5.1RTDM框架

5.1 RTDM 框架

5.1.1. RTDM的诞生背景与核心目标

自所谓的双内核硬实时 Linux 扩展（如 RTLinux、 RTAI）引入以来，已经开发了大量驱动程序。但是存在接口碎片化，平台移植成本高的问题。尽管许多这些驱动程序针对相似的硬件，但大多数驱动程序定义了私有API，应用层代码与驱动强耦合，更换硬件需重写业务逻辑。由于不存在通用 API，同一硬件（如SJA1000 CAN卡）需为Xenomai、RTAI分别开发驱动，平台移植成本高。

Real-Time Driver ModelRTDM 实时驱动模型，旨在统一实时设备驱动程序和使用它们的应用程序的开发接口。

RTDM（Real-Time Driver Model）是Xenomai的一部分，用于支持实时驱动的开放与运行。它的目的就是让开发者在实时内核(Cobalt core)上编写驱动程序时，有一个统一的接口模型，而不是直接依赖Linux的内核驱动框架（例如字符设备、块设备和网络设备）。
这保证了驱动的实时性，避免因为Linux内核的调度或锁机制而引入不可预测的延迟。

独立的驱动模型（separate driver model）

• RTDM 提供了一套与Linux内核驱动模型分离的API（例如 rtdm_driver, rtdm_device）
• 驱动通过 RTDM 框架注册到 Xenomai 的实时核心中，而不是注册到 Linux 的 VFS 或设备模型。
• 应用程序可以通过

独立的注册和调用（separate registration and invocation）

• 注册（registration）
  驱动作者需要用 RTDM 的 APIrtdm_dev_register()来注册设备
• 调用 (invocation)
  用户空间程序通过 RTDM 设备文件调用对应的实时驱动。RTDM syscalls (/dev/rtdm/…) 来调用这些驱动，绕过 Linux 的常规路径。

带外感知（ Aware ）驱动程序

Xenomai RTDM 驱动的历史和现状问题

• 很多驱动在 Linux 内核里已经存在 (如 GPIO，CAN， 串口， SPI 等)，但这些驱动没有实时保证。
• Xenomai 社区要么 fork Linux 驱动， 然后改造成 RTDM 驱动，要么单独开放专用的 RTDM 驱动。这些驱动的维护要和 Linux 主线分离， 长期靠 Xenomai 社区或厂商单独维护。

针对设备，RTDM 实现了统一设备抽象层，定义两类标准化设备模型（协议设备/命名设备），覆盖90%实时场景。协议设备，支持面向消息的即通过调用socket()进行创建设备。命名设备，支持可用open()函数实例化，包括流式设备或控制类设备。为同类硬件（如UART、CAN）定义Device Profiles接口规范，实现应用与硬件解耦。

针对设备驱动，RTDM 实现了一个跨平台的 RTOS 服务抽象层，封装了任务调度、同步原语等共性服务，驱动仅依赖 RTDM API。RTOS 服务抽象层允许为任何实现 RTDM 的 Linux 平台开发可移植的设备驱动程序。

RTDM不仅能用于编写设备驱动，还可以用于扩展RTnet协议栈，RTIPC功能等，是对 Cobalt 内核的有效补充，它让 Cobalt 内核更加专注提供核心功能，更加简洁。

5.1.2 RTDM 层次结构

1. RTDM 的角色

应用程序一般总是通过硬件设备驱动程序，来访问硬件设备。RTDM在应用程序和驱动程序之间，充当了一个调解者的角色。

在 RTDM 和应用程序之间，RTDM 提供 high-level 上层API，遵循 POSIX 套接字和 I/O 模型，即用户层APIRTDM skin。在 Xenomai3 中，RTDM skin是POSIX skin的别名。通过xeno-config --skin=获取编译与链接参数时，选项--skin=rtdm与--skin=posix严格等效。

在 RTDM 和驱动程序之间，RTDM 提供 low-level 底层API，旨在提供一个用于构建可移植驱动程序的小型 RTOS 抽象层。

图中的Wrapper Library包装库和Hardware Abstraction LayerHAL硬件抽象层，并不在 RTDM 的范围内。它们是可以根据需要添加的可选间接层，以实现进一步的抽象。

引入Wrapper Library包装库，可以简化相同类别的设备对上层 RTDM API 的使用。

推荐使用 HAL硬件抽象层，可以重用多个驱动程序的公共代码段，例如，附加在不同低级通信适配器驱动程序上的协议堆栈。

Xenomai的双核系统的关键就是保证head(实时域，Out-of-Band)和root(非实时域, In-Band)的连续处理，驱动也是这样。

比如，之前提到的RTDM的锁体系对 Linux-Devetail 硬自旋锁的封装链条
从最底层的硬自旋锁（hard_spinlock_t）-> 管线自旋锁（pipeline_spinlock_t）-> RTDM层的rtdm_lock_t,保证在不同上下文（IRQ/任务/管线）访问共享资源时的原子性和安全性。
驱动的处理方式：

• 双域驱动涉及
  • RTDM 驱动把核心硬件操作放在 head (OOB)
  • 控制、配置、调度等操作放在 root (非实时域)
• 连续处理
  • IRQ 先到 head 处理，保证低延迟响应
  • 再同步到 root, 保证 Linux 内核可以看到事件

2. RTDM 堆叠

RTDM 支持并鼓励驱动程序堆叠，如下图所示，其中堆叠了 2 层 RTDM。但驱动程序开发人员仍然可以自由定义适当的其他驱动程序层。

5.1.3 RTDM 统一设备抽象层

1. 设备模型

以 LInux 的方式看待设备可区分为 3 种基本设备类型：字符模块, 块模块, 或者一个网络模块.

RTDM 支持两种不同类型的设备。它们是根据目前实时 Linux 驱动程序的特性选择的。RTDM 不包含实时块设备模型，甚至不包含文件系统模型。

• 协议设备 ：所有面向消息的设备都属于这一组，类似于 Linux 中的网络模块。

  • 协议设备使用两个标识符进行注册，即协议族和套接字类型。它们根据 POSIX 套接字模型进行寻址，即通过调用 socket()进行创建，通过 close()进行销毁。至少，它们必须提供对发送和接收消息的支持：sendmsg()和 recvmsg()，send()/sendto()和 recv()/recvfrom()在内部映射到这些函数。此外，协议设备的驱动程序可以通过 ioctl()处理发出的请求。
  • ioctl()接口还用于将剩余的套接字调用（如 bind()、connect()、listen()、accept()、shutdown()、getsockopt()、setsockopt()、getsockname()和 getpeername()）传递给驱动程序。选择这种映射是为了避免在 RTDM 层中为不常使用的函数创建大量入口点。以bind()的代码实现为例，其内部调用了ioctl()接口。

  COBALT_IMPL(int, bind, (int fd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen)) { struct _rtdm_setsockaddr_args args = { my_addr, addrlen }; int ret; ret = do_ioctl(fd, _RTIOC_BIND, &args); if (ret != -EADV && ret != -ENOSYS) return set_errno(ret); return __STD(bind(fd, my_addr, addrlen)); }

• 命名设备 ：这些设备在实时子系统下以唯一的清晰文本名称注册，然后可以通过 open()函数实例化。类似于 Linux 中的字符设备。

  • RTDM 不维护特定的命名层次结构或文件系统。基本上，驱动程序在选择设备名称方面是自由的，但在设备配置文件中为常见类指定了常规的命名方案。
  • 命名设备可以进一步细分为:
    • 流式设备：支持流导向 I/O（read()/write()）访问的设备，例如 UART 设备，SPI 设备。
    • 功能设备：仅通过 ioctl()接口提供功能的设备。包括所有不符合消息和流导向模型的设备。

2. 设备规范（Device Profiles）

struct rtdm_device和struct rtdm_driver结构体，是对设备和驱动的抽象，统一的结构体，可用简化设备驱动程序的实现并提高其可移植性。

struct rtdm_device和struct rtdm_driver结构体成员的定义和取值，与设备自身特点息息相关。针对不同的硬件设备类型，RTDM 为结构体成员变量和成员函数预先定义了取值规范，及衍生出来的必要的数据结构和常量，统称为设备配置规范（Device Profiles）。

• 设备特性

  • device_flags，设备类型

  /** 如果设置，则应用程序只能请求该设备的一个实例。 */ #define RTDM_EXCLUSIVE 0x0001 /** * 使用在 rtdm_device 描述中提供的固定 minor 进行注册。 * 如果此标志不存在，则 RTDM 核心会根据注册顺序为由驱动程序管理的设备分配 minor 号。 */ #define RTDM_FIXED_MINOR 0x0002 /** 如果设置，则设备通过命名名称进行访问。 */ #define RTDM_NAMED_DEVICE 0x0010 /** 如果设置，则设备通过协议 ID 和套接字类型组合进行访问。 */ #define RTDM_PROTOCOL_DEVICE 0x0020 /** 选择设备类型的掩码。 */ #define RTDM_DEVICE_TYPE_MASK 0x00F0 /** 标志表示 RTDM 的安全变体（尚未支持） */ #define RTDM_SECURE_DEVICE 0x80000000

  • profile_info

    • 宏定义RTDM_PROFILE_INFO，用于初始化profile_info信息。
    • __name: 类名称，自定义。
    • __id: 类主标识号，用于唯一标识该类。

      #define RTDM_CLASS_PARPORT 1 #define RTDM_CLASS_SERIAL 2 #define RTDM_CLASS_CAN 3 #define RTDM_CLASS_NETWORK 4 #define RTDM_CLASS_RTMAC 5 #define RTDM_CLASS_TESTING 6 #define RTDM_CLASS_RTIPC 7 #define RTDM_CLASS_COBALT 8 #define RTDM_CLASS_UDD 9 #define RTDM_CLASS_MEMORY 10 #define RTDM_CLASS_GPIO 11 #define RTDM_CLASS_SPI 12 #define RTDM_CLASS_PWM 13 #define RTDM_CLASS_MISC 223 #define RTDM_CLASS_EXPERIMENTAL 224 #define RTDM_CLASS_MAX 255

    • __subid: 类次标识号，用于进一步细分该类，一般由各驱动自行定义。
    • __version: 配置版本号，用于表示该类配置的版本，一般由各驱动自行定义。

  • protocol_family 协议族

    • PF_CAN
    • PF_INET
    • PF_PACKET
    • PF_RTIPC

  • socket_type 套接字类型

    • SOCK_DGRAM
    • SOCK_RAW
    • SOCK_STREAM

• 支持的操作：struct rtdm_fd_ops中定义了所有可能的操作， 驱动程序按设备需求，按需选择实现哪些操作。由于在实时上下文中与非实时上下文相比，必须使用不同的同步机制和资源分配策略，因此明确区分服务调用上下文至关重要。为了让驱动程序决定如何处理不同的上下文，可以为每个入口类型安装单独的处理程序。如果处理程序是上下文无关的，则也可以为两个入口点注册相同的处理程序。

  • open
  • socket
  • close
  • ioctl_rt
  • ioctl_nrt
  • read_rt
  • read_nrt
  • write_rt
  • write_nrt
  • recvmsg_rt
  • recvmsg_nrt
  • sendmsg_rt
  • sendmsg_nrt
  • select
  • mmap
  • get_unmapped_area

• 类型和常量：为描述设备而引入的结构，IOCTL使用的选项或其他数据类型，以及在RTDM上下文中使用的任何常量。

  • 设备必须提供的 IOCTL 选项。
    • 通用的IOCTL选项，定义在include/rtdm/uapi/rtdm.h中，包括_RTIOC_GETSOCKOPT，_RTIOC_SETSOCKOPT，_RTIOC_BIND， _RTIOC_CONNECT等。
    • 串口相关的IOCTL选项，定义在include/rtdm/uapi/serial.h，包括RTSER_RTIOC_GET_CONFIG，RTSER_RTIOC_SET_CONFIG，RTSER_RTIOC_GET_CONTROL等。
    • CAN相关的IOCTL选项，定义在include/rtdm/uapi/can.h，包括RTCAN_RTIOC_TAKE_TIMESTAMP，RTCAN_RTIOC_RCV_TIMEOUT，RTCAN_RTIOC_SND_TIMEOUT等。
    • GPIO相关的IOCTL选项，定义在include/rtdm/uapi/gpio.h，包括GPIO_RTIOC_DIR_OUT，GPIO_RTIOC_DIR_IN，GPIO_RTIOC_IRQEN等。
    • 未其它设备及驱动定义的IOCTL选项，不再一一列举。
  • 其它数据类型和宏定义等，一般定义在include/rtdm/uapi/rtdm.h，include/rtdm/uapi/serial.h，include/rtdm/uapi/can.h等头文件中。

3. 设备注册和调用

通过将struct rtdm_device *dev设备描述传递给 rtdm_dev_register()来注册 RTDM 设备。

1. 注册命名设备

static struct rtdm_driver foo_driver = { .profile_info = RTDM_PROFILE_INFO(foo, RTDM_CLASS_EXPERIMENTAL, RTDM_SUBCLASS_FOO, 42), .device_flags = RTDM_NAMED_DEVICE|RTDM_EXCLUSIVE, .device_count = 2, .context_size = sizeof(struct foo_context), .ops = { .open = foo_open, .ioctl_rt = foo_ioctl_rt, .ioctl_nrt = foo_ioctl_nrt, .close = foo_close, }, }; static struct rtdm_device foo_devices[2] = { [ 0 ... 1 ] = { .driver = &foo_driver, .label = "foo%d", }, }; MODULE_VERSION("1.0.0"); MODULE_DESCRIPTION("Ultra-void IV board driver"); MODULE_AUTHOR'"Whoever"); foo_devices[0].device_data = &some_driver_data0; ret = rtdm_dev_register(&foo_devices[0]); ... foo_devices[1].device_data = &some_driver_data1; ret = rtdm_dev_register(&foo_devices[1]);

这段代码演示了如何基于基于RTDM（Real-Time Device Model）框架，定义和注册一个命名设备的实时设备驱动程序。

首先定义了一个名为foo_driver的静态结构体，用于描述驱动程序的基本信息和操作接口。具体来说：

• profile_info字段包含了驱动程序的配置信息，如驱动名称、类别、子类别和版本号。
• device_flags字段设置了设备的标志，这里表明设备是命名设备并且是独占的。
• device_count字段指定了将由该驱动程序控制的设备数量，在这里为2。
• context_size字段定义了设备上下文的大小，即每个设备的内存需求，这里使用sizeof(struct foo_context)来获取foo_context结构体的大小。
• ops字段是一个指向结构体的指针，该结构体定义了设备的操作函数，如打开（foo_open）、实时IO控制（foo_ioctl_rt）、非实时IO控制（foo_ioctl_nrt）和关闭（foo_close）。

接下来，定义了一个包含两个设备的静态数组foo_devices，每个设备都关联到上面定义的foo_driver驱动程序，并且其标签被设置为foo%d，这里的%d是一个占位符，实际使用时会被设备的具体编号（0或1）替换。

最后，将两个设备的数据指针分别指向不同的驱动数据结构some_driver_data0和some_driver_data1，然后通过rtdm_dev_register函数注册这两个设备。

应用程序可以通过以下两种方式打开设备。

推荐的使用方式，Xenomai 应用程序使用实际的设备节点路径来打开RTDM设备。例如：

fd=open("/dev/rtdm/devname",...);

这种方法不仅符合最新的命名规范，还能避免潜在的兼容性问题和警告信息。

在Xenomai 2.x中， RTDM 设备节点使用的是旧的命名规则，到了 Xenomai 3，RTDM 框架改造后，设备节点的路径和命名方式也有了变化。这意味着，老应用程序如果直接移植到Xenomai 3上，可能会找不到原有的设备节点路径，导致open()失败。

XENO_OPT_RTDM_COMPAT_DEVNODE是一个布尔类型的配置选项，位于drivers菜单下。其默认值为y，表示启用。该选项允许应用程序在打开RTDM设备时使用旧的命名方案，这样就保证了向后兼容，减少应用移植工作量。

• fd = open("devname", ...);
• fd = open("/dev/devname", ...);

当应用程序使用上述旧命名方案打开RTDM设备时，如果内核配置中启用XENO_OPT_DEBUG_LEGACY，Xenomai 会在内核日志中发出警告信息。

2. 注册协议设备

static struct rtdm_driver foo_driver = { .profile_info = RTDM_PROFILE_INFO(foo, RTDM_CLASS_EXPERIMENTAL, RTDM_SUBCLASS_FOO, 1), .device_flags = RTDM_PROTOCOL_DEVICE, .device_count = 1, .context_size = sizeof(struct foo_context), .protocol_family = PF_FOO, .socket_type = SOCK_DGRAM, .ops = { .socket = foo_socket, .close = foo_close, .recvmsg_rt = foo_recvmsg, .sendmsg_rt = foo_sendmsg, .ioctl_rt = foo_ioctl, .ioctl_nrt = foo_ioctl, .read_rt = foo_read, .write_rt = foo_write, .select = foo_select, }, }; static struct rtdm_device foo_device = { .driver = &foo_driver, .label = "foo", .device_data = &some_driver_data, }; ret = rtdm_dev_register(&foo_device); ... MODULE_VERSION("1.0.0"); MODULE_DESCRIPTION("Unexpected protocol driver"); MODULE_AUTHOR'"Whoever");

这段代码演示了如何基于基于RTDM（Real-Time Device Model）框架，定义和注册一个协议设备的实时设备驱动程序。

首先定义了一个名为foo_driver的静态结构体，用于描述驱动程序的基本信息和操作接口。具体来说：

• profile_info: 描述了驱动程序的基本信息，包括驱动名称（foo）、类别（实验性的RTDM_CLASS_EXPERIMENTAL）、子类别（RTDM_SUBCLASS_FOO）和版本号（1）。
• device_flags: 设备标志，表示设备是一个协议设备（RTDM_PROTOCOL_DEVICE）。
• device_count: 指定该驱动程序控制的设备数量为1。
• context_size: 设备上下文的大小，使用sizeof(struct foo_context)来确定。
• protocol_family: 协议族，这里为PF_FOO，表示使用自定义的协议族。
• socket_type: 套接字类型，这里是SOCK_DGRAM，表示数据报套接字。
• ops: 定义了设备的操作函数，包括创建套接字（foo_socket）、关闭设备（foo_close）、实时接收消息（foo_recvmsg）、实时发送消息（foo_sendmsg）、实时IO控制（foo_ioctl_rt）、非实时IO控制（foo_ioctl_nrt）、实时读取（foo_read）、实时写入（foo_write）和选择（foo_select）。

接下来，定义了一个foo_device设备，关联到foo_driver驱动程序，并且其标签被设置为foo。其中，device_data代表设备数据指针，指向some_driver_data结构体。

最后，调用rtdm_dev_register(&foo_device)将设备注册到RTDM框架中。

在应用程序中，可直接调用socket相关接口使用 RTDM 设备。例如，初始化一个 socket 实例：

txsock = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, 0)

具体实例，可以参考demo/posix/cobalt/can-rtt.c。

5.1.4 RTDM RTOS 服务抽象层

为了提高驱动程序的可移植性，RTDM 提供了一个与底层系统无关的通用 API，涵盖基本的 RTOS 服务。该 API 旨在仅提供典型实时驱动程序所需的最小服务集。这有助于保持 RTDM 层的小巧性，并且还提高了其在其他实时 Linux 变体上的可移植性。以下服务组可用：

• 驱动内联服务：提供驱动之间可相互调用的接口。
• 时钟服务：提供接口用于获取系统时钟或单调时钟，都是以 64 位值表示，单位为纳秒。
• 任务服务：此组函数允许驱动程序创建自己的实时任务，挂起用户和驱动程序任务的执行，或操作它们的特性（优先级和周期性）。
• 定时器服务：提供定时器服务。
• 同步服务：RTDM 提供各种基本同步服务。首先，自旋锁可用于保护小的临界路径，无论它们是否位于中断处理程序中或在非实时上下文中运行。经典的互斥锁和信号量也可用于同步实时任务。同时支持事件机制，可作为信号量的替代方案。
• 中断管理服务：对于大多数硬件驱动程序，中断是必不可少的服务。可以使用 RTDM 注册实时中断线的处理程序，并且可以明确启用和禁用这些中断线。
• 非实时信号服务：为了将事件从实时域传播到非实时域，可以从 RTDM 层请求特殊的信号服务。从任何上下文触发此类信号都是安全的。一旦没有更多时间关键任务待处理，注册的处理程序将在非实时上下文中执行。
• 实用工具服务：此组服务包括实时内存分配、对用户空间内存区域的安全访问、实时安全的内核控制台输出，以及检查当前上下文是否为实时任务等待。

在后续的章节，会详细介绍上述各种服务。

5.1.5 在 Xenomai3 中集成的RTDM驱动

xenomai-v3.2.4/kernel/drivers/目录下列出了 Xenomai3 支持的驱动程序，以下是这些子目录及其包含的驱动程序的简要介绍：

• autotune，包含自动调优驱动程序，用于优化实时系统的性能和配置。
• serial，包含串行通信驱动程序，支持 UART（通用异步收发传输器）等串行接口设备。
• can，包含 CAN（Controller Area Network）总线驱动程序，用于支持 CAN 网络接口设备。
• net，包含网络驱动程序，支持以太网控制器等网络接口设备，用于实时网络通信。
• analogy，包含模拟输入和输出驱动程序，支持 ADC（模数转换器）和 DAC（数模转换器）等模拟接口设备。
• ipc，包含进程间通信（IPC）驱动程序，支持实时环境下的消息传递、共享内存等通信机制。
• udd，包含用户设备驱动（UDD）驱动程序，允许用户空间程序通过 RTDM 接口与设备进行交互。
• gpio，包含通用输入输出（GPIO）驱动程序，支持硬件上的输入输出引脚。
• gpiopwm，包含基于 GPIO 的 PWM（脉宽调制）驱动程序，利用 GPIO 引脚实现 PWM 功能。
• spi，包含 SPI（串行外设接口）总线驱动程序，用于支持 SPI 接口设备。

分别重点介绍串行设备和RTnet，它们分别是命名设备和协议设备的典型代表。

1. 串行设备

通过 read/write 提供对串行设备的访问，是一种命名设备。定义了 IOCTL 以操作输出状态线、获取输入线、等待设备事件，以及配置串行设备的线路特性、超时和事件。

已经支持的串行设备驱动，包括：

• 16550A UART
• MPC52xx UART
• IMX UART

以16550A UART驱动为例：

static struct rtdm_driver uart16550A_driver = { .profile_info = RTDM_PROFILE_INFO(uart16550A, RTDM_CLASS_SERIAL, RTDM_SUBCLASS_16550A, RTSER_PROFILE_VER), .device_flags = RTDM_NAMED_DEVICE | RTDM_EXCLUSIVE, .device_count = MAX_DEVICES, .context_size = sizeof(struct rt_16550_context), .ops = { .open = rt_16550_open, .close = rt_16550_close, .ioctl_rt = rt_16550_ioctl, .ioctl_nrt = rt_16550_ioctl, .read_rt = rt_16550_read, .write_rt = rt_16550_write, }, }; int __init rt_16550_init(void) { struct rtdm_device *dev; ...snips... dev = kmalloc(sizeof(struct rtdm_device) + RTDM_MAX_DEVNAME_LEN, GFP_KERNEL); err = -ENOMEM; if (!dev) goto cleanup_out; dev->driver = &uart16550A_driver; dev->label = "rtser%d"; ...snips... err = rtdm_dev_register(dev); ...snips... }

上述代码定义了一个名为 uart16550A_driver 的 RTDM 驱动程序，用于支持 16550A UART 串行通信设备。该驱动程序的配置信息通过 RTDM_PROFILE_INFO 宏初始化，设置了类名称、主标识号、次标识号和版本号。驱动的设备标志包括 RTDM_NAMED_DEVICE 和 RTDM_EXCLUSIVE，表示设备可以通过名称访问且为独占设备。驱动的最大设备数量为 MAX_DEVICES，上下文大小为 sizeof(struct rt_16550_context)。

驱动程序的操作函数包括 open、close、ioctl_rt、ioctl_nrt、read_rt 和 write_rt，分别用于设备的打开、关闭、控制、读取和写入操作。

在 rt_16550_init 函数中，初始化过程中动态分配了一个 rtdm_device 结构体，并将其与 uart16550A_driver 关联。设备的标签设置为 “rtser%d”，然后通过 rtdm_dev_register 函数注册设备。如果设备注册失败，会进行相应的错误处理和清理操作。

2. RTnet 实时网络

RTnet 实时网络分为 2 大部分：实时网络协议堆栈 和 实时网络设备。

实时网络协议堆栈，定义在kernel/drivers/net/stack/目录，由不同的 RTDM 设备组成，及相关的数据结构和IOCTL定义等组成。

当前支持的协议栈包括：

• 协议设备：实时 UDP
• 协议设备：实时 TCP
• 协议设备：实时 Packet

以 UDP 实时协议栈kernel/drivers/net/stack/ipv4/udp为例：

static struct rtdm_driver udp_driver = { .profile_info = RTDM_PROFILE_INFO(udp, RTDM_CLASS_NETWORK, RTDM_SUBCLASS_RTNET, RTNET_RTDM_VER), .device_flags = RTDM_PROTOCOL_DEVICE, .device_count = 1, .context_size = sizeof(struct rtsocket), .protocol_family = PF_INET, .socket_type = SOCK_DGRAM, /* default is UDP */ .ops = { .socket = rt_inet_socket, .close = rt_udp_close, .ioctl_rt = rt_udp_ioctl, .ioctl_nrt = rt_udp_ioctl, .recvmsg_rt = rt_udp_recvmsg, .sendmsg_rt = rt_udp_sendmsg, .select = rt_socket_select_bind, }, }; static struct rtdm_device udp_device = { .driver = &udp_driver, .label = "udp", }; static int __init rt_udp_init(void) { ...snips... err = rtdm_dev_register(&udp_device); ...snips... }

上述代码首先定义了一个名为udp_driver的 RTDM（Real-Time Device Model）驱动程序，用于支持实时环境下的 UDP 网络通信。该驱动程序的配置信息通过RTDM_PROFILE_INFO宏初始化，设置了类名称为udp，主标识号为RTDM_CLASS_NETWORK，次标识号为RTDM_SUBCLASS_RTNET，版本号为RTNET_RTDM_VER。

驱动的设备标志为 RTDM_PROTOCOL_DEVICE，表示设备通过协议 ID 和套接字类型进行访问。设备数量为 1，上下文大小为 sizeof(struct rtsocket)。

驱动程序的操作函数包括：

• socket: 使用 rt_inet_socket 创建套接字。
• close: 使用 rt_udp_close 关闭套接字。
• ioctl_rt 和 ioctl_nrt: 使用 rt_udp_ioctl 进行实时和非实时的控制操作。
• recvmsg_rt: 使用 rt_udp_recvmsg 接收数据报。
• sendmsg_rt: 使用 rt_udp_sendmsg 发送数据报。
• select: 使用 rt_socket_select_bind 进行选择操作。

此外，还定义了一个 rtdm_device 结构体 udp_device，并将其与 udp_driver 关联，设备标签设置为 “udp”。

在 rt_udp_init 函数中，初始化过程中注册了 udp_device，使其在实时环境中可用。

实时网络设备，定义在kernel/drivers/net/drivers/目录。用struct rtnet_device结构体来定义实时网络设备，由rt_register_rtnetdev向实时网络协议堆栈注册网络接口，并调用 RTDM RTOS抽象层 完成相关驱动工作。

当前支持的实时网络设备如下：

• Intel e1000，e1000e，igb，eepro100等
• Freescale fec，mpc52xx_fec，mpc8260_fcc_enet，mpc8xx_enet，mpc8xx_fec等
• RTL r8169，8139too等
• Cadence MACB/GEM等
• 其它网口如loopback，tulip，natsemi，via-rhine，at91_ether等等。

5.1.6 RTDM 驱动的设计哲学

5.1.6.1 RTDM 的设计定位：实时优先，而非硬件发现

RTDM 的设计目标是为实时驱动程序提供一个统一的接口模型，而不是一个通用的硬件抽象层（HAL）。RTDM 关注的是驱动程序的实时性和可移植性，而不是硬件发现和管理。