虹科教程 | Linux网络命名空间与虹科PROFINET协议栈的GOAL中间件结合使用

前言

PROFINET是由PI推出的开放式工业以太网标准，它使用TCP/IP等IT标准，并由IEC 61158和IEC 61784 标准化，具有实时功能，并能够无缝集成到现场总线系统中。凭借其技术的开放性、灵活性和性能优势，PROFINET可应用于过程/工厂自动化、运动控制等领域。通过PROFINET，可实现确定性响应、微秒级硬实时能力和集成诊断功能，是工业4.0通信的理想基础。

虹科PROFINET协议栈与GOAL中间件

虹科PROFINET协议栈可用于从站设备开发，符合一致性Class A与Class B并满足实时等级Class 1，拥有低资源消耗、可用和不用操作系统、高度可移植性等优势，能够为符合PROFINET IO的通信提供所有必需的服务。

虹科PROFINET协议栈可以在单核或者双核中运行，且内核都具有开放抽象层（GOAL）。GOAL中间件提供了一个统一的平台，用于快速轻松地集成工业以太网协议，例如带有MRP的PROFINET、包括DLR的EtherNet/IP、EtherCAT等协议，以及未来的PROFINET CC-D TSN和CC-Link IE TSN。GOAL还提供了一个OPC UA扩展，可标准化对工业环境中机器、设备和其他系统的访问。

当在Linux设备上使用虹科PROFINET协议栈和GOAL时，运行应用程序的以太网接口的IP设置将在启动时重置，这将导致在 Linux 设备上运行的任何其他基于 IP 的服务（如 Web 服务器或 SSH 控制台）无法访问。该问题产生的原因是PROFINET设备的定义行为，本文将介绍如何使用Linux网络命名空间来解决此问题，因此，一个简单的Web服务器将在PROFINET堆栈使用的物理接口之上命名的虚拟以太网接口上运行。

如何设置Linux网络命名空间

Linux具有丰富的虚拟网络功能，可用作托管VM和容器以及云环境的基础。Linux网络命名空间允许在物理设备上运行多个虚拟以太网接口。此技术被虚拟机和容器等虚拟化技术广泛使用。

设置Linux网络命名空间，首先需要创建一个新的虚拟以太网接口，并在物理设备和虚拟以太网接口之间建立连接。

注：请注意，以下命令需要使用相应的管理员权限运行。

这可以使用 IP 工具实现：

ip link add <virtualif> link <physicalif> type macvlan mode bridge

因此，如果我们想把虚拟接口webserv0连接到物理接口eth0，那么命令就是：

ip link add webserv0 link eth0 type macvlan mode bridge

下一步，我们创建一个新的命名空间，该命名空间将位于：webserv0

ip netns add <namespace>

在此示例中，我们将命名新的命名空间：webserver

ip netns add webserver

现在我们需要向属于新命名空间的 Linux 内核发出信号：webserv0

ip link set <virtualif> netns <namespace>

对于我们的示例，这将产生以下行：

ip link set webserv0 netns webserver

此时需要为虚拟接口设置 IP 地址并启动它。由于虚拟接口现在仅在新命名空间中可见，因此我们必须使用以下命令：ip netns exec

ip netns exec <namespace> ip addr add <ip>/<netlength> dev <virtualif> 
ip netns exec <namespace> ip link set up <virtualif>

使用此示例的值，命令为：

ip netns exec webserver ip addr add 192.168.11.223/24 dev webserv0
ip netns exec webserver ip link set up webserv0

为简单起见，我们使用 Python 3.4 及更高版本提供的简单 HTTP 服务器。现在可以使用以下命令启动此服务器：

ip netns exec webserver python3 -m http.server 8082 --bind 192.168.11.223

网络服务器可以通过 http://192.168.11.223:8082 访问，独立于底层物理接口eth0的IP设置。

PROFINET应用程序现在可以像往常一样在物理接口上启动，例如：eth0

./goal_linux_x64.bin -i eth0

完整的脚本如下所示：

#!/bin/bash
ip link add webserv0 link eth0 type macvlan mode bridge
ip netns add webserver
ip link set webserv0 netns webserver
ip netns exec webserver ip addr add 192.168.11.223/24 dev webserv0
ip netns exec webserver ip link set up webserv0
ip netns exec webserver python3 -m http.server 8082 –bind 192.168.11.223

总结

在本篇文章中，我们介绍了Linux网络命名空间的设置，并解释了如何使用该方法提供独立于底层物理接口工作的虚拟以太网接口。这允许在与基于IP的服务（如Web服务器或SSH控制台）相同的物理设备上运行PROFINET设备等应用程序。

对于资源有限的设备，虹科PROFINET协议栈的高度可扩展性优势十分明显。对于使用Linux设备的用户来说，使用虹科PROFINET协议栈方案可放宽对MCU的要求，国产方案也可以使用。
虹科PROFINET协议栈目前已支持以下平台：

• Generic Linux
• Generic Linux with port Switch Interface
• ST NUCLEO-144 STM32F4
• Raspberry PI & CM4 Linux
• Renesas RIN32M3 HWRTOS
• Renesas RZN1D (on RZN1-CM3 with interface to A7)
• Renesas RZN1L
• Renesas RZN1S (on RZN1-CM3 with interface to A7)
• Renesas RZT1 (on RZN1-CM3 with interface to R4F)
• ST STM32 using Cube Libraries (F4 and above)
• ST STM32 using Cube Libraries (F4 and above) with switch interface
• Renesas SYNERGY S7G2SK ThreadX
• TI TIVA TM4C129
• RENESAS RZ/T2
• RENESAS RZ/N2

虹科PROFINET协议栈（CC-A / RT1）已通过以下工业控制器的成功测试：

• 博世力士乐IndraControl L65
• 西门子S7-1500
• 西门子S7-300 Molex E- F2控制器卡
• TwinCat
  KW-软件控制器
  Phoenix RFC 470S

虹科在工业总线通讯行业深耕多年，是链条最全、方案最丰富、且兼备技术服务落地的通信技术资源整合商。除PROFINET协议栈之外，虹科还提供可用于二次开发的SoM模块、PROFINET 板卡、PROFINET网关、PROFINET IO模块等多种工业通讯解决方案