1. ＩＸＰ１２００中微 引擎和 ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ 通信 的技术
王永革
（河南省 鹤壁 市广播 电视发射 中心 鹤壁 ４５８０００）
钟 声
（解放军信 息工程大学计算机科学与技 术系 郑州 ４５０００２）
摘 要 本文首先讲述了在运行 ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统的 ＩＸＰ１２００平台上进行开发的典型软件和硬件配
置环境 。然后详细描述 了 ＳｔｒｏｎｇＡＩＴＩ１和微引擎间的通道技术 。
关键词 ＶｘＷｏｒｋｓ ＩＸＰ１２００ 微引擎 ＳｔｒｏｎｇＡＩＴＩ１ ＰＥＴＨ
网络 处理器 （Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＮＰ）被 认为
是推动下一代网络发展的一项核心技术 ，开始受到
业界越来越多 的关 注。Ｉｎｔｅｌ ＩＸＰ１２００系列是 Ｉｎｔｅｌ公
司推出的采用 ＩＸＡ框架的核心产品。该产 品以其高
性价 比成为 国 内和 国外众 多 网络 产 品开发商 的首
选 ，尤其是 在路 由器 、防火墙 等方 面的研究 和开
发。Ｉｎｔｅｌ ＩＸＰ１２００网络处理器在结构上分为控制 和
数据 两个 平面 ，控 制平 面是一个 ＳｔｒｏｎｇＡｒｉｌｌ核 ，主
要是负责维护系统信息和协调处理部分工作 ，数据
平面则是 由多个微 引擎 （Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅ）和其他专用
硬件 组成 ，负 责利用 数据平 面下 发的微 代码和命
令 ，直接处理 网络 数据 。ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ核上通 常运 行
ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统 。ＶｘＷｏｒｋｓ是美国风河公司开发
的具有工业领 导地位的高性能实时操作 系统 内核 ，
具有先进的网络功能 。
１ ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ 核 的软件 库
ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ核 的软件库 是模块化 的用 于广泛 的
配置 。从最小 的 ＩＸＰ１２００芯片支持到整个 网络协议
栈 的支持 。它主要包括下述必需 的模块 。
Ｃｈｉｐ／Ｂｏａｒｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｐａｃｋａｇｅ（ＢＳＰ）：每一 种 操
作系统都需要用相应 的 ＢＳＰ程序。它的作用就是在
通 电后初始化硬件 、硬件时钟与定时管理 、局部和
总线内存空间的映射 、内存 大小定义 ，等等 。
操作系统：现在可选的操作系统是 Ｖｘｗｏｒｋｓ威
者是其他的嵌入式操作 系统 。它 自带 的库文件包括
最小 的常用 的系统 ＡＰＩ函数 ，包括信号量 、线程 和
系统时钟调用 。
ＩＳＲ（Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｒｏｕｔｉｎｅ）：这个底层 的例
程负责快速处理来 自ＰＣＩ、ＩＸ总线设备和微 引擎 的
中断并调用相应的设备处理程序。
２ ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ 上的开发
ＶｘＷｏｒｋｓ操 作 系 统 是 美 国 ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ公 司 于
１９８３年 设 计 开 发 的 一 种 嵌 入 式 实 时 操 作 系 统
（ＲＴＯＳ），是 目前世界 上用户数量最 大的实时操作
系统。它具有高度可剪裁的微 内核结构 ，高效的具
有 ２５６个优先级的多任务调度 ，灵活的任务间通信
手段 ，快速灵活 的 Ｉ／Ｏ系统 ，确定 的微秒级 中断延
迟时间等优点。
Ｉｎｔｅｌ ＩＸＰ１２００ 的 ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ 核 上 可 以 运 行
ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统 ，并且 Ｉｎｔｅｌ的参考设计 中提供 了
支 持 ＶｘＷｏｒｋｓ操 作 系 统 的 ＢＳＰ程 序 包 。 因此 在
ＳｔｒｏｎｇＡｒｉｌｌ核 上 运 行 Ｖｘｗｏｒｋｓ操 作 系 统 成 为
ＩＸＰ１２００开发的主流。
２．１ 开发环境设置
图 １描 述 了 在 运 行 ＶｘＷｏｒｋｓ操 作 系 统 的
ＩＸＰ１２００平 台上进行开发的典型软件和硬件 配置环
境 。一 个 开 发 主 机 （我 们 称 为 宿 主 机 ）提 供
ＩＸＰ１２００开发平 台 （典型 的是 Ｉｎｔｅｌ提供 的微引擎上
的 开 发 平 台 ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ）和 ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ 开 发 系 统
（典型的是 ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ的 Ｔｏｒｎａｄｏ ＩＩ）用户接 口。 宿
主机和 目标机器可 以通过以太 网进行连接 ，也可以
通过串 口进行连接 。另外在宿主机上可通过 串口连
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2.
开发 主机
（Ｈｏｓｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ） 目标 机
（ＴａｒｇｅｔＳｙｓｔｅｍ）
图 １ Ｔｏｒｎａｄｏ ＩＩ开发调试环境协议框 图
接 ，通过超级终端监视 目标机的输入、输出信息。
１．宿主机
开发机器 （编辑 器 、编译器 、调试器 、… ），
在这里采用的是 ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ公司的开发工具 Ｔｏｒｎａｄｏ
２．０ 。
２．目标机
程序运行的机器 ，例如 Ｉｎｔｅｌ ＩＸＰ１２００ ＥＶＢ。
２．２ 两个主要协议
ＷＴＸ （Ｗｉｎｄ ＲｉｖｅｒＴｏｏｌ ｅＸｃｈａｎｇｅ）协议 ：用 于
开发机内部 Ｔｏｒｎａｄｏ工具 与 Ｔａｒｇｅｔ Ｓｅｒｖｅｒ之间通信 。
ＷＤＢ （Ｗｉｎｄ ＤｅＢｕｇ）协 议 ：用 于 主 机 Ｔａｒｇｅｔ
Ｓｅｒｖｅｒ与 目标机之间的通信。
３ 微引擎和 ＡＲＭ核间的通信
伪 以太 网驱 动 （ＰＥＴＨ）是 ＩＸＰ１２００以太 网评
估 系统参考设计 中提供 的一种微引擎和 ＡＲＭ核 间
的通信方式 。当然用户也可以扩展该设计或者 自定
义一个微 引擎 和 ＡＲＭ 核间的通信模 式 。下面将就
这种通信方式进行描述。
ＰＥＴＨ使得 ＩＸＰ１２００的每个 以太 网端 口被看作
是 ＶｘＷｏｒｋｓ内核 的一个 以太 网设备 。 由微 引擎排
队 ，对应一个特定 的 “ＡＲＭ ｃｏｒｅ”端 口的数据包被
ＰＥＴＨ驱动器接收并传递给操作系统内核。这些数
据包通过标 准的 ｓｏｃｋｅｔｓ或别 的 ＡＰＩ接 口依 次传 递
给用户空间的程序 。由用户应用程序或 ＶｘＷｏｒｋｓ内
核产生的数据包 （例 如 ＩＣＭＰ包 ）传递 给 ＰＥＴＨ驱
动器 ，然后在微 引擎的适 当的发送队列 中排队。
图 ２是运行了 ＰＥＴＨ驱动器 的 ＩＸＰ１２００评估系
统 。微引擎运行 Ｉｎｔｅｌ提供 的参考设计。在发送端 ，
每个 ＰＥＴＨ实例对每个端 口把将要输 出的数据包在
现存 的输出队列中排 队。在接收方 ，做 了两个小变
化 ，首先一个特殊 的端 口 （ｐｏｒｔ １８）被生成 ，代表
“内核”。当微引擎发送一个数据包给一个 ＰＥＴＨ实
例并进一步发送给 ＶｘＷｏｒｋｓ网络堆栈 ，微引擎接收
在 ｐｏｒｔ １８使用未修 改 的排 队操作 。其次 ，接收代
码被修改 以传送本地绑定的数据包给 ｐｏｒｔ １８。
在运行 ＶｘＷｏｒｋｓ的 ＡＲＭ核 中 ，多个 ＰＥＴＨ驱
动器 的实例被生成 ，每个实例对应一个 ＩＸＰ１２００以
太 网端 口。每个实例绑定在一个端 口上并仅从 自己
的端 口收发数据包。每个 ＰＥＴＨ实例在适 当的发送
队列将要发送的数据包进行排队 ，但是输入 的数据
包都在 ｐｏｒｔ １８排队。考虑到每个 ＰＥＴＨ实例只接收
到达 与 自己相关端 口的数 据包 ，一个 ＰＥＴＨ去复用
器 （ｄｅｍｕｘ）是必须 的。ｄｅｍｕｘ从 ｐｏｒｔ １８的输入 队
列中提取数据包 ，把它们分发 到适 当的 ＰＥＴＨ驱动
器 实例 。图 ２也显 示 了 ｄｅｍｕｘ正被用 为一个 轮询
器 。最后 ，图 ２显示每个 ＰＥＴＨ实例都与操作 系统
的 内核交互 。这是通 过标 准的驱动器接 口实现的。
孛 罾 数 据 通 售 ∞∞ ．１１
４５。
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3.
ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ Ｃｏｒｅ
Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ｓｏｃｋｅｔ－ｂａｓｅＡｅｔｃ）
ＶｘＷ ｏｒｋｓ Ｋｅｒｎｅｌ（ＴＣＰ／ＩＰ ｓｔａｃｋ＋ｎｅｔＴａｓｋ）
ｔ １‘『 ｔ ＇‘ｒ ｔ １‘ｒ ＰＥＴＨ ｄｒｉｖｅｒ ＰＥＴＨ ｄｒｉｖｅｒ ＰＥＴＨ ｄｒｉｖｅｒ
ｉｎｓｔａｎｃｅ １ ｉｎｓｔａｌｌｃｅ２ ｉｎｓｔａｎｃｅ ｎ
●＿＿＿＿一
、
・．．——， 。、
ＰＥＴＨ ｐｏｌｌｅｒ ＼
ｄｅｍＩｌｘ
里 盲… Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅ
ＲｅｅｅｉｖｅＴｈｒｅａｄｓ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅ
—
Ｍｕｓｔａｄｄａｃｈｅｃｋｆｏｒｌｏｃａｌ Ｔｒａｎ ｓｍｉｔＴｈｒｅａｄｓ
ＭＡＣ ａｎｄ１Ｐａｄｄｒｅｓｓ Ｐａｃｋｅｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｅｎｑｕｅｕｅｄ
－
Ｐａｓｓ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｐａｃｋｅｔｓ ｕｐ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ ｔｒａｎ ｓｍｉｔ ｑｕｅｕｅｓ
ｔｏｔｈｅＳｔｒｏａｇＡ￣ Ｃｏｒｅ
Ｍ ｉｃｒｅｅｎｇｉｎｃｓ
图 ２ 采 用 ＰＥＴＨｄｒｉｖｅｒ的 ＩＸＰ１２００ ＥＶＢ板 的整 体架构
ＶｘＷｏｒｋｓ内核不能分辨 出 ＰＥＴＨ设备与另一个 更加
传统的以太 网控制器的区别。
关于 ＰＥＴＨ的所有例程都在文件 ＯｃｔａｌＭＡＣ一
２１４４０／ＰｓｅｕｄｏＤｒｖＥｎｄ．ｃｐｐ内。
３．１ 驱动器初始化
所有的 ＰＥＴＨ组件 （ｄｒｉｖｅｒ ｉｎｓｔａｎｃｅｓ、ｐｏｌｌｅｒ／
ｄｅｍｕｘ）都是在 ＮｅｔＡｐｐ＿Ｉｎｉｔ（）｛ａｐｐ１２００／ｎｅｔ＿ａｐｐ．ｃｐｐｌ
说 明的。
３．２ 接收例程
每次一个新来 的数据包在 ｐｏｒｔ １８解除排 队时 ，
ＰＥＴＨ ｄｅｍｕｘ调度例程 ｐｅｔｈＲｅｃｖ（）。ｐｅｔｈＲｅｃｖ（）例
程需要两个参数 ，一个是针对 ＰＥＴＨ驱动器实例 的
驱动器数据 结构 ，其 次是数据包
描述符。驱 动器控制数据结构提
供对共享存储 池的访 问 ，包描述
符则提供对 实际的数据包数据及
数据包信 息的访问。接 收例程从
共享 的存储 池中分配一个簇 （存
储 器 的一块 ），将数 据包拷 贝到
簇 中，再将数据包传递给 ｋｅｒｎｅｌ。
３．３ 数据包发送
数据包的发送 由下面的步骤
组成 ：
（１）一个 ＶｘＷｏｒｋｓ应 用程
序或 ｋｅｒｎｅｌ本身决定须在一个特
定的接 口发送数据包 。
（２）在驱 动器初 始化过 程
中 在 ｋｅｒｎｅｌ中 登 记 的 ｐｅｔｈＳｅｎｄ
（）例程 被 ｋｅｒｎｅｌ调用 发送数 据
包 。ｐｅｔｈＳｅｎｄ（）的参数包 括驱
动器 控 制 结 构 和要 发 送 的数 据
包 ，发送例程分配一个新的包 描
述符 ，并根据新分配 的包描述符
把将要发送 的数据包拷贝到适 当
的位置 ，在适 当的端 口发送 队列
排队。最后 ，ｐｅｔｈＳｅｎｄ（）通知微引擎有新的数据包
到达。
（３）微 引擎参考设计将要 发送的数据包解除
排队并发送 出去 。
４ 结束语
本文主要介绍的是在运行 ＶｘＷｏｒｋｓ操作 系统的
ＩＸＰ１２００开发板 中实现微 引擎 和 ＳｔｒｏｎｇＡｒｉＢ间通 信
的技术 。当然 ，用户还可 以选择其他的嵌入式操作
系统在 ＳｔｒｏｎｇＡｒｉｂ上运行 ，本文 中提到的通道技术
思想也可 以应用到其他操作系统平台。
参 考 文 献
【１】Ｔｏｒｎａｄｏ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｇｕｉｄｅ １．０．ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ，Ｊａｎｕａｒｙ １９９６
【２】ＶｘＷｏｒｋｓ Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ＇ｓ Ｇｕｉｄｅ ５．３．１．ＷｉｎｄＲｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ，Ｍａｒｃｈ １９９７
【３】ＩＸＰ１２００ＨａｒｄｗａｒｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＭａｎｕａ１．ＩｎｔｅｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００１
［４１ ＩＸＰＩ２００ Ｍｉｃｒｏｃｏｄｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａ１．Ｉｎｔｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００１。
【５］５ 孔祥营 ，柏桂枝编 著 ．嵌 入式 实时操作系统 ＶｘＷｏｒｋｓ及其开发环境 Ｔｏｒｎａｄｏ
Ｉ Ｎ Ｏ Ｖ 嬲 肋 ．１１
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