第5章 ThreadX NetXDUO網絡協定棧介紹
本章節介紹 ThreadX NetXDUO網絡協定棧，讓大家對NetXDUO有一個整體的了解。
5.1 初學者重要提示
5.2 Express Logic公司介紹
5.3 ThreadX NetXDUO簡介
5.4 ThreadX NetXDUO安全認證
5.5 ThreadX NetXDUO支援的RFC
5.6 ThreadX NetXDUO的IxANVL測試
5.7 ThreadX NetXDUO的IPv6就緒微标認證
5.8 ThreadX NetXDUO各行各業應用案例
5.9 總結
5.1 初學者重要提示
ThreadX是小型RTOS的巅峰之作，通過了各行各業的安全認證，并且大部分都是最高安全标準。作為中間件的NetXDUO協定棧也通過了各種安全認證。
5.2 Express Logic公司介紹
ThreadX的作者是William lamie（同樣是Nucleus RTOS的原始作者，于1990年釋出）。1996的時候成立了Express Logic，并于1997釋出首版ThreadX RTOS。
- ThreadX4釋出于2001年，ThreadX5釋出于2005年，ThreadX6釋出于2020年。
- FileX – ThreadX的嵌入式檔案系統于1999年釋出首版。
- NetX – ThreadX的嵌入式TCP / IP網絡協定棧于2002年釋出首版。
- USBX – ThreadX的嵌入式USB協定棧于2004年釋出首版。
- 2009年推出了适用于SMP多核環境的ThreadX。
- 2011年釋出支援動态應用加載的ThreadX Modules。
- GUIX – ThreadX的嵌入式UI于2014年釋出首版。
- Microsoft在2019年4月18日以未公開的價格購買了Express Logic。
5.2.1 ThreadX核心
ThreadX幾乎是小型RTOS的巅峰之作，不管你之前用的那個OS，如果有精力建議還是學習下。62億電子裝置采用，是其它RTOS無法逾越的高山。ThreadX的産品涵蓋了各種領域，包括NASA的多個太空探測項目，飛機自動駕駛儀系統，火星偵察軌道器等。
ThreadX及其所有中間件的安全認證等級，至今沒有一款小型RTOS可以與其匹敵。這麼多安全認證，公司要入大量财力，人力和物力才可以完成，早前Micrium的一篇文章還談過這個問題，投入了太多資金和人力了，還與風河的VxWorks做了簡單對比。
（1）醫療 - FDA510（k），IEC-62304 Class C，IEC-60601，ISO-14971
（2）工業 - UL-1998，IEC-61508 SIL 4
（3）運輸/鐵路 - EN50128 SIL 4，BS50128, 49CFR236，IEC-61508
（4）航空航天裝置 - DO-178B，ED-12B，DO-278
（5）汽車 - IEC-61508 ASIL D
（6）核應用 - IEC-61508
（7）家電 - UL/IEC 60730/60335
規格如下:
5.2.2 USBX協定棧
USB協定棧也不錯，日常用的功能也齊全
規格如下：
5.2.3 GUIX圖形界面
GUIX用于圖形界面設計，功能強勁，特别是配套的圖形界面開發軟體GUIX Studio，可以添加設定各種主題，各種界面效果，各種字型展示，各種圖檔格式設定，真的是一條龍，非常友善。而且GUIX有各種安全認證。
GUIX通過了醫療認證IEC-62304 Class C，汽車認證IEC-61508 ASIL D，工業認證IEC-61508 SIL 4和運輸/鐵路認證EN50128，表明GUIX可用于安全關鍵型系統。
規格如下:
5.2.4 FileX檔案系統
ThreadX的檔案系統非常強勁，通過了各行各業的高等級安全認證。其它檔案系統别說安全認證了，安全措施都不多，甚至沒有。
規格如下：
再看API，一個檔案系統竟然提供了230多個，僅異常處理的API就有20個（一個檔案一個API）
5.2.5 LevelX擦寫均衡保護層
LevelX為NAND和NOR型Flash提供擦寫均衡支援，并且對于NAND型，還支援ECC校驗和壞塊管理。
由于NAND和NOR型Flash擦除次數是有限的，是以均勻配置設定閃存使用至關重要。這通常稱為擦寫均衡，LevelX為此而生。LevelX向使用者提供一個邏輯扇區陣列，這些邏輯扇區映射到LevelX内部的實體閃存。應用程式可以将LevelX與FileX結合使用，也可以直接讀取/寫入邏輯扇區。LevelX專為容錯而設計。Flash更新是分多個步驟進行的，每個步驟都可以中斷。在下一次操作期間，LevelX自動恢複到最佳狀态。
5.3 ThreadX NetXDUO簡介
Azure RTOS NetX Duo是Microsoft的進階工業級IPv4/IPv6網絡協定棧，專門針對深度嵌入式，實時和IoT應用程式而設計。NetX Duo為嵌入式應用程式提供了諸如IPv4，IPv6，TCP和UDP等核心網絡協定，以及一整套完整的其他進階附加協定。Azure RTOS NetX Duo通過其他附加安全産品提供安全性，包括Azure RTOS NetX Secure IPsec和Azure RTOS NetX安全SSL / TLS / DTLS。所有這些，再加上，執行速度快和易于使用，使Azure RTOS NetX Duo成為要求最苛刻的嵌入式IoT應用程式的理想選擇。
5.3.1 記憶體需求
對于基本的IP和UDP支援，Azure RTOS NetX Duo的占用空間非常小，隻有9 KB到15 KB。TCP功能需要額外的10 KB到13 KB的指令區存儲器。Azure RTOS NetX Duo RAM的使用範圍通常為2.6 KB至3.6 KB加上由應用程式定義的資料包池記憶體。與Azure RTOS ThreadX一樣，Azure RTOS NetX Duo的大小會根據應用程式使用的服務自動縮放。這實際上消除了對複雜配置和建構參數的需求，使開發人員更輕松。
5.3.2 功能介紹
NetXDUO基本功能介紹如下：
MQTT
- Messaging Queue Telemetry Transport (MQTT)。
- 最小2.7 KB閃存。
- 直覺的MQTT API：nx_mqtt_ * 。
AutoIP
- 自動IPv4位址配置設定。
- 最小1.2 KB，300位元組RAM。
- 直覺的AutoIP API：nx_autoip_ * 。
HTTP 1.0
- 超文本傳輸協定（HTTP）。
- 最小2.8 KB至4.8 KB閃存/ 0.4 KB至1.0 KB RAM。
- 用戶端和伺服器支援。
- 直覺的API：nx_http_ * 。
HTTP / HTTPS 1.1
- 超文本傳輸協定（HTTP）。
- 最小3.0 KB至9.5 KB閃存/ 0.5 KB至2 KB RAM。
- 用戶端和伺服器支援。
- 多個傳入用戶端會話。
- 純文字和加密的HTTPS。
- 持久連接配接支援。
- 分段檔案上傳。
- 與Azure RTOS NetX Secure TLS完全內建。
- 直覺的API：nx_web_http * 。
SMTP協定
- Simple Mall Transfer Protocol (SMTP)。
- 最小的4.1 KB和0.6 KB RAM占用空間。
- 用戶端支援。
- 直覺的SMTP API：nx_smtp_ * 。
DHCP
- Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)。
- 最小3.6 KB至4.6 KB閃存，2.7 KB RAM占用空間。
- 用戶端和伺服器支援。
- IPv4和IPv6支援。
- 直覺的DHCP API：nx_dhcp_ * 。
NAT
- Network Address Translation (NAT)。
- 最小的3.5K6和0.6KB RAM占用空間。
- IPv4位址支援。
- 直覺的NAT API：nx_nat_ * 。
- NAT僅适用于Azure RTOS NetX Duo 。
SNMP協定
- Simple Network Management Protocol (SNMP)。
- 最小的10.9 KB和2.6 KB RAM占用空間。
- 對VI，V2和V3的代理支援。
- 直覺的SNMP API：nx_snmp_ * 。
DNS，mDNS，DNS-SD
- Domain Name System (DNS)。
- Multicast Domain Name System (mDNS)。
- DNS-based service discovery (DNS-SD)。
- DNS最小2.4 KB至3 KB閃存，1 KB RAM占用空間。
- 用戶端支援。
- 直覺的API：nx_dns_ * 。
- mDNS和DNS-SD僅可用于Azure RTOS NetX Duo。
POP3
- Post Office Protocol Version 3 (POP3)。
- 最小的8.1 KB和1.4 KB RAM占用空間。
- 用戶端支援。
- 直覺的POP3 API：nx_pop3_ *
Telnet
- 最小的0.5 KB和0.3 KB RAM占用空間。
- 用戶端和伺服器支援。
- 直覺的Telnet API：nx_telnet_ *。
FTP，TFTP
- File Transfer Protocol (FTP)。
- Trivial File Transfer Protocol (TFTP)。
- FTP最小1.8 KB至7.2 KB閃存，0.6 KB至2.1 KB的RAM占用空間。
- TFTP最小1.7 KB至2.4 KB閃存，0.3 KB至1.8 KB RAM占用空間。
- 用戶端和伺服器支援。
- 直覺的FTP和TFTP API：nx_ftp_ *或nx_tftp_ * 。
PPP，PPPoE
- Point-to- Point Protocol (PPP)。
- Point-to-Point Protocol over Ethernet(PPPoE)）。
- 最小7.1 KB和3.8 KB RAM占用空間。
- 直覺的PPP API：nx_ppp_ *。
- PPPoE僅适用于Azure RTOS NetX Duo。
SNTP
- Simple Network Time Protocol (SNTP)。
- 最小4 KB和0.5 KB RAM。
- 用戶端支援。
- 直覺的SNTP API：nx_sntp_ * 。
Azure RTOS NetX Duo API
- 直覺一緻的API。
- 名詞動詞命名約定。
- 快速零拷貝API實作。
- 所有API均具有nx_ *字首，可輕松将其辨別為Azure RTOS NetX。
- 阻塞API具有可選的線程逾時配置功能。
- 可選的BSD層，用于移植舊版Socket代碼。
IGMP
- Internet Group Management Protocol (IGMP)。
- 最小2.5 KB閃存。
- IPv4多點傳播組支援。
- IXIA IxANVL驗證。
- 可選的IGMP統計資訊。
- 通過Azure RTOS ThreadX進行系統級跟蹤。
- 直覺的IGMP API：nx_igmp_ *。
Azure RTOS NetX Secure DTLS
- Datagram Transport Layer Security (DTLS) 1.0 and 1.2 。
- 最小11 KB閃存。
- 快速的軟體RSA 2048位密鑰大小，在120MHz下約為1秒。
- 簡化的X.509實作。
- 與Azure RTOS NetX Duo UDP Socket完全內建
- 硬體加密支援。
- 軟體加密支援：RSA（所有密鑰大小），AES，DES / 3DES，ECC，HMAC，MD5，SHA-1，SHA-2（SHA-224，SHA-256，SHA-384，SHA-512）。
- 帶有ECDSA（簽名）和ECDH（加密）的Elliptic Curve Cryptography (ECC) ，包括 P-curves 192/224/256/384/521。
- 加密密鑰支援（取決于硬體）。
Azure RTOS NetX Secure TLS
- Transport Layer Security (TLS) 1.0, 1.1, and 1.2。
- 最小8.8 KB閃存。
- 快速的軟體RSA 2048位密鑰大小，在120MHz下約為1秒。
- 簡化的X.509實作。
- 與Azure RTOS NetX Duo TCP Socket完全內建。
- 硬體加密支援。
- 軟體加密支援：RSA（所有密鑰大小），AES，DES / 3DES，ECC，HMAC，MD5，SHA-1，SHA-2（SHA-224，SHA-256，SHA-384，SHA-512）。
- 帶有ECDSA（簽名）和ECDH（加密）的Elliptic Curve Cryptography (ECC) ，包括 P-curves 192/224/256/384/521。
- 加密密鑰支援（取決于硬體）。
ICMP
- Internet Control Message Protocol (ICMP)。
- 最小2.5 KB閃存。
- IPv4和IPv6支援。
- IXIA IxANVL驗證。
- ping請求和ping響應。
- 對ping請求的可選線程挂起。
- 所有挂起的可選逾時配置。
- 可選的ICMP統計資訊。
- 通過Azure RTOS TraceX進行系統級跟蹤。
- 直覺的ICMP API：nx_icmp_ *。
UDP協定
- User Datagram Protocol (UDP)。
- 最小2.5 KB閃存，每個Socket需要124位元組的RAM。
- 快速，接近線速的UDP資料包處理：
100 Mbps以太網上的RX 95 Mbps，MCU @ 100MHz，MCU使用率為14％
100 Mbps以太網上的TX 94 Mbps，MCU @ 100MHz，MCU使用率為10％
- UDP Fast Path技術。
- UDP數量無限制。
- IXIA IxANVL驗證。
- 可選的接收服務挂起。
- 所有挂起的可選逾時配置。
- 可選的UDP統計資訊。
- 通過Azure RTOS TraceX進行系統級跟蹤。
- 直覺的UDP API：nx_udp_ * 。
TCP協定
- Transmission Control Protocol (TCP)。
- 最小的10.5K8到12.5 KB閃存，每個Socket需要280位元組RAM。
- 快速，接近線速的TCP資料包處理：
100 Mbps以太網上的RX 93 Mbps，MCU @ 100MHz，MCU使用率為20％。
100 Mbps以太網上的TX 94 Mbps，MCU @ 100MHz，MCU使用率為27％。
- 可靠的連接配接。
- TCP套接字數量無限制。
- IXIA IxANVL驗證。
- Socket接收/發送上的可選挂起。
- 所有挂起的可選逾時配置。
- 可選的TCP統計資訊。
- 通過Azure RTOS TraceX進行系統級跟蹤。
- 直覺的TCP API：nx_tcp_ * 。
ARP / RARP
- Address Resolution Protocol (ARP)。
- Reverse Address Resolution Protocol (RARP)。
- 最小1.7 KB閃存，RAM大小。
- 動态解析32比特的IPv4和48比特的MAC位址。
- IXIA IxANVL驗證。
- 靈活的，使用者定義的ARP緩存。
- 免費ARP支援。
- 由應用程式确定的可選ARP / RARP統計資訊。
- 通過Azure RTOS TraceX進行系統級跟蹤。
- 直覺的ARP / RARP API：nx_arp_ *，nx_rarp_ *。
IPv4和IPv6
- Internet Protocol (IP)。
- 最小3.5 KB至8.5 KB閃存，2 KB至3 KB RAM占用空間。
- Piconet架構。
- 快速，接近線速性能。
- 多接口支援。
- 多宿主支援。
- 靜态路由支援。
- IP分段/重組支援。
- IPv4和IPv6位址支援。
- IXIA IxANVL驗證。
- 第二階段IPv6就緒徽标認證。
- 可選IP統計資訊。
- 定義明确，直覺的實體層驅動程式接口。
- 通過Azure RTOS TraceX進行系統級跟蹤。
- 直覺的IP層API：nx_ip_ *，nxd_ip_ *，nxd_ipv6_ *。
- 已認證TUV和UL預先認證，符合IEC 61508 SIL 4，IEC 62304 C類，ISO 26262 ASIL D和EN 50128 SW-SIL4。
Azure RTOS NetX Secure IPSEC
- Internet Protocol Security (IPSEC)。
- IP層。
- 硬體加密支援。
- 軟體加密支援，包括：
DES，3DES
AES
HMAC-MD5
HMAC SHA1
Internet密鑰交換（IKE）版本2支援
- 直覺的IPsec API：nx_ipsec_ *。
- IPsec僅适用于Azure RTOS NetX Duo。
5.3.3 API命名規則
NetXDUO的函數命名規則是：Noun-verb naming convention （名詞動詞命名約定）。根據這個命名規格，我們實際看下個API，比如：nx_tcp_enable ，字首nx，名詞tcp_，動詞enable。再看下面API截圖（部分函數截圖）：
基本也都符合這個命名規則。
5.3.4 快速執行
Azure RTOS NetX Duo提供了Zero-Copy資料包發送/接收實作，該實作與Azure RTOS ThreadX高度內建，以實作最快的性能。例如，Azure RTOS NetX Duo通常可以在80 MHz（或以下）處理器上實作接近線速的資料傳輸，而隻使用一小部分處理器周期。
5.3.5 安全又可靠
Azure RTOS NetX Duo是安全的。通過包括IPsec，SSL，TLS和DTLS在内的附加安全産品來提供此安全性。此外，該應用程式可以完全控制對Azure RTOS NetX Duo的所有外部通路，進而使确定安全風險變得更加容易。
Microsoft Azure RTOS為OEM提供了使用底層MCU / MPU硬體保護機制來保護通信以及建立代碼和資料隔離的元件。裝置制造商最終有責任確定裝置完全滿足與其特定用例相關的安全性要求。
5.3.6 簡單易用
Azure RTOS NetX Duo API直覺，直接且功能強大。
API名稱是用真實的單詞構成的，而不是其他網絡産品中常見的“alphabet soup”或高度縮寫的名稱。所有Azure RTOS NetX Duo API都有一個前導nx_并遵循名詞-動詞命名約定。此外，整個API都具有功能一緻性。例如，所有挂起的API函數都有一個可選的逾時，以相同的方式運作。
對于舊版應用程式，Azure RTOS NetX Duo提供了額外的BSD套接字相容層。該層可幫助開發人員輕松遷移大型網絡應用程式。
5.3.7 快速推向市場
Azure RTOS NetX Duo易于安裝，學習，使用，調試，驗證，認證和維護。是以，NetX Duo是嵌入式IoT裝置（包括Broadcom，Gainspan等公司的許多SoC）中最受歡迎的TCP / IP堆棧之一。我們始終如一的上市時間優勢建立在：
- 有品質保證的文檔–請查閱的《Azure RTOS NetX Duo使用者指南》。
- 完整的源代碼可用性。
- 易于使用的API。
- 全面和進階的功能集合。
5.3.8 高品質源代碼
從一開始，ThreadX就被設計為工業級RTOS，并附帶完整的C源代碼。ThreadX源代碼在品質和易于了解方面樹立了标杆。此外，一個函數一個源檔案的方式，大大友善使用者查閱浏覽。
ThreadX遵守嚴格的編碼規範，包括要求每行C代碼都必須有有意義的注釋。此外，ThreadX源碼已認證最高标準的認證。
5.3.9 全面的物聯網解決方案
對于基本的IP和UDP支援，Azure RTOS NetX Duo的占用空間非常小，隻有9 KB到15 KB。NetX Duo擁有用于深度嵌入式IoT應用程式的最全面的TCP / IP網絡之一。此支援包括以下附加協定産品：
MQTT，CoAP，LWM2M，6LoWPAN，SSL / TLS / DTLS，IPsec，AutoIP，DHCP，DNS，mDNS，DNS-SD，FTP，HTTP，IPsec，NAT，POP3，PPP，PPPoE，SMTP，SNMP v1 / 2/3 ，Telnet，TFTP。
5.3.10 支援的硬體平台
NetXDUO在開箱即用，可以在各種主流的32/64位處理器上運作。經過全面測試和完全支援的平台如下：
5.4 ThreadX NetXDUO安全認證
5.4.1 通過TUV和UL預先認證，符合許多安全标準
Azure RTOS NetX Duo已認證SGS-TUV Saar認證，可用于安全關鍵系統，符合IEC-61508 SIL 4，IEC-62304 SW安全等級C，ISO 26262 ASIL D和EN 50128的要求。該認證确認了Azure RTOS NetX Duo可用于安全相關軟體的開發，以達到IEC-61508，IEC-62304，ISO 26262和EN 50128的最高安全等級，以用于電氣，電子和可程式設計電子安全相關系統 。SGS-TUV薩爾公司由德國SGS-Group和TUV薩爾州的合資企業組成，現已成為領先的認證獨立公司，緻力于測試，稽核，驗證和認證全球安全相關系統的嵌入式軟體。工業安全标準IEC 61508及其衍生的所有标準，包括IEC-62304：
同時，Azure RTOS NetX Duo已被UL認可，符合UL 60730-1附件H，CSA E60730-1附件H，IEC 60730-1附件H，UL 60335-1附件R，IEC 60335-1附件R和UL 1998可程式設計元件中的安全标準。UL是一家全球性，獨立的安全科學公司，擁有超過一個世紀的專業知識來創新安全解決方案，涵蓋從公共使用電力到可持續性，可再生能源和納米技術方面的突破。
與TUV和UL認證相關的工件（證書，安全手冊，測試報告等）可供出售。
5.4.2 通過EAL4 + Common Criteria安全認證
Azure RTOS已獲得EAL4 + Common Criteria安全認證。評估目标涵蓋Azure RTOS ThreadX，Azure RTOS NetX Duo，Azure RTOS NetX Secure TLS和Azure RTOS NetX MQTT。這代表了深度嵌入式傳感器，裝置，邊緣路由器和網關所需的最典型的物聯網協定。
用于Microsoft Azure RTOS SC安全認證的IT安全評估工具是Brightsight BV，而證書頒發機構是SERTIT。
5.4.3 通過FIPS 140-2認證
Azure RTOS NetX加密庫已認證聯邦資訊處理标準化140-2（FIPS 140-2）軟體認證，該認證規定了加密子產品的要求。FIPS 140-2要求所有使用基于密碼的安全性的聯邦政府機構和部門滿足與加密強度和功能有關的特定标準。這些基于密碼的安全标準在加拿大和歐盟也得到認可。
用于Azure RTOS NetX加密庫的資訊安全評估實驗室為atsec，證書頒發機構為美國國家标準技術研究院（NIST）。
5.5 ThreadX NetXDUO支援的RFC
NetX Duo對描述基本網絡協定的RFC的支援包括但不限于以下網絡協定。NetX Duo在具有較小記憶體占用和高效執行的實時作業系統的限制範圍内遵循所有正常建議和基本要求。
以下是NetX Duo支援的與IPv6相關的RFC。
5.6 ThreadX NetXDUO的IxANVL測試
NetX Duo已使用IXIA的IxANVL進行了測試。IxANVL是用于自動化網絡和協定驗證的行業标準。有關IxANVL的更多資訊，請通路：https：//www.ixiacom.com/products/ixanvl
特别是，以下NetX Duo子產品已認證IxANVL進行了測試：
5.7 ThreadX NetXDUO的IPv6就緒微标認證
NetX Duo“ IPv6就緒”證書是通過可從IPv6就緒組織獲得的“ IPv6核心協定（第2階段）自測”軟體包獲得的。有關測試平台和測試用例的更多資訊，請參見以下IPv6-Ready項目網站：https : //www.ipv6ready.org/
第2階段IPv6核心協定自測試套件通過大量測試來驗證IPv6堆棧是否遵循以下RFC中提出的要求：
第1節：RFC 2460
第2節：RFC 4861
第3節：RFC 4862
第4節：RFC 1981
第5節： RFC 4443
Azure RTOS NetX Duo是獲得嚴格的IPv6-Ready Logo認證的僅有的嵌入式TCP / IP堆棧之一，證明它已認證由IPv6論壇管理和驗證的一緻性和互操作性測試。
5.8 ThreadX NetXDUO各行各業應用案例
ThreadX官網給出了航空航天，工業，汽車，醫療，消費電子，物聯網，片上系統等方向的具體案例 ： https://rtos.com/x-ware-showcase/
以消費電子方向為例，三星，NEST，HTC等都是其客戶，對應的産品也非常多。并且這些産品的直接使用ThreadX全套，基本ThreadX有的，就不再使用第三方元件：
5.9 ThreadX NetXDUO論壇
針對ThreadX，專門建立了論壇版塊：
http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=forumdisplay&fid=12。
當然，大家也可以上GUIX的官方Github開源位址送出問題：
https://github.com/azure-rtos 。
5.10 總結
關于ThreadX NetXDUO就跟大家介紹這麼多，更詳細的可以上我們的論壇進一步讨論。