。Elektrobit通過其EB tresos和EB corbos產(chǎn)品系列為所有這些選項(xiàng)提供高效的軟件解決方案。
圖5：虛擬交換機(jī)與硬件以太網(wǎng)交換機(jī)的PCIe連接
表1：選項(xiàng)對比
作者：
Georg Gaderer博士
Georg Gaderer博士是Elektrobit的技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)理。他的團(tuán)隊(duì)的任務(wù)包括開發(fā)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效利用通信硬件，例如以太網(wǎng)交換機(jī)和以太網(wǎng)控制器。
作者：
Michael Ziehensack博士
Michael Ziehensack博士是Elektrobit奧地利公司總經(jīng)理，專注于汽車網(wǎng)絡(luò)。
“2019中國汽車及零部件行業(yè)發(fā)展創(chuàng)新大獎(jiǎng)”：（點(diǎn)擊將跳轉(zhuǎn)頁面）
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一、硬件連接
PLC與電腦通過以太網(wǎng)通訊有兩種方式，網(wǎng)線直連和工業(yè)交換機(jī)轉(zhuǎn)接。
1.網(wǎng)線直連
電腦與PLC通過網(wǎng)線直接連接，如圖1所示。
圖1
2.工業(yè)交換機(jī)轉(zhuǎn)接
電腦和PLC通過網(wǎng)線連接到工業(yè)交換機(jī)上，如圖2所示。
圖2
注意：
二、確認(rèn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)
1.網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)
這里以win10的系統(tǒng)為例，步驟如圖3所示。
1）在控制面板中找到網(wǎng)絡(luò)和共享中心；
2）點(diǎn)擊以太網(wǎng)，進(jìn)以太網(wǎng)狀態(tài)窗口界面，如果有多個(gè)連接不確定是哪個(gè)連接的情況下，可以拔插網(wǎng)線，查看哪一個(gè)連接是新出現(xiàn)的；
3）點(diǎn)擊詳細(xì)信息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)連接詳細(xì)信息窗口界面；
4）在描述中可以看到以太網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)名稱。
圖3
三、IP地址設(shè)置
1.以太網(wǎng)ip地址
在控制面板中找到網(wǎng)絡(luò)和共享中心。進(jìn)入以太網(wǎng)屬性窗口點(diǎn)擊Internet 協(xié)議版本4(TCP/IPv4)，如圖4所示。
圖4
在Internet 協(xié)議版本4(TCP/IPv4)屬性窗口中可以看到自動(dòng)獲得IP地址和使用下面的IP地址的選項(xiàng)，選擇自動(dòng)和手動(dòng)的IP地址，編程軟件都可以連接上PLC。
1）手動(dòng)IP地址設(shè)置
如圖5所示，使用下列的IP地址需要手動(dòng)輸入一個(gè)IP地址，需要與PLC同一網(wǎng)段。
圖5
2）自動(dòng)IP地址設(shè)置
自動(dòng)獲取IP地址，IP地址這些是不可更改的，如圖6所示，電腦會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)IP地址，IPv4地址是電腦自動(dòng)生成的IP地址，查看方式如圖3所示。
圖6
四、設(shè)置PG/PC訪問接口
這一步非常的重要，如果你的電腦的PGPC訪問接口設(shè)置不對也會(huì)導(dǎo)致你的軟件連接不上PLC。
1.以太網(wǎng)連接設(shè)置PG/PC訪問接口
在控制面板中找到設(shè)置PG/PC接口（32位），應(yīng)用程序訪問點(diǎn)中選擇S7ONLINE (STEP7),使用的接口分配參數(shù)（P）中選擇以太網(wǎng)網(wǎng)卡名稱+.TCPIP.AUTO.1的驅(qū)動(dòng)，如圖7所示。
注意：如果不知道自己使用的是哪個(gè)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)請參照圖3。
圖7
當(dāng)更改訪問接口后點(diǎn)擊確定，會(huì)彈出警告提示窗口，如圖8所示，選擇是即可。
圖8
五、軟件連接PLC
1.查看PLC 信息
在圖9的步驟2中選擇你的電腦使用的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，步驟6可查看plc的固件和PLC是使用的TIA哪個(gè)版本下載的項(xiàng)目。
注意：如果不清楚自己的電腦使用的是哪個(gè)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，請參照圖3的步驟
圖9
在圖10的步驟2中可以修改和查看PLC的IP地址。
圖10
2.設(shè)置項(xiàng)目IP地址
在圖11的步驟1中的項(xiàng)目PLC右鍵屬性，按照步驟設(shè)置PLC的IP地址，如果不想修改原來PLC的IP地址則按照圖10的IP地址填寫。
圖11
3.項(xiàng)目下載
1）搜索PLC
按照圖12步驟搜索PLC并下載，這需要注意的是步驟3中的PG/PC接口選擇你電腦的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，步驟5這里需要點(diǎn)一下搜索出來的PLC，如果沒有選擇下載是灰色的。
注意：如果不清楚自己的電腦使用的是哪個(gè)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，請參照圖3的步驟
圖12
2）下載PLC
如果下載的時(shí)候出現(xiàn)一些警告，如圖13所示，需要修改選擇才可以繼續(xù)下載，不然是灰色無法選擇，如圖14所示。
圖13
圖14
3）轉(zhuǎn)至在線
下載以后在圖15中的步驟選擇啟動(dòng)模塊，按照圖16步驟轉(zhuǎn)至在線，轉(zhuǎn)至在線成功如圖16步驟3所示。
圖15
圖16
總結(jié)：
以上就是整個(gè)Win10系統(tǒng)電腦的博途軟件以太網(wǎng)連接PLC的步驟，文章內(nèi)容如有錯(cuò)誤請聯(lián)系我們。
來源：技成培訓(xùn)原創(chuàng)，作者：鄒志銳。轉(zhuǎn)載請注明出處！
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