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KRTS网络模块:UDP通信

article 2024/11/15 4:11:01

KRTS网络模块:UDP通信

目录

  • KRTS网络模块:UDP通信
    • UDP简介
    • KRST UDP简介
        • 核心特性
        • 界面设计
    • 核心代码
    • 运行实例
        • 稳定性测试

UDP简介

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，它位于OSI七层模型中的传输层，并且使用IP作为底层协议来发送数据。UDP的主要特点是它提供了轻量级的数据传输服务，不保证数据的可靠性、顺序性和流量控制。这意味着使用UDP发送的数据报可能丢失、重复或乱序到达，而且发送端并不追踪这些数据报是否成功到达接收端。由于UDP不进行连接管理，因此它的开销非常小，非常适合用于实时应用，如语音通话、视频会议和在线游戏等场景，这些应用能够容忍一定程度的数据丢失，但要求低延迟和高效率的数据传输。此外，UDP还被广泛应用于多播和广播通信中。

KRST UDP简介

KRTS UDP作为一个UDP协议的一个变种，其主要功能包括支持IP地址和端口配置、实时数据处理以及能够接受来自通用UDP和特定UDP的通信服务。KRTS UDP通过减少延迟和提高数据传输效率，确保了更流畅的实时通信体验。下面是KRTS服务端的一些核心特性和实现细节：

核心特性
  1. IP 和端口配置：
    • 支持指定服务端监听的IP地址和端口号。
    • 支持绑定到特定的网络接口。
  2. 实时数据处理：
    • 实现高效的数据处理逻辑，确保低延迟和高吞吐量。
界面设计

Qt开发应用层界面

在这里插入图片描述
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核心代码

内核层代码

/*
 *     KRTS 网络服务器 - 内核程序
 *     时间： 2024-8-10
 *     版本： 0.1
 *     代码规范： Google 开源项目风格
 *     版权所有： 山东易码智能科技股份有限公司
 */

#include "Base/SharedData.h"

SharedData *kernel_data_ {nullptr};
KSSocketAddr remote_addr_;                       // 远程地址

/* 套接字回调函数 */
KSError __stdcall SocketCallBack(void * /*pArgs*/, void *context);

extern "C" KSError __declspec(dllexport) __stdcall InitKernel(void *args, void * /*pContext*/)
{
    KS_printK("-------------- InitKernel \n");
    kernel_data_ = static_cast<SharedData *>(args);

    /* 为传入数据创建管道。这将是一个消息管道 */
    KSError error = KS_createPipe(&kernel_data_->pipe_handle, "NetworkUdpServerPipe", 1, BUFFER_SIZE * 4, KS_INVALID_HANDLE, KSF_MESSAGE_PIPE);
    if (error != KS_OK) { return error; }

    /* 创建接收事件。 */
    error = KS_createEvent(&kernel_data_->receive_event_handle, "UdpServerReceiveEvent", KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK) { return error; }

    // 为了对套接字上的事件做出反应，我们使用带有 KSF_DIRECT_EXEC 的回调。
    error = KS_createCallBack(&kernel_data_->socket_call_back, SocketCallBack, nullptr, KSF_DIRECT_EXEC, 0);
    if (error != KS_OK) { return error; }

    /* 打开网络适配器 */
    error = KS_openNetworkAdapter(&kernel_data_->adapter_handle, kernel_data_->device_name, nullptr, KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK) { return error; }

    /* 网络将配置为使用在用户空间的应用程序中指定的 IP 地址、子网和网关。 */
    error = KS_execNetworkCommand(kernel_data_->adapter_handle, KS_NETWORK_SET_IP_CONFIG, &kernel_data_->ip_config, KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK) { return error; }
    
    /* 在端口上创建一个 Udp 服务器套接字。 */
    KSSocketAddr socket_addr = {0};
    socket_addr.family = KS_FAMILY_IPV4;
    socket_addr.port = KS_htons(kernel_data_->port_config);
    *socket_addr.address = kernel_data_->ip_config.localAddress;

    error = KS_openSocket(&kernel_data_->socket_handle, kernel_data_->adapter_handle, &socket_addr, KS_PROTOCOL_UDP, KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK){ return error;}

    // 设置套接字的最大传输单位 （MTU）。
    int mtu = 1024;
    error = KS_execSocketCommand( kernel_data_->socket_handle,  KS_SOCKET_SET_MTU, &mtu,KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK){ return error;}

    /* 安装数据接收回调 */
    error = KS_installSocketHandler(kernel_data_->socket_handle, KS_SOCKET_RECV, kernel_data_->socket_call_back, KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK) { return error; }

    // 初始化远程地址
    remote_addr_.family = KS_FAMILY_IPV4;
    remote_addr_.port = KS_htons(kernel_data_->port_config);
    *remote_addr_.address = kernel_data_->remote_addr;

    return KS_OK;
}

extern "C" KSError __declspec(dllexport) __stdcall ExitKernel(void * /*pArgs*/, void * /*pContext*/)
{
    KS_printK("-------------- ExitKernel \n");
    if (kernel_data_ == nullptr) { return KSERROR_FUNCTION_NOT_AVAILABLE; }
    KS_installSocketHandler(kernel_data_->socket_handle, KS_SOCKET_RECV, KS_INVALID_HANDLE, KSF_NO_FLAGS);
    /* 关闭套接字。 */
    KS_closeSocket(kernel_data_->socket_handle);
    /* 关闭网络适配器。 */
    KS_closeNetwork(kernel_data_->adapter_handle,KSF_NO_FLAGS);
    /* 移除回调。 */
    KS_removeCallBack(kernel_data_->socket_call_back);
    /*关闭事件 */
    KS_closeEvent(kernel_data_->receive_event_handle);
    /* 删除消息管道 */
    KS_removePipe(kernel_data_->pipe_handle);

    return KS_OK;
}

// 发送消息
extern "C" __declspec(dllexport) KSError __stdcall SendBufferContent(void* /*pArgs*/, void* /*pContext*/)
{
    if (kernel_data_->send_length != 0)
        {
        KSError error = KS_sendToSocket(
                    kernel_data_->socket_handle,
                    &remote_addr_,
                    kernel_data_->send_buffer,
                    kernel_data_->send_length, nullptr,
                    KSF_NO_FLAGS);

        if (error != KS_OK) {return error;}

        error = KS_sendToSocket(
                    kernel_data_->socket_handle,
                    &remote_addr_,
                    "\r\n",                            
                    2, nullptr,
                    KSF_NO_FLAGS);

        if (error != KS_OK)  { return error;}
    }

    return KS_OK;
}

// 接收消息
KSError __stdcall SocketCallBack(void * /*pArgs*/, void */* context */)
{
    KS_printK("-------------- SocketCallBack \n");

    KSError error;
    int length;

    do
    {
        byte read_buffer[BUFFER_SIZE];

        // 接收数据
        error = KS_recvFromSocket(kernel_data_->socket_handle, &remote_addr_, read_buffer, BUFFER_SIZE, &length, KSF_NO_FLAGS);
        if (error && KSERROR_CODE(error) != KSERROR_NO_DATA_AVAILABLE) { return error; }

        if (error == KS_OK)
        {
            error = KS_putPipe(kernel_data_->pipe_handle, read_buffer, length, nullptr,KSF_NO_FLAGS);

            KS_setEvent(kernel_data_->receive_event_handle);
        }
    } while (error == KS_OK);

    return KS_OK;
}

#pragma pack(push, 8)
#include <windows.h>
#pragma pack(pop)

BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hInstDll, DWORD reason, LPVOID pReserved)
{
    return TRUE;
}

应用层代码

#include "KitharaUser.h"
#include "Universal/Universal.h"
#include <QtConcurrent>
#include <windows.h>

KitharaUser::KitharaUser(QObject *parent) : QObject(parent)
{
    /*  打开驱动  */
    if (const KSError error = KS_openDriver(customer_number_); error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_openDriver", "Unable to open the driver!");
        return;
    }
}

KitharaUser::~KitharaUser()
{
    /* 关闭驱动 */
    if (const KSError error = KS_closeDriver(); error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_closeDriver", "Unable to close the driver!");
    }
    Sleep(3000);
};

bool KitharaUser::Init()
{
    /* 创建共享内存 */
    KSError error = KS_createSharedMemEx(&shared_mem_handle_, "", sizeof(SharedData),KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_createSharedMemEx", "Unable to create the shared memory!");
        return false;
    }

    /* 获取共享内存句柄，并于用户层数据绑定 */
    error = KS_getSharedMemEx(shared_mem_handle_, reinterpret_cast<void **>(&user_data_), KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_getSharedMemEx", "Unable to get the shared memory!");
        return false;
    }

    /* 加载内核层DLl */
    error = KS_loadKernel(&user_data_->kernel_handle, "KernelUDP.dll", nullptr, nullptr,KSF_KERNEL_EXEC | KSF_SAVE_FPU);
    if (error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_loadKernel", "Unable to load the kernel!");
        return false;
    }

    return true;
}

bool KitharaUser::Start()
{
    /* 遍历网卡 */
    /* 获取网卡名称
     *
     * KSF_ACTIVE： 该设备不仅在Windows 系统中可用，而且还与 Kithara 驱动程序永久连接。
     *
     */
    KSError error = KS_enumDevices("NET", network_index_, user_data_->device_name, KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_enumDevices", "Unable to query network device name!");
        return false;
    }

    // 为了发送 IP 数据包，我们必须设置自己的 IP 地址和子网掩码。
    // 注意：以太网帧中的数据必须是“大端”！
    KS_makeIPv4(&user_data_->ip_config.localAddress, 192, 168, 0, 182);
    KS_makeIPv4(&user_data_->ip_config.subnetMask, 255, 255, 255, 0);
    KS_makeIPv4(&user_data_->ip_config.gatewayAddress, 192, 168,   0,   1);
    KS_makeIPv4(&user_data_->remote_addr, 192, 168, 0, 161);
    user_data_->port_config = 2345;

    error = KS_execKernelFunctionEx(user_data_->kernel_handle, "InitKernel", shared_mem_handle_, KS_INVALID_HANDLE, KSF_NO_FLAGS);
    if (error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "KS_execKernelFunctionEx", "Unable to initialize the kernel DLL!");
        return false;
    }

    /* 创建线程 */
    future_ = QtConcurrent::run(&KitharaUser::RecevicePipeData,this);
    return true;
}

QStringList KitharaUser::GetNetworkList() const
{
    QStringList network_list;
    for (int i = 0;; ++i)
    {
        char device_name[256];
        if (const KSError error = KS_enumDevices("NET", i, device_name, KSF_NO_FLAGS); error != KS_OK)
        {
            if (KSERROR_CODE(error) != KSERROR_DEVICE_NOT_FOUND)
            {
                Universal::OutputErr(error, "KS_enumDevices", "Unable to query network device name!");
            }
            if (KSERROR_CODE(error) == KSERROR_DEVICE_NOT_FOUND && !i)
            {
                Universal::OutputTxt("No network adapters found");
                return {};
            }

            break;
        }
        network_list.append(device_name);
    }

    return network_list;
}

void KitharaUser::SetNetworkIndex(const int index)
{
    if (index < 0)
    {
        return;
    }

    network_index_ = index;
}

void KitharaUser::WaitForStop() const
{
    while (true)
    {
        if (user_data_->is_finished == 1)
       {
            return;
        }

       if(!SendUdpData("Hello KRTS"))
       {
          Universal::OutputErr(KS_OK, "SendUdpData", "Unable to send data!");
       }
        Sleep(1000);
    }
}

void KitharaUser::Stop() const
{
    if (user_data_ != nullptr)
    {
        user_data_->is_finished = 1;
    }
}

void KitharaUser::UnInit()
{
    // 等待线程退出
    future_.waitForFinished();

    KSError error;
    /* 卸载内核层DLL */
    if (shared_mem_handle_ != NULL && user_data_->kernel_handle != NULL)
    {
        if (error = KS_execKernelFunctionEx(user_data_->kernel_handle, "ExitKernel", KS_INVALID_HANDLE, KS_INVALID_HANDLE, KSF_NO_FLAGS)
            ; error != KS_OK)
        {
            Universal::OutputErr(error, "KS_execKernelFunctionEx", "Error while deallocating resources on kernel level!");
            return;
        }

        error = KS_freeKernel(user_data_->kernel_handle);
        if (error != KS_OK)
        {
            Universal::OutputErr(error, "KS_freeKernel", "Unable to unload the kernel!");
        }
    }

    /* 释放共享内存 */
    if (shared_mem_handle_ != NULL)
    {
        error = KS_freeSharedMemEx(shared_mem_handle_, KSF_NO_FLAGS);
        if (error != KS_OK)
        {
            Universal::OutputErr(error, "KS_freeSharedMemEx", "Unable to free the shared memory!");
        }
        else
        {
            user_data_ = nullptr;
        }
    }
}

void KitharaUser::RecevicePipeData()
{
    KSError error = KS_OK;
    char read_buffer[BUFFER_SIZE];
    int length;

    while (true)
    {
        if (user_data_->is_finished != 0)
        {
            break;
        }

        error = KS_waitForEvent(user_data_->receive_event_handle, KSF_NO_FLAGS, 5 * MS);
        if (error != KS_OK) { continue; }

        while (KS_OK == KS_getPipe(user_data_->pipe_handle, read_buffer, BUFFER_SIZE, &length, KSF_NO_FLAGS))
        {
            read_buffer[length] = '\0';
            Universal::OutputTxt(read_buffer, false);
            if (auto str = QString(read_buffer); !str.isEmpty())
            {
                emit SendData(str);
            }
        }
    }

    Universal::OutputTxt("Receiving thread has been finished.");
}

bool KitharaUser::SendUdpData(const QString &message) const
{
    if (user_data_ == nullptr)
    {
        return false;
    }

    strcpy_s(user_data_->send_buffer, message.toStdString().c_str());
    user_data_->send_length = (int)message.length();
    if (const KSError error = KS_execKernelFunctionEx(user_data_->kernel_handle, "SendBufferContent", KS_INVALID_HANDLE, KS_INVALID_HANDLE, KSF_NO_FLAGS); error != KS_OK)
    {
        Universal::OutputErr(error, "SendBufferContent", "Error while sending!");
        return false;
    }

    return true;
}

运行实例

在这里插入图片描述

稳定性测试

在这里插入图片描述
根据本次测试数据，系统抖动范围在0至30.60微秒之间，其中0-1微秒区间内抖动出现频率最高，占比达23.07%。整体来看，大部分抖动集中在低值区间，表明系统具有较好的时间稳定性和可预测性。测试过程中不同硬件的测试结果会产生较大差异。


http://www.kler.cn/a/289694.html

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