带你了解什么叫SAL套接字抽象层

出处:EEWORLD 发布于:2018-07-21 14:07:59

  物联网设备,因为要连接网络和应用的多样化,导致软件的开发难度和复杂度大幅地增加,开发方式也会与之前的嵌入式设备大不一样。当前主流的软件开发模式是怎么样的呢?我们以一个典型的MCU+WiFi/NB-IoT SoC架构的IoT设备开发为例(图示一),开发人员需要针对特定的无线SoC/模块,开发MCU TCP/IP协议层以上的应用,包括MQTT、HTTP、Web Socket、业务类应用等等。一旦用户更换了无线芯片或模块,因为网络协议、编程接口等的不统一,上层应用都需要做大幅的改动甚至要重头来过。


(图示一:当前的软件开发模式)


  而如果采用了RT-Thread操作系统的SAL抽象层(图示二),开发者则无须考虑系统采用的是哪种无线方式、哪种无线芯片、甚至哪种模块,哪种接口,只需调用上层的API接口,即可实现一次开发,跨平台使用。不仅如此,RT-Thread支持的各种IoT软件包,都可以很方便的“即装即用”。


         (图示二:具备SAL的软件开发模式)

 

  以上可见,RT-Thread此次发布的SAL可谓对IoT产业意义重大,真正实现了系统(MCU+无线芯片/模块)层面的跨平台软件开发及兼容,暨ACS(Application Cross System),后期的应用扩展也会变得易如反掌。

  SAL介绍

  SAL,即Socketabstraction layer的缩写,意为套接字抽象层,处于网络硬件层与应用层之间。 其前身是RT-Thread 的 DFS_NET 组件,由于其对lwIP 有一定的依赖,存在局限性,RT-Thread对其进行了近乎重构的再造。SAL 的孕育而出,使得 RT-Thread 可以无缝接入各式各样的网络芯片或模块(例如: W5500/CH395 这类自带协议栈的以太网芯片,带 AT指令的 WiFi 模块、GPRS 模块、NB-IoT模块等等),极大地提升了RT-Thread 在 IoT 领域对于不同网络硬件的兼容性。其主要特性如下(图示三):


    (图示三:网络框架图)

     

    下面将站在与 SAL 相关联的模块角度,说明SAL 的功能与实现:

    • 应用层 :应用层在做网络开发时,可以直接使用 SAL 提供的 BSD Socket API 接口。接口层的统一抽象,使得我们的开发者也可以快速应用 RT-Thread 提供的众多支持 BSDSocket 接口的 IoT 软件包。让我们的用户 在网络编程方面极大的提升了软件的可重用性。

    • SAL 实现层:该层位于 SAL 的底部,针对不同的模块、芯片或协议栈,完成与 SAL 框架的对接实现。接入完成后,应用层几乎不需要关心真正的网络接入方式,降低了应用层与底层的耦合。

    • DFS 文件系统层:SAL 与 DFS 紧密结合, Socket 描述符与fd文件描述符可以完全对应起来,实现了fd的统一管理。使得应用层可以通过read/write 、 poll/select 接口操作 Socket 套接字,更加兼容 POSIX 标准。

     

    应用场景:

    对接 AT 指令的网络模块

    在使用这些 AT 模块做网络开发时,不可避免地会在我们的应用代码中耦合很多与模块相关的 AT 通信代码。这样也会导致,以前使用标准的 BSD Socket 开发过的组件没法被重用过来。

    有了SAL,只需要我们针对AT 模块的指令方式,实现 SAL的对接接口(RT-Thread已经提供了常用模块的实现,例如,乐鑫的 ESP8266,移远的 M26),上层应用即可愉快地进行Socket编程了。

    这里稍微提一下,RT-Thread 的 AT 组件已具有上述功能,很快将会发布,敬请期待……


    对接内置协议栈的网络芯片


    随着像 W5500/CH395 这类网络芯片的越来越普及,我们的 MCU 也就不需要跑网络协议栈了,极大地降低了MCU的资源占用情况。可是跟AT模块也有同样的问题,怎么样才能保证应用层依然很简单地使用标准Socket进行编程?这个问题就交给SAL去解决吧。SAL 造好了适配这些芯片的轮子,会方便我们所有使用 RT-Thread + W5500/CH395 的开发者。


    非lwIP的 TCP/IP 协议栈


    在一些特殊领域,可能lwIP并不能够满足我们的用户要求。更换 TCP/IP 协议栈就不可避免。正是因为有了 SAL 框 架,新的协议栈,只需要与其对接完毕,上层应用即可放心使用,以前的代码照样也可以被拿来重用。


    SocketCAN


    Socket CAN 做为Linux上CAN编程的一种方式,它简易易用,编程顺手。很多用户也想在 RT-Thread 上实现 Socket CAN 编程,这个时候就需要 SAL 上场了。只需要我们在底层使用 RT-Thread CAN 设备实现 SAL框架对应的接口即可。


    从 DFS_NET 到 SAL 迁移指南


    原先的 DFS_NET 配置位于:RT-Thread Components → Device virtual file system

    现有的 SAL 配置位于: RT-ThreadComponents → Network → Socketabstraction layer

     

    迁移相关步骤如下:

    1. 确定之前项目中是否开启 RT_USING_DFS_NET 选项,若开启需要进行迁移。

    2. RT_USING_DFS_NET 选项在SAL 组件添加之后被废弃,由 SAL_USING_POSIX 选项代替,若需要迁移,在 ENV 工具中开启上述 SAL 配置选项。

    3. 保存配置并退出ENV 工具,重新生成工程,完成迁移。 



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