秦韋忠-AI物聯時代下rt-thread的網絡能力及網絡框架代碼詳解.ppt

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1、AI物聯時代下rt-thread的網絡能力及網絡框架代碼詳解by 秦韋忠2024.06.02分享些什么ai和物聯網的行業和應用現狀rt-thread提供的網絡能力，應用層面分享如何通過軟件包實現行業應用，網卡層面分享已經支持的網卡，協議棧層面分享已經支持的tcp/ip協議棧rt-thread sal_socket的工作原理rt-thread 網卡驅動和工作原理，分享通用網卡驅動和wlan網卡驅動、以rw007為示例加深理解聽了能獲得什么有能力使用rt-thread構建基于物聯網的行業應用有能力進行rt-thread的網卡調試和性能調優目錄第一部分 行業和應用一、ai和物聯網的行業和應用現狀二、

2、rt-thread提供的網絡能力2.1 應用開發常用的軟件包2.2 支持的網絡協議棧2.3 支持的網卡第二部分 源碼詳解三、rt-thread sal_socket3.1 sal軟件架構3.2 sal_socket工作原理四、rt-thread 網卡驅動和工作原理4.1 網卡種類和對應驅動框架4.2 網卡數據的收發第三部分 展望和致謝五、展望和致謝5.1 展望5.2 致謝第一部分 行業和應用一、ai和物聯網的行業和應用現狀二、rt-thread提供的網絡能力2.1 應用開發常用的軟件包2.2 支持的網絡協議棧2.3 支持的網卡一、一、aiai和物聯網的行業和應用現狀和物聯網的行業和應用現狀智能

3、家居、智慧樓宇醫療、健康制造業、工業物聯網交通運輸、車聯網1.1 ai1.1 ai和物聯網行業和物聯網行業零售、pos機、共享充電寶農業能源管理智慧城市續1.21.2、應用方式、應用方式EMQX搭建私有mqtt服務器第三方ai、物聯網平臺，調用云api二、二、rt-threadrt-thread提供提供的網絡的網絡能力能力2.1 2.1 常用常用軟件包軟件包paho-mqtt：eclipse mqtt 客戶端WebClient：rt-thread http/https客戶端librws：websocket客戶端CoAP：受限應用協議freemodbus：modbus主從協議棧netutils：

4、rt-thread網絡工具集NimBLE：藍牙5.0協議棧ota_downloader：ota固件下載Ali-iotkit：阿里云物聯網平臺tencent-iot-sdk：騰訊云物聯網平臺OneNet：OneNet物聯網平臺Azure IoT SDK：azure物聯網平臺2.2 2.2 支持的網絡協議棧支持的網絡協議棧lwip：Light weight IP，輕量化TCP/IP協議，是瑞典計算機科學院(SICS)的Adam Dunkels 開發的一個小型開源的TCP/IP協議棧。LwIP的設計初衷是：用少量的資源消耗實現一個較為完整的TCP/IP協議棧，其中“完整”主要指的是TCP協議的完整性

5、，實現的重點是在保持TCP協議主要功能的基礎上減少對RAM 的占用。at：主控外接網絡模塊，通過串口發送at指令實現上網，如esp8266、ec20wiznet：w5500硬件tcp/ip協議棧2.3 2.3 支持的網卡支持的網卡rw007enc28j60dm9000通用網卡驅動，如lan8720W60 xM26/MC20EC200T、EC200SSIM800C、SIM76XX.第二部分 源碼詳解三、rt-thread sal_socket3.1 sal軟件架構3.2 sal_socket工作原理四、rt-thread 網卡驅動和工作原理4.1 網卡種類和對應驅動框架4.2 網卡數據的收發三、

6、三、rt-thread sal_socketrt-thread sal_socket3.1 sal3.1 sal軟件架構軟件架構如圖所示，rt-thread的網絡分為應用層、sal_socket、netdev、協議簇（at、lwip、wiznet）、網卡驅動五層。應用層：調用BSD Socket API實現的網絡應用，如paho-mqtt。sal_socket：對socket的抽象，對上提供BSD socket接口，對下提供socket的標準接口供不同協議棧適配。netdev：netdev的私有數據保存協議簇pf(sal_proto_family)，pf保存具體協議棧的操作集，sal_sock

7、et通過netdev調用協議棧接口。協議簇：通過netdev_register實例化一個網卡前，會向netdev的pf注冊一個具體的協議簇。網卡驅動：底層硬件。如果用lwip，會通過eth_device_init注冊一張網卡。3.2 sal_socket3.2 sal_socket工作工作原理原理1 http客戶端應用調用rt-thread提供的http client軟件包webclient的接口2 軟件包webclient調用BSD socket的socket創建套接字，獲取描述符fd3#define socket sal_socket/socketsys_socketsyssocket.h

8、4 sal_socket-socket_init 從netdev_def（默認網卡）或者netdev_list獲取netdev，賦值給sal_socket5 獲取到netdev后，sal_socket通過netdev中的sal_user_data獲取sal_proto_family，從sal_proto_family獲取skt_ops，通過skt_ops調用具體的協議棧6-1 對于lwip來說，調用lwip_socket、lwip_connect、lwip_send等lwip接口7-1 rtthread在lwip原有網卡netif上封裝出了eth_device，在適配網卡時只需要關注實現eth

9、_device，底層數據的收發是通過eth_device的eth_tx和eth_rx完成的。lwip的數據流到此結束。6-2 對于at來說，調用at_socket、at_connect、at_sendto等接口7-2 at_socket創建套接字的時候會獲取協議簇為at的netdev，根據netdev的name獲取at_device，從at_device的class獲取socket_ops給到at_socket8 當進行socket_connect等操作時，從sal_socket的user_data獲取at_socket的fd，進而取到at_socket，接著調用at_socket的ops調用

10、具體設備的at_connect，會發送at指令去連接tcp服務器。at的數據流程到此結束。四、四、rt-thread rt-thread 網卡驅動和工作原理網卡驅動和工作原理4.1 4.1 網卡種類和對應驅動框架網卡種類和對應驅動框架rt-thread分為三類網卡：lwip、at、wiznet，這里只討論前兩種。lwiplwip：用于在mcu上運行協議棧的場合，rt-thread適配好了lwip的port層，并在port層抽象出eth_device，作為rt-thread的網卡接口。eth_device結構體如下圖所示。netif：lwip網卡接口。會在eth_device_init的時候初始

11、化并最終通過netifapi_netif_add添加進lwip內核。eth_tx：網卡發送接口。網卡需要送出ip數據報的時候調用netif的linkoutput，最終會調用eth_device的eth_tx。eth_rx：網卡接收接口。在eth_rx_thread_entry任務中，會調用eth_device的eth_rx接口獲取底層硬件的數據，并通過netif的input接口傳入lwip內核。常規lwip的網卡是通過netif_add向lwip內核注冊一個netif，而rt-thread在適配時將netif封裝在了eth_device，得到了更高級的抽象。對于此類網卡驅動，使用的是eth_d

12、evice驅動框架，如果需要開發一張網卡，重點需要實現eth_device中與硬件相關的eth_tx和eth_rx兩個接口，初始化對應的eth_device結構體并調用eth_device_init將eth_device注冊到系統。atat：用于外接wifi模塊或4g模塊的場合，rt-thread針對通過at指令聯網的網卡實現了at socket的sal_proto_family，這類網卡使用的框架是at_device框架，想要開發一個at設備的網卡，需要實現at_device_class，重點是提供at_device_class的socket_ops，最后通過at_device_class_

13、register注冊。4.2 4.2 網卡數據的收發網卡數據的收發網卡數據的發送網卡數據的發送 netif會在eth_device_init的時候初始化并最終通過netifapi_netif_add添加進lwip內核，網卡需要發送ip數據報的時候調用netif的linkoutput，最終會調用eth_device的eth_tx。網卡數據的接收網卡數據的接收 在eth_rx_thread_entry任務中，會調用eth_device的eth_rx接口獲取底層硬件的數據，并通過netif的input接口傳入lwip內核。如下圖為eth_rx_thread_entry任務的接收部分。第三部分 展望和致謝展望未來，會有更多物聯網的應用場景，特別是ai的進步，類似于chatgpt會提供云端api，這是物聯網的新型應用場景，作為一個小而美的物聯網操作系統，rt-thread在網絡方面提供了sal_socket，能應用于傳統的lwip的網卡和at網卡，基本涵蓋了嵌入式的網卡類型，同時，也提供了常用網絡協議的軟件包，如http的webcleint，mqtt的paho-mqtt，也對接了常用的云平臺，如騰訊云、阿里云，依托軟件包，可以加快部署和驗證。最后，感謝大家捧場，讓我們一起迎接未知而充滿機遇和挑戰的未來，祝rt-thread越來越好，祝大家工作順利。THE END