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。
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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