VxWorks中以太網(wǎng)通信報文的粘連問題
作者：北京交通大學(xué) 張明 鄭偉 陜西國華錦界能源有限公司 張福仲
時間：2008-06-27
來源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用
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2.2 接收方的解決方法
對于由接收方引起的報文粘連，也有兩種方法解決。
?。?） 提高報文處理任務(wù)的優(yōu)先級
使用VxWorks操作系統(tǒng)可以方便地設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級。使用taskSpawn函數(shù)啟動任務(wù)，其中priority的數(shù)值就是任務(wù)的優(yōu)先級（從0～255，優(yōu)先級依次降低）。使用此函數(shù)將處理報文任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)為比其他任務(wù)高，但是為了減小意外發(fā)生的可能，該值應(yīng)小于100，因?yàn)閠askSpawn的默認(rèn)優(yōu)先級為100。
?。?） 將粘連在一起的報文進(jìn)行分包處理
此方法是規(guī)定報文數(shù)據(jù)某一位的內(nèi)容為該幀報文數(shù)據(jù)的總長度，接收方先提取出此內(nèi)容，如果緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)長度大于等于該長度，則按該內(nèi)容的長度從緩沖區(qū)中提取數(shù)據(jù)；如果長度不夠則不提取數(shù)據(jù)，等到長度達(dá)到要求時再提取數(shù)據(jù)。這樣即使出現(xiàn)報文粘連現(xiàn)象，應(yīng)用程序也會將粘連在一起的數(shù)據(jù)進(jìn)行分包處理，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失無法識別報文ID的情況。下面通過一個具體例子進(jìn)行詳細(xì)說明。
在實(shí)驗(yàn)線上MCU發(fā)送給DCC的狀態(tài)報文長度為84字節(jié)（報文ID為91H），應(yīng)答報文長度為20字節(jié)（報文ID為81H），接收緩沖區(qū)為90字節(jié)。如果狀態(tài)報文粘連在應(yīng)答報文之后，則將使DCC無法收到完整的狀態(tài)報文。這種情況連續(xù)發(fā)生3次之后，DCC將認(rèn)為任務(wù)MCU發(fā)生故障，系統(tǒng)將停機(jī)，因而結(jié)果必然是錯誤的。如果將報文長度放在報文的第一位中，報文ID放在第二位中，則進(jìn)行分包處理后就不會出現(xiàn)上述的診斷錯誤。處理過程如圖2所示。
圖2 分包處理過程
2.3 交換機(jī)的解決方法
對于由交換機(jī)引起的報文粘連，有3種解決方法：
?。?） 使用有更強(qiáng)處理能力的交換機(jī)
可使用處理能力更強(qiáng)、擁有較大緩存空間的交換機(jī)?？墒悄壳皩?shí)驗(yàn)現(xiàn)場已經(jīng)使用了某外國著名廠商的16口交換機(jī)，且該交換機(jī)有1MB的緩存空間，使用更高檔的交換機(jī)無疑會使成本增高。
?。?） 增加交換機(jī)數(shù)量
可將1臺16口交換機(jī)的工作量交由2臺8口交換機(jī)來完成，再將這兩臺交換機(jī)進(jìn)行連接。這種方法可以明顯降低一臺交換機(jī)的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，但會使系統(tǒng)的可靠性和安全性指標(biāo)大幅度降級；而且隨著以后實(shí)驗(yàn)設(shè)備的增加，不斷連接新交換機(jī)的方法有可能使網(wǎng)絡(luò)形成環(huán)路，這將造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。所以，不建議使用此方法。
?。?） 修改對交換機(jī)的配置
可通過修改相關(guān)參數(shù)將交換機(jī)數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)置為無等待傳輸，即在交換機(jī)得到數(shù)據(jù)后不放入內(nèi)部緩沖區(qū)，而是直接交給接收方。這種方式在一定程度上可以避免粘包現(xiàn)象的發(fā)生，但當(dāng)報文傳輸很緊密時也有繼續(xù)產(chǎn)生粘包現(xiàn)象的可能。
3 結(jié)論
通過對發(fā)送方和接收方4種解決方法的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)效果不盡相同。
?、?在關(guān)閉Nagle算法的情況下，發(fā)現(xiàn)Nagle算法依然在使用。最終的結(jié)論是，這是Winsock的一個BUG，并且已經(jīng)在微軟的BUG目錄中得到了證實(shí)，所以此方法無效。
?、?將Winsock kernel buffer設(shè)置為0后粘包問題得到了解決，但傳輸速度明顯降低。經(jīng)測試，每秒大概只能傳送5幀數(shù)據(jù)，這在VxWorks這種硬實(shí)時系統(tǒng)中是無法接受的。
?、?提高報文處理任務(wù)優(yōu)先級的方法可以對報文粘連起到防治，但有可能產(chǎn)生一些不易發(fā)現(xiàn)的任務(wù)調(diào)度問題。
?、?分包處理的方法雖然不能防止粘連的發(fā)生，但是可以完全防止報文粘連對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。實(shí)踐證明，使用分包處理的方法可以在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下保證傳輸?shù)恼_性，而且不會產(chǎn)生任何副作用，對處理速度的影響也很小，可以忽略不計。這種方法已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場使用了很長一段時間，運(yùn)行情況良好。
參考文獻(xiàn)
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