6.5RTIPC之IDDP实例分析

6.5 RTIPC之IDDP实例分析

实时进程或实时线程之间，可以使用 RTIPC IDDP 协议通信。 IDDP 基于数据报（UDP风格），单次发送即完成传输。

IDDP 有如下特性：

内存池管理：可通过setsockopt + IDDP_POOLSZ申请本地内存池，不使用 Xenomai 系统内存池。本地内存池的分配实际上在bind操作中完成，所以应在bind之前申请本地内存池。
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	iddp-sendrecv.c	iddp-label.c
寻址方式	指定端口号	通过标签动态查找端口
连接模式	无连接（`sendto/recvfrom`）	类连接（`connect`+`write/recvfrom`）
内存池	单独申请独立内存池`iddp-pool`	使用 Xenomai 系统内存池`system heap`(默认)

6.5.1 IDDP 无连接实时通信：iddp-sendrecv.c

1. 代码概述

iddp-sendrecv.c是一个使用 IDDP 协议的 C 语言示例程序，它展示了如何创建两个实时线程，并通过创建套接字、设置内存池、绑定端口以及使用sendto和recvfrom实现数据的发送与接收。该示例中，服务器线程绑定到一个实时时端口，接收来自客户端线程的数据报。客户端线程同样创建一个数据报套接字，绑定到一个不同的实时时端口，然后向服务器线程发送一系列预定义的消息。

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

pthread_t svtid, cltid;：定义了两个线程变量，用于标识服务器线程和客户端线程。
IDDP_SVPORT与IDDP_CLPORT：这两个宏定义了服务器线程和客户端线程所使用的实时时端口号。

#define IDDP_SVPORT 12 #define IDDP_CLPORT 13

消息数组

msg[]数组包含了服务器线程将要接收的一系列字符串消息。这些消息将用于演示服务器线程和客户端线程之间的通信。

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`函数分析

信号屏蔽：程序开始时，屏蔽了一些信号（如SIGINT、SIGTERM和SIGHUP），以确保在这些信号到来时不会中断正在运行的线程。
线程属性设置：分别为服务器线程和客户端线程设置了线程属性，包括调度策略（SCHED_FIFO表示先进先出调度策略）、调度优先级等。
创建线程：通过pthread_create函数分别创建了服务器线程和客户端线程。
等待信号：main函数会调用sigwait函数来等待任意一个被屏蔽的信号。当接收到信号后，程序会取消服务器线程和客户端线程，并通过pthread_join等待它们完成。

3.`server(void *arg)`服务器线程

创建套接字：使用socket(AF_RTIPC, SOCK_DGRAM, IPCPROTO_IDDP)创建一个类型为SOCK_DGRAM的数据报套接字。
设置内存池：通过setsockopt调用为服务器端点设置IDDP_POOLSZ，申请了一个本地32KB的内存池，这样数据报的内存分配可以从这个本地内存池中获取，避免从默认的 Xenomai 的系统内存池中分配。

poolsz = 32768; /* bytes */ ret = setsockopt(s, SOL_IDDP, IDDP_POOLSZ, &poolsz, sizeof(poolsz));

绑定套接字：使用bind函数将套接字绑定到指定的实时时端口IDDP_SVPORT。
接收数据：通过一个无限循环，服务器线程不断调用recvfrom函数来接收数据报。当有新的数据报到达时，它会打印出接收到的数据报的字节数、内容以及发送端的端口号。

4.`client(void *arg)`客户端线程

创建套接字：同样地，客户端线程也使用socket(AF_RTIPC, SOCK_DGRAM, IPCPROTO_IDDP)创建了一个类型为SOCK_DGRAM的数据报套接字。
绑定套接字：客户端线程将其套接字绑定到一个不同的实时时端口IDDP_CLPORT。虽然这不是必须的，但是在某些情况下，绑定一个端口可以为发送端提供一个有效的对端名称。
发送数据：客户端线程在一个无限循环中调用sendto发送消息数组msg[]中的字符串，且每次发送时指定目标端口（IDDP_SVPORT=42）。每次发送后，它会切换到下一个消息，并使用clock_nanosleep函数休眠 500 毫秒，以便为系统其它服务提供一些运行时间。

5. 运行及输出

运行程序：

# ./iddp-sendrecv server: received 22 bytes, "Surfing With The Alien" from port 13 client: sent 22 bytes, "Surfing With The Alien" server: received 14 bytes, "Lords of Karma" from port 13 client: sent 14 bytes, "Lords of Karma" server: received 12 bytes, "Banana Mango" from port 13 client: sent 12 bytes, "Banana Mango" server: received 13 bytes, "Psycho Monkey" from port 13 client: sent 13 bytes, "Psycho Monkey" ......

观察内存池，其独立申请了iddp-pool@12内存池，没有使用system heap。

cat /proc/xenomai/heap TOTAL FREE NAME 4194304 4183872 system heap 16384 16384 debug log 262144 261968 shared heap 262144 262112 private heap[427] 32768 32768 iddp-pool@12

6.5.2 IDDP 标签化实时通信：iddp-label.c

1. 代码概述

iddp-label.c是一个使用 IDDP 协议的 C 语言示例程序，它展示了如何通过标签化端口实现实时通信。它创建两个实时线程，并通过创建套接字、设置内存池、绑定端口以及使用connect/write和recvfrom在两个线程间交换数据。服务器线程绑定到动态端口，并设置标签，接收来自客户端线程的数据报。客户端线程同样创建一个数据报套接字，绑定到一个不同的实时时端口，连接服务器的标签化端口，并向服务器发送一系列预定义的消息。

头文件包含

全局变量与常量

pthread_t svtid, cltid;：定义了两个线程变量，用于标识服务器线程和客户端线程。
IDDP_CLPORT：定义了客户端线程所使用的实时时端口号。
IDDP_PORT_LABEL：服务器端线程使用动态端口号，其端口标签为iddp-demo

#define IDDP_CLPORT 27 #define IDDP_PORT_LABEL "iddp-demo"

消息数组

msg[]数组包含了服务器线程将要接收的一系列字符串消息。这些消息将用于演示服务器线程和客户端线程之间的通信。

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`函数分析

信号屏蔽：程序开始时，屏蔽了一些信号（如SIGINT、SIGTERM和SIGHUP），以确保在这些信号到来时不会中断正在运行的线程。
线程属性设置：分别为服务器线程和客户端线程设置了线程属性，包括调度策略（SCHED_FIFO表示先进先出调度策略）、调度优先级等。
创建线程：通过pthread_create函数分别创建了服务器线程和客户端线程。
等待信号：main函数会调用sigwait函数来等待任意一个被屏蔽的信号。当接收到信号后，程序会取消服务器线程和客户端线程，并通过pthread_join等待它们完成。

3. 服务端（`server`线程）

创建实时套接字：

socket(AF_RTIPC,SOCK_DGRAM,IPCPROTO_IDDP);// 基于实时域（RTIPC）的IDDP协议

设置端口标签：

strcpy(plabel.label,IDDP_PORT_LABEL);setsockopt(s,SOL_IDDP,IDDP_LABEL,&plabel,sizeof(plabel));// 将标签绑定到套接字

动态绑定端口：
```
bind(s,(structsockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));// saddr.sipc_port = -1表示自动分配
```
- 绑定时内核自动分配空闲端口，并将标签注册到/proc/xenomai/registry/rtipc/iddp。

循环接收消息：

recvfrom(s,buf,sizeof(buf),0,(structsockaddr*)&claddr,&addrlen);

4. 客户端（`client`线程）

绑定可选端口：
```
bind(s,(structsockaddr*)&clsaddr,sizeof(clsaddr));// clsaddr.sipc_port = IDDP_CLPORT(27)
```
- 指定客户端的源端口，便于服务端识别（非必需，但示例中用于展示）。

标签连接：

setsockopt(s,SOL_IDDP,IDDP_LABEL,...);// 设置目标端口标签connect(s,(structsockaddr*)&svsaddr,sizeof(svsaddr));// svsaddr.sipc_port = -1表示搜索标签

内核通过标签iddp-demo自动定位服务端端口，无需硬编码端口号。

实时消息发送：
```
write(s,msg[n],len);// 使用默认连接地址（已通过connect绑定）
```
- 通过clock_nanosleep主动休眠，模拟实时任务的工作周期（500ms间隔）。

5. 运行及输出

# ./iddp-label server: received 22 bytes, "Surfing With The Alien" from port 27 client: sent 22 bytes, "Surfing With The Alien" server: received 14 bytes, "Lords of Karma" from port 27 client: sent 14 bytes, "Lords of Karma" server: received 12 bytes, "Banana Mango" from port 27 client: sent 12 bytes, "Banana Mango" ......