基于VxWorks的雙端口網(wǎng)卡智能雙冗余驅(qū)動
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智能雙冗余網(wǎng)卡驅(qū)動中定義了一個控制單網(wǎng)卡設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)，如下所示：
typedef struct ne2000_device
{
……
int unit； /*網(wǎng)卡單元號*/
int ilevel； /*中斷優(yōu)先級*/
int byteAccess； /*字節(jié)存儲模式*/
ULONG base； /*基地址*/
int offset； /*內(nèi)存對齊偏移量*/
volatile ULONG imask； /*中斷屏蔽碼*/
UCHAR enetAddr[6]； /*網(wǎng)卡物理地址*/
……
} DETHEND_DEVICE；
驅(qū)動中創(chuàng)建了兩個網(wǎng)卡設(shè)備控制結(jié)構(gòu)分別控制兩塊網(wǎng)卡。上層應(yīng)用通過操作網(wǎng)卡控制結(jié)構(gòu)從而實現(xiàn)對網(wǎng)卡的各種操作。
2.3 網(wǎng)絡(luò)通信故障診斷方法
要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)端口的智能切換，實現(xiàn)網(wǎng)卡間冗余備份的功能，首要前提就是需要診斷出當(dāng)前工作的網(wǎng)卡是否網(wǎng)絡(luò)通信故障。任何一種網(wǎng)絡(luò)芯片都提供連接狀態(tài)自動診斷功能，通過在網(wǎng)絡(luò)芯片的某個寄存器的相應(yīng)位置0或置1來表示該網(wǎng)卡連接正常還是連接錯誤。它所檢測的依據(jù)是網(wǎng)卡是否連通，也就是從本機網(wǎng)絡(luò)端口到網(wǎng)線另一端的網(wǎng)絡(luò)端口整個通路是否連通，它能檢測出網(wǎng)線斷開、網(wǎng)絡(luò)接口松動及故障等錯誤。
本文使用的SEM/DETH雙端口以太網(wǎng)卡采用兩塊RTL8019AS網(wǎng)絡(luò)芯片，該網(wǎng)絡(luò)芯片的寄存器組采用分頁存儲方式，共分為4頁，都映射到16個I/O地址空間上。其中，第3頁CONFIG0寄存器的B2位表示網(wǎng)卡連接狀態(tài)自動診斷結(jié)果，當(dāng)該位為1時表示連接錯誤，為0時表示連接正常。智能雙冗余驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)故障診斷任務(wù)判斷網(wǎng)卡連接狀態(tài)的代碼如下：
setting=sysInByte(pDrvCtrl->base)； /*讀取命令寄存器狀態(tài)*/
sysOutByte(pDrvCtrl->base，(0xc0|setting))；/*選擇第3頁寄存器組*/
if(sysInByte(pDrvCtrl->base+CONFIG0_REG) 0x04)/*網(wǎng)絡(luò)連接錯誤*/
{ …… }
2.4 單物理地址實現(xiàn)
要使兩塊網(wǎng)卡實現(xiàn)智能雙冗余備份，它們必須有相同的物理地址和IP地址。否則，當(dāng)由其中一個網(wǎng)卡切換到另一個網(wǎng)卡上時，如果IP地址發(fā)生變化，系統(tǒng)將無法正常接收、發(fā)送數(shù)據(jù)；如果IP地址不發(fā)生變化而僅僅物理地址發(fā)生變化，雖然網(wǎng)卡切換后，系統(tǒng)仍可以正常接收、發(fā)送數(shù)據(jù)，但由于物理地址發(fā)生變化，將引起協(xié)議棧中ARP綁定表的變化，重新對應(yīng)ARP綁定表中IP地址與網(wǎng)卡物理地址的關(guān)系，則延長了兩個網(wǎng)卡之間的切換時間。
系統(tǒng)的IP地址存在于系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中，在系統(tǒng)啟動后與網(wǎng)卡進行綁定。由于本文設(shè)計實現(xiàn)的智能雙冗余驅(qū)動對于應(yīng)用系統(tǒng)和協(xié)議棧來說呈現(xiàn)單網(wǎng)卡的特征，網(wǎng)卡之間的切換只在驅(qū)動程序中完成，所以，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)卡切換時，系統(tǒng)的IP地址并不發(fā)生變化。
對于網(wǎng)卡的物理地址來說，通常每塊網(wǎng)卡有一個全世界范圍內(nèi)惟一的物理地址，它保存在網(wǎng)卡的PROM中。網(wǎng)卡初始化時，要從PROM中讀出物理地址，把它存放在適當(dāng)?shù)募拇嫫骱蛿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，對外來說，寄存器和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)值就是這塊網(wǎng)卡的物理地址。在智能雙冗余驅(qū)動程序中，當(dāng)驅(qū)動程序初始化時只讀取一塊網(wǎng)卡PROM中的物理地址，然后把這個地址寫入兩塊網(wǎng)卡的對應(yīng)物理地址寄存器和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量pDrvCtrl中，這樣，兩塊網(wǎng)卡對外就具有統(tǒng)一的物理地址了。因為驅(qū)動程序自始至終只有一塊網(wǎng)卡處于激活狀態(tài)，另一塊作為備份，因此不會發(fā)生同一個網(wǎng)絡(luò)上兩個物理地址相同出現(xiàn)沖突這種現(xiàn)象。
3 性能測試
3.1 測試方法
針對本文設(shè)計、實現(xiàn)的雙端口網(wǎng)卡智能雙冗余驅(qū)動進行性能測試。將智能雙冗余驅(qū)動編譯到VxWorks操作系統(tǒng)中，使用帶有SEM/DETH雙端口以太網(wǎng)卡的計算機做目標(biāo)機，使用兩根網(wǎng)線把目標(biāo)機連接到交換機上。目標(biāo)機應(yīng)用程序以40次/秒的速率向外發(fā)送UDP廣播報文。采用普通PC機作為主機系統(tǒng)，運行Windows2000操作系統(tǒng)，使用sniffer Pro工具進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
3.2 測試結(jié)果及分析
測試結(jié)果如圖2所示，橫坐標(biāo)代表報文數(shù)，縱坐標(biāo)代表主機接收到的目標(biāo)機UDP廣播報文中兩個連續(xù)UDP報文之間的間隔時間(單位為秒)。由圖2可以看到，由于目標(biāo)機正常工作狀態(tài)下是以40次/秒的速率廣播發(fā)送UDP網(wǎng)絡(luò)報文的，所以每兩個報文之間的時間間隔大部分為25ms左右。在圖2中出現(xiàn)了8次主機接收到的廣播報文時間間隔為100ms左右的情況，這是由于在目標(biāo)機端進行了8次網(wǎng)卡切換，在網(wǎng)卡切換過程中出現(xiàn)了報文丟失現(xiàn)象。
由測試結(jié)果看，本文設(shè)計實現(xiàn)的智能雙冗余驅(qū)動能夠很好地實現(xiàn)雙端口網(wǎng)卡冗余備份的功能，在檢測到主通道網(wǎng)卡設(shè)備連接錯誤時可以切換到備用通道繼續(xù)進行網(wǎng)絡(luò)通信，并且可以在兩塊網(wǎng)卡之間循環(huán)切換；同時，該驅(qū)動對上層用戶透明，呈現(xiàn)單網(wǎng)卡的特性，完全在驅(qū)動中實現(xiàn)網(wǎng)卡間的冗余備份。
本文設(shè)計實現(xiàn)了一個基于VxWorks的雙端口網(wǎng)卡智能雙冗余驅(qū)動，在驅(qū)動中實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)通信故障診斷和網(wǎng)卡間智能切換功能，對上層應(yīng)用呈現(xiàn)單網(wǎng)卡特性。通過對設(shè)計實現(xiàn)的智能雙冗余驅(qū)動進行性能測試，驗證了設(shè)計的正確性和有效性，但通過測試結(jié)果也可以看到，在網(wǎng)卡切換過程中還存在切換時間較長的問題，有待進一步研究。
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