XFCE+VNC+SWITCH+TSN全覆蓋!STM32MP25x核心板Debian系統(tǒng)發(fā)布
一、系統(tǒng)概述
MYD-LD25X搭載的Debian系統(tǒng)包含以太網(wǎng)、WIFI/BT、USB、RS485、RS232、CAN、AUDIO、HDMI顯示和攝像頭等功能，同時也集成了XFCE輕量化桌面、VNC遠(yuǎn)程操控、SWITCH網(wǎng)絡(luò)交換和TSN時間敏感網(wǎng)絡(luò)功能，為工業(yè)設(shè)備賦予“超強算力+實時響應(yīng)+極簡運維”的體驗!
圖：MYC-LD25X核心板及開發(fā)板
二、亮點功能介紹
1、Xfce桌面
Xfce是一款輕量級的開源桌面環(huán)境，旨在提供高效、穩(wěn)定和易于使用的桌面體驗。
輕量級：Xfce以資源效率為目標(biāo)，注重在低資源消耗下提供快速響應(yīng)和流暢的用戶體驗。它適用于各種硬件配置，包括舊式計算機(jī)和嵌入式設(shè)備。
簡潔和直觀：Xfce遵循簡潔和直觀的設(shè)計原則，提供了直觀易用的用戶界面，使用戶能夠快速上手和自定義桌面環(huán)境。
模塊化：Xfce采用模塊化的設(shè)計，桌面環(huán)境由多個獨立的組件(如面板、窗口管理器、文件管理器等)組成，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行定制和配置。
1.1.啟動Xfce
myir-image-debian系統(tǒng)默認(rèn)已經(jīng)包含xfce顯示界面，開發(fā)板啟動進(jìn)入系統(tǒng)后，接上屏幕會顯示如下界面，說明成功啟動Xfce，需輸入設(shè)置的賬戶進(jìn)入系統(tǒng)界面。
圖1.1 xfce顯示界面
2、VNC遠(yuǎn)程控制
2.1. vnc簡介
VNC(Virtual Network Computing，虛擬網(wǎng)絡(luò)計算)是一種遠(yuǎn)程桌面控制技術(shù)，允許用戶通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問和控制另一臺計算機(jī)的桌面環(huán)境。系統(tǒng)默認(rèn)安裝了TigerVNC。以下是其核心特點和應(yīng)用：
?協(xié)議基礎(chǔ)：基于RFB協(xié)議(Remote Framebuffer Protocol)，通過傳輸屏幕圖像的更新部分和用戶輸入指令實現(xiàn)交互。
?客戶端-服務(wù)端架構(gòu)：
服務(wù)端：運行在MYD-LD25X上，負(fù)責(zé)分享屏幕并接收客戶端指令。
客戶端：用戶通過客戶端連接到服務(wù)端，查看并操作遠(yuǎn)程桌面。
?網(wǎng)絡(luò)傳輸：默認(rèn)使用TCP端口5900+N(N為顯示器編號，如:1對應(yīng)5901)。
2.2. 啟動VNC服務(wù)
Debian系統(tǒng)默認(rèn)上電就開啟VNC服務(wù)端，使用下面命令查看vnc服務(wù)：
2.3 客戶端連接測試
下載客戶端
Windows下載并安裝客戶端軟件(如RealVNC Viewer)，如下圖所示：
圖2.1 客戶端VNC界面
?獲取連接信息
通過myd-ld25x開發(fā)板獲取目標(biāo)設(shè)備的IP地址或主機(jī)名
通過VNC服務(wù)器的log，獲取端口/顯示編號，如:1(對應(yīng)端口5901)或直接指定端口號5901：
?輸入連接地址
依次點擊VNC客戶端界面“File->New connection”輸入服務(wù)器和主機(jī)名，格式如下：
以主機(jī)名為例子，配置完成后，點擊”O(jiān)K”按鈕，如下圖所示：
圖2.2 客戶端VNC配置
?成功連接
連接成功后，客戶端窗口將顯示遠(yuǎn)程設(shè)備的桌面，可進(jìn)行交互操作。
圖2.3 VNC連接成功界面
3、交換機(jī)功能
3.1. 交換機(jī)簡介
以太網(wǎng)交換機(jī)是一種硬件設(shè)備，用于連接局域網(wǎng)(LAN)上的設(shè)備，并在這些設(shè)備之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。它在OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)運行，并使用MAC地址來確定每個數(shù)據(jù)包的目的地。以太網(wǎng)交換機(jī)可以通過減少沖突和擁塞來提高網(wǎng)絡(luò)性能，同時還可以提供如虛擬局域網(wǎng)(VLAN)和基于端口的訪問控制等安全功能。與以太網(wǎng)橋接器相比，以太網(wǎng)交換機(jī)在CPU使用率方面更為高效。由于硬件以太網(wǎng)交換機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、過濾和優(yōu)先級排序，因此減輕了CPU的工作負(fù)擔(dān)。這樣一來，CPU可以專注于處理其他任務(wù)，從而進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)性能。本節(jié)主要介紹myd-ld25x作為交換機(jī)進(jìn)行雙網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)功能。
3.2. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣榻B
STM32MP257有兩個以太網(wǎng)控制器，MYD-LD25X以太網(wǎng)控制器1支持交換機(jī)功能。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D：
圖3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
根據(jù)上圖很容易了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
3.3.關(guān)鍵拓?fù)渑渲媒馕?/strong>
?myd-ld25x的配置
從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D可知，myd-ld25x被當(dāng)作為交換機(jī)/網(wǎng)關(guān)，連接不同的子網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)1配置169.254.1.0/24(通過 end2 接口);子網(wǎng)2:配置192.168.0.0/24(通過 sw0p2 接口)。啟用 ip_forward 后，myd-ld25x可將來自子網(wǎng)1的流量轉(zhuǎn)發(fā)到子網(wǎng)2，反之亦然。
?Device1 配置
設(shè)置 IP 為169.254.1.2，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)指向 myd-ld25x的 end2 接口 (169.254.1.1)。使得所有非本子網(wǎng)的流量(如訪問 192.168.0.11)通過網(wǎng)關(guān) myd-ld25x 轉(zhuǎn)發(fā)。
?Device2 配置
設(shè)置 IP 為192.168.0.11，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)指向myd-ld25x的 sw0p2 接口 (192.168.0.20)。使所有非本子網(wǎng)的流量(如訪問 169.254.1.2)通過網(wǎng)關(guān)myd-ld25x轉(zhuǎn)發(fā)。3.4.轉(zhuǎn)發(fā)功能配置與測試
?切換交換機(jī)設(shè)備樹
啟動開發(fā)板，在uboot階段選擇交換機(jī)設(shè)備樹，如下圖所示：
圖3.2 選擇交換機(jī)設(shè)備樹
?轉(zhuǎn)發(fā)功能配置
根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對myd-ld25x開發(fā)板板進(jìn)行配置，啟動設(shè)備并設(shè)置 end1/sw0ep 接口，同時啟用 IP 轉(zhuǎn)發(fā)功能，使設(shè)備能夠充當(dāng)路由器，轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)流量。
配置設(shè)備1(開發(fā)板或者PC)網(wǎng)絡(luò)接口IP和路由，這里Device1使用一塊MYD-LD25X開發(fā)板：
配置設(shè)備2(開發(fā)板或者PC)網(wǎng)絡(luò)IP和路由，這里Device2也使用一塊MYD-LD25X開發(fā)板：
3.5.連通性驗證
從Device1->Device2，當(dāng)執(zhí)行ping 192.168.0.11 時， 數(shù)據(jù)包從 Device1 發(fā)送到默認(rèn)網(wǎng)關(guān)MYD-LD25X (169.254.1.1)，MYD-LD25X根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 sw0p2 接口 (192.168.0.20)。Device2 收到數(shù)據(jù)包并回復(fù)，路徑反向同理。
從Device2->Device1，過程一樣：
通過MYD-LD25X板作為路由中轉(zhuǎn)，成功實現(xiàn)了兩個不同子網(wǎng)(169.254.1.0/24和 192.168.0.0/24)間的通信。4、TSN4.1.TSN簡介TSN代表時間敏感網(wǎng)絡(luò)(Time-Sensitive Networking)，它是由電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)開發(fā)的一系列標(biāo)準(zhǔn)，旨在通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供確定性和低延遲的通信。TSN旨在支持實時應(yīng)用，如工業(yè)自動化、汽車以及音頻/視頻流傳輸。TSN通過在網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備之間提供時間同步，并使用流量整形和調(diào)度機(jī)制為時間關(guān)鍵型流量分配優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)資源，從而實現(xiàn)確定性通信。TSN還支持冗余和容錯機(jī)制，以確保高可用性和可靠性。此處列出了IEEE定義的TSN標(biāo)準(zhǔn)的完整清單。TSN的關(guān)鍵特性包括：
?時間同步：TSN使用精確時間協(xié)議(PTP)來同步網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的時鐘，精度可達(dá)亞微秒級。IEEE 802.1AS-Rev
?流量整形和調(diào)度：TSN使用服務(wù)質(zhì)量(QoS)機(jī)制為時間關(guān)鍵型流量分配優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)資源，并防止擁塞和數(shù)據(jù)包丟失。IEEE 802.1Qav和IEEE 802.1Qbv
?互操作性：TSN設(shè)計為與現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)兼容，并支持不同供應(yīng)商和設(shè)備之間的互操作性。
總體而言，TSN為以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的實時通信提供了一個標(biāo)準(zhǔn)化且可靠的解決方案，有助于在各行各業(yè)啟用新的應(yīng)用和用例。802.1Qav和802.1Qbv之間的選擇取決于應(yīng)用的特定需求。802.1Qav通常用于帶寬需求可變且不可預(yù)測的應(yīng)用，而802.1Qbv則通常用于帶寬需求固定且可預(yù)測的應(yīng)用。MYD-LD25X獨立網(wǎng)口end2和switch都支持TSN功能。本節(jié)將以myd-ld25x開發(fā)板獨立以太網(wǎng)為例，展示TSN 802.1Qav如何提升流量整形效果。 4.2. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣榻B通過預(yù)留4個帶寬序列，給每個序列分別不同的優(yōu)先級，如下網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D所示：
圖4.1 QAV例子
如上圖所示，配置網(wǎng)口如下：
?使用4個隊列(Q0-Q3)。每個隊列在硬件中都有預(yù)留的帶寬。最多支持4個隊列。
?隊列0無帶寬限制，用于通用流量。
?隊列1預(yù)留了最大帶寬的10%(100Mbps)
?隊列2預(yù)留了最大帶寬的20%(200Mbps)
?隊列3預(yù)留了最大帶寬的30%(300Mbps)
?Q3是最高優(yōu)先級隊列，而Q0是最低優(yōu)先級隊列。
4.3. 網(wǎng)絡(luò)流量控制
?創(chuàng)建vlan端口
在MYD-LD25X開發(fā)板發(fā)送端執(zhí)行下面命令創(chuàng)建vlan端口，并建立端口映射：
在接受端(PC或者其他開發(fā)板)接收端創(chuàng)建vlan端口：
?配置網(wǎng)絡(luò)流量
CBS用于通過限制流量類別的數(shù)據(jù)速率來強制實施服務(wù)質(zhì)量;為了將數(shù)據(jù)包劃分為不同的流量類別，用戶可以選擇使用mqprio。
為每個隊列分配不同的帶寬
?流量測試
在連接到端點end2且IP地址為192.168.200.30的遠(yuǎn)程PC或其他設(shè)備上運行4個iperf會話，以生成具有不同優(yōu)先級的多個數(shù)據(jù)流。
在MYD-LD25X開發(fā)板，使用iperf3開始傳輸數(shù)據(jù)流：
?測試結(jié)果對于優(yōu)先級為6且?guī)挒?00Mbps的隊列3，使用TC規(guī)則后：
對于優(yōu)先級為4且?guī)挒?00Mbps的隊列2，使用TC規(guī)則后：
對于優(yōu)先級為2且?guī)挒?00Mbps的隊列1，使用TC規(guī)則后：
對應(yīng)優(yōu)先級為0且?guī)挓o限制的流量，使用TC規(guī)則后：
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