CN111628891A - 一种基于qnx的双以太网冗余的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，采用QNX的网络设备，网络设备包括第一以太网网卡和第二以太网网卡，所述方法基于数据链路层的网络驱动实现，包括，S1：初始化配置网络参数；S2：周期性检测所述第一以太网网卡的故障状态和记录所述第二以太网网卡的工作状态，根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡；S3：所述通信以太网网卡发送或接收网络数据包；S4：所述通信以太网网卡发送或接收组播数据包。该发明基于数据链路层的网络驱动，通过修改网络驱动，实现了基于QNX的双以太网的切换，切换时间短、成本低，且无需修改硬件以及应用程序程序，耦合程度低，稳定性以及安全性高，实现了组播功能的切换。

Description

一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法

技术领域

本发明涉及实时操作系统技术领域，特别涉及一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法。

背景技术

随着实时以太网技术逐渐走向成熟，列车上的实时以太网的应用需求日渐增加。为了满足实时以太网高可靠性的要求，很多设备都会要求双冗余以太网。一个网络设备必须具有两个以太网网卡，这两个以太网网卡必须使用同一个IP地址，同一时刻只有一个以太网网卡在工作，另一个以太网网卡处于热备份状态。当检测到正在工作的以太网网卡所在通信链路发生故障时，自动将处于热备份的另一个以太网网卡投入运行。而现有的QNX操作系统支持的两个以太网网卡是处于不同的IP地址，两个以太网网卡处于不同的通信通道，因此，现有的QNX操作系统不能满足双冗余以太网的需求。

就现有技术来说，为实现基于QNX的双以太网冗余，一方面，在物理层，采用专用以太网网卡实现，另一方面在应用层增加网络通信切换逻辑实现。

但专用以太网网卡选择性少，价格昂贵，实现成本太高，而在应用层，虽然技术实现比较简单，但QNX实时操作系统的抢占式多任务调度机制，无法保证双以太网网卡切换时间的技术要求，并且容易增加了软件模块之间的耦合度，软件的可移植性差，不利于软件维护。

发明内容

为解决现有技术中基于QNX的双以太网冗余的成本高、切换时间长以及耦合程度高的技术问题，本发明提供了一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法，基于数据链路层的网络驱动，通过修改网络驱动，实现了基于QNX的双以太网的切换，切换时间短、成本低，且无需修改硬件以及应用程序程序，耦合程度低，稳定性以及安全性高。

本发明提供了一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法，采用QNX的网络设备，所述网络设备包括第一以太网网卡和第二以太网网卡，所述方法基于数据链路层的网络驱动实现，包括：

S1：初始化，初始化配置网络参数；

S2：确定通信以太网网卡，周期性检测所述第一以太网网卡的故障状态和记录所述第二以太网网卡的工作状态，根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡；

S3：发送或接收网络数据包，所述通信以太网网卡发送或接收网络数据包；

S4：组播通信，所述通信以太网网卡发送或接收组播数据包。

进一步地，所述S1具体包括：

调用连接函数，将所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡连接到所述网络驱动中；

调用配置函数，配置所述网络参数；

调用初始化函数，初始化所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡，使所述第一以太网网卡和所述第二以太网卡使用同一所述网络参数。

进一步地，检测所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的故障状态方法包括：

周期性检测所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的状态寄存器；

若所述状态寄存器中的link状态位为1，则所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡正常；

若所述状态寄存器中的link状态位为0，则所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡故障。

进一步地，记录所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的工作状态的方法包括：

设置第一变量和第二变量，所述第一变量为所述第一以太网网卡的工作状态，所述第二变量为所述第二以太网网卡的工作状态，所述工作状态包括通信状态和不工作状态；

若所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡为所述通信以太网网卡，则所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡处于通信状态；

否则，所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡处于不工作状态。

进一步地，所述根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡，具体包括：

采用所述第一以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡故障且所述第二以太网网卡正常，则切换所述第二以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡恢复正常且上一次所述第二以太网网卡处于通信状态，则继续采用所述第二以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡恢复正常且第二以太网网卡故障，则切换所述第一以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡故障且所述第二以太网网卡故障，则停止通信。

进一步地，调用定时函数，设置定时时间，根据所述定时时间周期性检测所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的故障状态和记录所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的工作状态。

进一步地，所述通信以太网网卡通过网口发送或接收igmp组播数据包。

进一步地，通信以太网网卡发送或接收组播数据包的方法具体包括：

获取组播组地址；

创建链表数据结构，所述链表数据结构中包含多个节点，所述节点为所述网口的所述组播组地址；

所述网口请求加入组播组时，所述链表数据结构增加一个节点；所述网口请求离开组播组时，所述链表数据结构删除一个节点；

当所述第一以太网网卡和所述第二以太网卡之间切换时，从所述链表数据结构中获取所述组播组地址，并发送加入或离开所述组播组的igmp数据包，所述通信以太网网卡通过所述网口发送或接收所述组播数据包。

本发明的技术效果或优点：

本发明提供的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，首先初始化配置网络参数，使第一以太网网卡和第二以太网网卡共用同一网络参数，根据第一以太网网卡和第二以太网网卡的故障状态和工作状态确定通信以太网网卡，然后，确定好的通信以太网网卡发送或接收网络数据包，另外通信以太网网卡发送或接收组播数据包。该实现方法，基于数据链路层的网络驱动，通过修改网络驱动，实现了基于QNX的双以太网的切换，切换时间短、成本低，且无需修改硬件以及应用程序程序，耦合程度低，稳定性以及安全性高，通信以太网卡支持组播通信功能，当以太网发生切换时，实现了组播功能的切换。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一个基于QNX的双以太网冗余的实现方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一个双以太网网卡冗余应用图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，文中使用术语“第一”、“第二”等之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。

为解决现有技术中基于QNX的双以太网冗余的成本高、切换时间长以及耦合程度高的技术问题，本发明提供了一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法，基于数据链路层的网络驱动，通过修改网络驱动，实现了基于QNX的双以太网的切换，切换时间短、成本低，且无需修改硬件以及应用程序程序，耦合程度低，稳定性以及安全性高。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一个基于QNX的双以太网冗余的实现方法的流程图一。本发明实施例提供的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，采用QNX的网络设备，所述网络设备包括第一以太网网卡和第二以太网网卡，所述方法基于数据链路层的网络驱动实现，包括：

S1：初始化，初始化配置网络参数；

S2：确定通信以太网网卡，周期性检测所述第一以太网网卡的故障状态和记录所述第二以太网网卡的工作状态，根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡；

S3：发送或接收网络数据包，所述通信以太网网卡发送或接收网络数据包；

S4：组播通信，所述通信以太网网卡发送或接收组播数据包。

本发明实施例提供的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，基于数据链路层的网络驱动，通过修改网络驱动，实现了基于QNX的双以太网的切换，切换时间短、成本低，且无需修改硬件以及应用程序程序，耦合程度低，稳定性以及安全性高，通信以太网卡支持组播通信功能，当以太网发生切换时，实现了组播功能的切换。

首先介绍一下QNX实时操作系统，QNX实时操作系统的网络子系统包括网络管理模块、网络设备驱动和网络协议模块，网络设备驱动处于网络管理模块和网络设备之间，网络设备驱动负责配置网络设备使其正常工作，向网络管理模块报告数据收发情况，接收和传递数据，接收网络管理模块的调度和管理。

具体地，参考图1，本发明实施例提供的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，采用QNX的网络设备，网络设备包括第一以太网网卡和第二以太网卡。需要说明的是，网络设备为多个，每一个网络设备中的以太网卡均冗余设置。其中，第一以太网网卡和第二以太网网卡无主次之分，本实施例中，在第一以太网网卡和第二以太网网卡通信正常时，优先使用第一以太网网卡通信，第二以太网网卡处于热备份状态。

参考图1和图2，基于QNX的双以太网冗余的实现方法，基于数据链路层的网络驱动实现，具体包括：

S1：初始化，初始化配置网络参数。具体地说，S1包括：调用连接函数，将所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡连接到所述网络驱动中；

调用配置函数，配置所述网络参数；

调用初始化函数，初始化所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡，使所述第一以太网网卡和所述第二以太网卡使用同一所述网络参数。

需要说明的是，网络参数包括IP地址、MAC地址以及子网掩码等。初始化配置网络参数通过网络设备驱动实现。

S2：确定通信以太网网卡，周期性检测所述第一以太网网卡的故障状态和记录所述第二以太网网卡的工作状态，根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡。需要说明的是，确定通信以太网网卡由网络管理模块实现。

其中，通过调用定时函数，设置定时时间，根据定时时间周期性检测第一以太网网卡和第二以太网网卡的故障状态和记录第一以太网网卡和第二以太网网卡的工作状态。本实施例中定时时间优选10ms。

S2中检测第一以太网网卡和第二以太网网卡的故障状态方法包括：

周期性检测第一以太网网卡和第二以太网网卡的状态寄存器；具体地说，周期性检测第一以太网网卡和第二以太网网卡的MDIO状态寄存器。

若MDIO状态寄存器中的link状态位为1，则第一以太网网卡和所述第二以太网网卡正常；

若MDIO状态寄存器中的link状态位为0，则第一以太网网卡和所述第二以太网网卡故障。

S2中记录所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的工作状态的方法包括：

设置第一变量和第二变量，所述第一变量为所述第一以太网网卡的工作状态，所述第二变量为所述第二以太网网卡的工作状态，所述工作状态包括通信状态和不工作状态；

若所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡为所述通信以太网网卡，则所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡处于通信状态；

否则，所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡处于不工作状态。

需要说明的是，在第一以太网网卡和第二以太网网卡都能正常通信时，只有其中一个以太网网卡处于通信状态，本实施例优选采用第一以太网网卡通信，此时第一以太网网卡的通信链路上有通信数据，第二以太网网卡的通信链路上无通信数据，第一以太网网卡处于通信状态，第二以太网网卡处于不工作状态。

在本实施例中，根据本次检测的第一以太网网卡和第二以太网网卡的故障状态以及上一次记录的第一以太网网卡和第二以太网网卡的工作状态，决定本次采用第一以太网网卡还是第二以太网网卡作为通信以太网网卡，具体如下：

S2中根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡，具体包括：

采用第一以太网网卡通信；

若第一以太网网卡故障且第二以太网网卡正常，则切换第二以太网网卡通信；

若第一以太网网卡恢复正常且上一次第二以太网网卡处于通信状态，则继续采用第二以太网网卡通信；

若第一以太网网卡恢复正常且第二以太网网卡故障，则切换第一以太网网卡通信；

若第一以太网网卡故障且第二以太网网卡故障，则停止通信。

需要说明的是，本实施例中优先选用第一以太网网卡进行通信，正如前文所述，第一以太网网卡和第二以太网网卡无主次之分，本领域技术人员可根据实际需要选择开始通信的以太网网卡。

S3：发送或接收网络数据包，所述通信以太网网卡发送或接收网络数据包。需要说明的是，发送网络数据包由网络管理模块实现。具体地说，网络数据包由应用层的应用程序发送，在发送网络数据包时，只需保证第一以太网网卡和第二以太网网卡其中一个通信正常，应用程序就可以将网络数据包发送到通信以太网卡上，不会发生网络数据包丢失情况，从而可实现网络数据包发送无扰动切换，通信以太网卡接收网络数据包时，第一以太网网卡和第二以太网网卡接收网络上发送的网络数据包，判断第一以太网网卡和第二以太网网卡是否为通信以太网网卡，若是，则处理接收到的网络数据包；否则，则舍弃所述第二网络数据包。具体地说，通过修改接收函数，实现通信以太网网卡网络数据包的准确无误的接收。

需要说明的是，通信以太网发送的网络数据包来自于应用层，通信以太网接收的网络数据包来自于网络。

S4：组播通信，所述通信以太网网卡发送或接收组播数据包。需要说明的是，组播数据包的接收和发送时需要附加的igmp数据包来支持组播管理功能。要实现组播数据包的接收功能，网口必须使用igmp数据包来发送加入组播组的请求，这样交换机才会把发送到该组播组的组播数据包转发给该网口。如果发生了冗余切换，切换后的网口必须发送igmp数据包来主动加入组播组，这样交换机才会往切换后的以太网网卡转发组播数据包。具体地说，发生冗余切换时，实现网口发送加入组播组的igmp组播数据包的关键是组播地址的获取。

通信以太网网卡通过网口发送或接收igmp组播数据包。通信以太网网卡发送或接收组播数据包的方法具体包括：

获取组播组地址；

创建链表数据结构，链表数据结构中包含多个节点，节点为网口的组播组地址；

网口请求加入组播组时，链表数据结构增加一个节点；网口请求离开组播组时，链表数据结构删除一个节点；

当第一以太网网卡和所述第二以太网卡之间切换时，从链表数据结构中获取组播组地址，并发送加入或离开所述组播组的igmp数据包，所述通信以太网网卡通过所述网口发送或接收所述组播数据包。。

本实施例中，通过创建链表结构体，在当两个以太网网卡发生切换时，能够实现组播功能的切换。

需要说明的是，S3和S4无顺序之分，属于并列关系，既可以按照S1-S2-S3顺序执行，也可以按照S1-S2-S4执行，还可以按照S1-S2-S3-S4或S1-S2-S4-S3执行。

本实施例提供的一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法，基于数据链路层的网络驱动，通过修改网络驱动，实现了基于QNX的双以太网的切换，切换时间短、成本低，且无需修改硬件以及应用程序程序，耦合程度低，稳定性以及安全性高，通信以太网卡支持组播通信功能，当以太网发生切换时，实现了组播功能的切换。

下面作为一个示例，具体介绍一下基于QNX的双以太网冗余的实现方法，本实施例中采用TI AM335X的网络驱动。

TI AM335X的网络驱动的函数如表1所示。

表1 TI AM335X的网络驱动的函数

函数名	函数作用
		Ti814x_attach	连接以太网网卡到网络驱动中
Ti814x_init	以太网网卡初始化
		Ti814x_receive	接收第二网络数据包
Ti814x_start	发送第一网络数据包
		Ti814x_entry	网络驱动开始运行处

调用Ti814x_entry函数，网络驱动开始运行，调用Ti814x_attach连接函数，将第一以太网网卡和第二以太网网卡连接到网络驱动中，调用ifconfig配置网络参数，在配置网络参数时，调用Ti814x_init初始化函数，分别初始化第一以太网网卡和第二以太网网卡，使第一以太网网卡和第二以太网卡使用同一网络参数。

调用callout_msec定时函数，设置10ms定时器，QNX实时操作系统中的网络管理模块每10ms通过检测第一以太网网卡和第二以太网网卡的状态寄存器以及记录第一以太网网卡和第二以太网网卡的工作状态，判断第一以太网网卡和第二以太网网卡的故障状态和工作状态，根据本次第一以太网网卡的故障状态和上一次第二以太网网卡的工作状态确定本次通信以太网网卡。

当通信以太网卡发送网络数据包时，调用Ti814x_start发送函数发送网络数据包；当通信以太网网卡接收网络发送的网络数据包时，由于网路数据包的接收通过中断触发实现，第一以太网网卡和第二以太网网卡都可能收到网络数据包，修改Ti814x_receive接收函数，判断第一以太网网卡和第二以太网网卡是否为通信以太网网卡，若是，则处理接收到的网络数据包；否则，则舍弃所述网络数据包。

组播通信时，获取组播组地址，创建链表数据结构g_mbufigmp，当网口请求加入组播组时，链表数据结构增加一个节点，当网口请求离开组播组时，链表数据结构删除一个节点，当第一以太网网卡和第二以太网卡之间切换时，网络驱动从链表数据结构g_mbufigmp中获取组播组地址，并发送加入或离开组播组的igmp数据包，通信以太网网卡通过网口发送或接收组播数据包，实现组播功能的切换。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，采用QNX的网络设备，所述网络设备包括第一以太网网卡和第二以太网网卡，所述方法基于数据链路层的网络驱动实现，包括：

S1：初始化，初始化配置网络参数；

S2：确定通信以太网网卡，周期性检测所述第一以太网网卡的故障状态和记录所述第二以太网网卡的工作状态，根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡；

S3：发送或接收网络数据包，所述通信以太网网卡发送或接收网络数据包；

S4：组播通信，所述通信以太网网卡发送或接收组播数据包。

2.根据权利要求1所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，所述S1具体包括：

调用连接函数，将所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡连接到所述网络驱动中；

调用配置函数，配置所述网络参数；

调用初始化函数，初始化所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡，使所述第一以太网网卡和所述第二以太网卡使用同一所述网络参数。

3.根据权利要求1所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，检测所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的故障状态方法包括：

周期性检测所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的状态寄存器；

若所述状态寄存器中的link状态位为1，则所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡正常；

若所述状态寄存器中的link状态位为0，则所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡故障。

4.根据权利要求3所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，记录所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的工作状态的方法包括：

设置第一变量和第二变量，所述第一变量为所述第一以太网网卡的工作状态，所述第二变量为所述第二以太网网卡的工作状态，所述工作状态包括通信状态和不工作状态；

若所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡为所述通信以太网网卡，则所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡处于通信状态；

否则，所述第一以太网网卡或所述第二以太网网卡处于不工作状态。

5.根据权利要求4所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，所述根据所述故障状态和所述工作状态确定通信以太网卡，具体包括：

采用所述第一以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡故障且所述第二以太网网卡正常，则切换所述第二以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡恢复正常且上一次所述第二以太网网卡处于通信状态，则继续采用所述第二以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡恢复正常且第二以太网网卡故障，则切换所述第一以太网网卡通信；

若所述第一以太网网卡故障且所述第二以太网网卡故障，则停止通信。

6.根据权利要求1～5任一项所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，调用定时函数，设置定时时间，根据所述定时时间周期性检测所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的故障状态和记录所述第一以太网网卡和所述第二以太网网卡的工作状态。

7.根据权利要求1所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，所述通信以太网网卡通过网口发送或接收组播数据包。

8.根据权利要求7所述的基于QNX的双以太网冗余的实现方法，其特征在于，通信以太网网卡发送或接收组播数据包的方法具体包括：

获取组播组地址；

创建链表数据结构，所述链表数据结构中包含多个节点，所述节点为所述网口的所述组播组地址；

所述网口请求加入组播组时，所述链表数据结构增加一个节点；所述网口请求离开组播组时，所述链表数据结构删除一个节点；

当所述第一以太网网卡和所述第二以太网卡之间切换时，从所述链表数据结构中获取所述组播组地址，并发送加入或离开所述组播组的igmp数据包，所述通信以太网网卡通过所述网口发送或接收所述组播数据包。

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