6.7RTIPC之XDDP实例分析

6.7 RTIPC之XDDP实例分析

XDDP 跨域数据报协议，允许线程在 Xenomai 域与 Linux 域之间通过消息管道(Message pipes)通信，且实时任务不会离开 Xenomai 域，不会影响实时性。

XDDP 有如下特性：

通信机制 ：
- 支持数据报通信，类似于 IDDP；
- 支持流式缓存区通信，类似于 BUFP。
内存空间管理 ：内存空间的分配实际上在 bind 操作中完成，所以应在 bind 之前申请本地内存池。
- 数据报通信机制中，可通过 setsockopt + XDDP_POOLSZ 申请本地内存池，不使用 Xenomai 系统内存池。
- 流式缓存通信机制中，必须通过 setsockopt + XDDP_BUFSZ 申请缓冲区。
端口号：使用数字端口号管理，支持动态端口号分配
端口标签化(Labeled Port) ：为端口赋予可读名称（如"iddp-demo"），通过名称连接。

Xenomai 源码 demo/posix/cobalt 目录自带了示例程序，非常完整的演示上述特性。

特性	xddp-echo.c	xddp-stream.c	xddp-label.c
寻址方式	指定端口号	指定端口号	通过标签动态查找端口
通信机制	数据报	流式缓存区	数据报
连接模式	无连接	无连接	无连接
内存空间	单独申请独立内存池 `xddp-pool`	本地缓存区	使用 Xenomai 系统内存池 `system heap` (默认)

6.7.1 XDDP 实时/非实时端口通信：`xddp-echo.c`

1. 代码概述

本程序演示了Xenomai实时线程与Linux常规线程通过XDDP协议进行双向通信的过程。实时线程通过XDDP套接字发送数据，常规线程通过字符设备文件先读后写，实现数据回显功能。如下图所示，共经历发送、接收、回送、回收共 4 个步骤。

头文件包含

代码开始部分包含了多个头文件，用于标准输入输出、线程操作、实时 IPC（进程间通信）、以及一些其他必要的系统功能。其中，<rtdm/ipc.h> 是与 Xenomai 实时数据分发协议相关的头文件。

全局变量与常量

c 复制代码

pthread_t rt, nrt;   // 实时线程和常规线程句柄

pthread_t rt, nrt;：定义了两个线程变量，用于标识实时线程和常规线程。
XDDP_PORT：定义了实时线程端口号，也是常规线程打开设备时使用的次设备号。

#define XDDP_PORT 0 // 通信端口号（端口号0对应/dev/rtp0）

消息数组

msg[] 数组包含了一系列字符串消息。这些消息将用于演示实时和常规线程之间的通信。

复制代码

static const char *msg[] = {
	"Surfing With The Alien",
	"Lords of Karma",
	"Banana Mango",
	"Psycho Monkey",
	"Luminous Flesh Giants",
	"Moroccan Sunset",
	"Satch Boogie",
	"Flying In A Blue Dream",
	"Ride",
	"Summer Song",
	"Speed Of Light",
	"Crystal Planet",
	"Raspberry Jam Delta-V",
	"Champagne?",
	"Clouds Race Across The Sky",
	"Engines Of Creation"
};

2. `main函数流程`

信号屏蔽：阻塞SIGINT/SIGTERM/SIGHUP信号
线程属性配置：
- 实时线程：调度策略设为 SCHED_FIFO 策略，优先级为 42。
- 常规线程，调度策略设为 SCHED_OTHER 策略。
线程创建：分别启动实时线程和常规线程
信号等待：主线程阻塞等待终止信号
资源回收：取消线程并等待退出

3. `realtime_thread` 实时线程

创建XDDP套接字：

c 复制代码

socket(AF_RTIPC, SOCK_DGRAM, IPCPROTO_XDDP)

配置内存池：

c 复制代码

setsockopt(XDDP_POOLSZ, 16KB)  // 专用内存池避免系统资源竞争

绑定端口：
c 复制代码
```
bind(port=0)  // 对应/dev/rtp0设备
```

数据收发循环：

c 复制代码

sendto()发送预设消息 -> recvfrom()接收回显数据
clock_nanosleep(500ms)  // 让渡出部分实际给其它任务

4. `regular_thread` 常规线程

打开字符设备：
c 复制代码
```
open("/dev/rtp0", O_RDWR)
```

数据回显循环：

c 复制代码

read()接收实时数据 -> write()原样回写

6. 运行及输出

程序输出示例：

复制代码

./xddp-echo
realtime_thread: sent 22 bytes, "Surfing With The Alien"
   => "Surfing With The Alien" echoed by peer
realtime_thread: sent 14 bytes, "Lords of Karma"
   => "Lords of Karma" echoed by peer
realtime_thread: sent 12 bytes, "Banana Mango"
   => "Banana Mango" echoed by peer
......

观察内存池，其独立申请了 xddp-pool@0 内存池，没有使用 system heap。

复制代码

# cat /proc/xenomai/heap
    TOTAL      FREE  NAME
  4194304   4183872  system heap
    16384     16384  debug log
   262144    261968  shared heap
   262144    262112  private heap[314]
    16384     16384  xddp-pool@0

6.7.2 xddp-stream.c XDDP流式传输示例分析

1. 代码概述

XDDP 除了发送数据报文外，还可以通过端口以字节流模式传输数据。当需要向Linux域发送的数据无需保持消息边界时，这种模式能有效提升带宽利用率并降低传输开销。

当使用 setsockopt + XDDP_BUFSZ 为套接字设置非零缓冲区大小时将启用此功能。任何发送函数中传递 MSG_MORE 标志，数据会持续累积至流缓冲区，直到在满足以下任一条件：

Linux域接收端被唤醒并开始消费数据(xddp-stream.c 演示的场景)
不同源端口尝试向同一目标端口发送数据
发送标志中未包含 MSG_MORE

xddp-stream.c 开启了 XDDP 流式传输功能，通过 MSG_MORE 标志实现消息分片聚合传输，展示了大数据量传输场景下的优化方法。实时线程使用分散写入方式发送消息，常规线程先读后写，实现数据回显功能。如下图所示，共经历发送、接收、回送、回收共 4 个步骤。

2. 与 `xddp-echo.c` 相比的变化点

与 xddp-echo.c 相比，只有 realtime_thread 实时线程发生了变化：

流式缓冲区配置：

c 复制代码

setsockopt(XDDP_BUFSZ=1024)  // 设置1KB流式缓冲区

分片发送机制：

c 复制代码

for(b=0; b<len; b++) {
    sendto(msg[n]+b, 1, MSG_MORE)  // 分片发送单字节
}

3. 运行及输出

复制代码

./xddp-stream
realtime_thread: sent (scattered) 22-bytes message, "Surfing With The Alien"
   => "Surfing With The Alien" echoed by peer
realtime_thread: sent (scattered) 14-bytes message, "Lords of Karma"
   => "Lords of Karma" echoed by peer
realtime_thread: sent (scattered) 12-bytes message, "Banana Mango"
   => "Banana Mango" echoed by peer
......

6.7.3 xddp-label.c XDDP标签化通信示例分析

1. 代码概述

本示例引入端口标签机制，演示了Xenomai实时线程与Linux常规线程通过XDDP协议进行双向通信的过程。系统包含两个实时线程（收发分离）和一个常规线程（消息环回），形成双向通信环路。如下图所示，共经历发送、接收、回送、回收共 4 个步骤。

2. 与 `xddp-echo.c` 相比的变化点

新增标签定义

c 复制代码

#define XDDP_PORT_LABEL "xddp-demo"  // 语义化端口标识

单个实时线程拆分成两个实时线程

realtime_thread1 ：
- 创建标签化监听端口
  - setsockopt(XDDP_LABEL): 内核注册标签
  - bind(sipc_port=-1): 自动分配物理端口
- 持续接收常规线程转发的数据
realtime_thread2：
- 动态发现标签端口
  - connect(XDDP_LABEL): 连接标签
  - getpeername(): 获取实际端口号
- 定时发送测试消息

regular_thread：
- 通过/proc接口访问标签端口：/proc/xenomai/registry/rtipc/xddp/xddp-demo
- 从 realtime_thread2 接收，转发到 realtime_thread1，实现消息环回。

3. 运行及输出

当 realtime_thread2 连接到 realtime_thread1 创建的标签化端口时，才会开始发送。并且在发送之前，打印出标签实际对应的动态分配的端口号。

注意，实际在常规线程中打开的是 /proc/xenomai/registry/rtipc/xddp/xddp-demo，并不是 /dev/rtp0。

复制代码

./xddp-label
realtime_thread2: NRT peer is reading from /dev/rtp0
realtime_thread2: sent 22 bytes, "Surfing With The Alien"
realtime_thread1: "Surfing With The Alien" relayed by peer
realtime_thread2: sent 14 bytes, "Lords of Karma"
realtime_thread1: "Lords of Karma" relayed by peer
realtime_thread2: sent 12 bytes, "Banana Mango"
realtime_thread1: "Banana Mango" relayed by peer
......

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