基于VxWorks的HDLC通讯协议的研究和实现.pdf
文章编号:1001-9081(2003)12Z-0363-02基于VxWorks的HDLC通讯协议的研究和实现黄 泳,白英杰,芦东昕(中兴通讯股份有限公司 成都研究所,四川 成都610041)摘 要:首先提出了嵌入式设备互连互通的要求,介绍了嵌入式操作系统VxWorks和MPC8260处理器,并阐述了基于VxWorks操作系统的HDLC通讯协议软件的实现。关键词:VxWorks;MPC8260;HDLC;嵌入式设备中图分类号:TP273 文献标识码:A1 引言随着通讯技术的迅猛发展,为了实现信息共享,也便于控制和管理,各种嵌入式设备互连的要求越来越迫切。出于成本等因素的考虑,在嵌入式产品中使用了各种CPU,这些产品的性能差异很大,对这些设备的连接应考虑易用性、扩展性和维护成本。MPC8260是一种功能强大的RISC处理器,具有HDLC、以太网、串行口等多种通讯接口。Vxworks操作系统是一个内核精简、实时效率高的实时操作系统,得到了越来越广泛的应用。本文主要论述在MPC8260上,基于Vxworks操作系统的HDLC协议软件的实现,使MPC8260与其它具有HDLC接口的嵌入式设备组网连接。由于MPC8260具有多种通讯接口,将其作为联网服务器,推而广之,可以实现其它通讯接口嵌入设备的互连,实现与计算机的网络连接,方便对设备的控制和操作。2HDLC通讯协议概述HDLC(High2Level Data Link Control,高层数据链路协议)是一组用于在网络结点间传送数据的协议。在HDLC协议中,数据被组成一个个的单元(称为帧)通过网络传输,并由接收方确认收到,同时也管理数据流和数据发送的间隔时间。HDLC是在数据链路层中广泛使用的协议之一。HDLC协议中每帧所传输的数据可以含有任意数量的比特位,而且帧的开始和结束是靠约定的比特模式(标志)来定界,而不是靠特殊定义的字符,所以称为“面向比特”协议。HDLC的帧格式见图1。地址是目的地址,控制字节根据不同的内容定义不同的帧类型,每帧中所传输的数据可以含有8的任意整数倍长度,每帧数据都需要作CRC校验。图1HDLC协议帧格式HDLC协议的网络层提供面向连接的可靠的服务,采用这种服务,信源和信宿在传送任何数据之前,必须先建立一条连接链路。在这条链路上传送的每一个帧被按顺序编上号,数据链路层保证传送的帧被对方收到,且只收到一次,帧的先后顺序不变。面向连接的服务方式为网络层提供了可靠的传送比特流的服务。3VxWorks嵌入式操作系统VxWorks操作系统是美国Wind River公司设计开发的嵌入式实时操作系统(RTOS),是嵌入式开发环境的关键组成部分。Tornado是该公司推出的实时操作系统开发环境,提供了 收稿日期:2003-10-16 基金项目:国家863计划项目(2002AA1Z2306)作者简介:黄泳,男,工程师,硕士,主要研究方向:嵌入式操作系统;白英杰,男,工程师,主要研究方向:嵌入式系统、信息安全;芦东昕(1971-),男,高级工程师,博士后,主要研究方向:嵌入式系统、信息安全.3)用户授权由授权机构ClearanceCA发布ClearanceCert。授权机构按照用户不同的身份授予用户不同的权限;用授权机构的私钥签名授权证书;发布授权证书到LDAP服务器,替换存在的授权证书。4)访问控制决定访问控制决定在图5中体现在两个方面:访问控制实施和访问控制决定模块。例如,访问Web服务器主要将PRBAC作为一个安全插件插入到Web服务器中,和其它身份认证方式结合验证客户身份的有效性,如私钥证书或SSO;根据客户身份从LDAP获取对应的授权证书。参考文献1SDN.801:MISSI Access Control Concept and Mechanisms S.MCCB204.02.029,16 March 1999.2The Directory:Authentication Framework,ITU2T Recommenda2tion X.509S,June 1997.3DMS GENSER Message Security Classifications,Categories,andMarking Phrase Requirements,Version 1.2Z.Defense Informa2tion Systems Agency,19 March 1999.4Teresa A.David F,John N.Enterprise Security Applications ofPartition Rule Based Access Control(PRBAC)A.WET ICEConference MinutesC,June 1997.5Specification of Abstract Syntax Notation One(ASN.1),ITU2TRecommendation X.208S,1997.6SDN.706:X.509 Certificate and Certificate Revocation List Pro2files and Certification Path Processing Rules for MISSI,MCCB204.02.028S,4 December 1998.第23卷2003年12月计算机应用Computer ApplicationsVol.23Dec.,2003丰富的调试工具和仿真环境。VxWorks操作系统主要由以下部件组成:1)内核(wind),该实时内核提供多任务调度(采用优先级抢占方式)、任务间的同步和进程间通信机制以及中断处理、看门狗等功能。2)内存管理,VxWorks提供良好的内存管理机制。3)I/O系统,VxWorks提供了一个快速灵活的与ANSIC兼容的I/O系统以及符合POSIX标准的I/O系统。4)文件系统,支持多种文件系统。5)网络支持,它提供了对网络系统的透明访问,包括与BSD套接字兼容的各编程接口。无论是松耦合的串行线路、标准的以太网连接还是紧耦合的利用共享内存的背板总线,所有的VxWorks网络机制都遵循标准的Internet协议。6)设备驱动,提供了对多种设备的驱动。板级支持包(BSP)向操作系统提供了对各种板子的硬件功能操作的统一的软件接口,它是保证VxWorks操作系统可移植性的关键。利用VxWorks的集成开发环境Tornado,可以方便地调试实际运用程序。目标板上运行VxWorks操作系统,其中的目标代理遵循WBD(Wind Debug)协议,允许目标板与主机上的Tornado开发工具相连。在目标板中,目标代理是以VxWorks的一个任务tWdbTask的形式运行的。目标服务器(Target Server)向目标代理发送调试请求。调试请求通常决定目标代理对系统中其它任务的控制和处理。缺省状态下,目标服务器与目标代理通过以太网络进行通信,但是用户也可以改变通信方式。总之,VxWorks的系统结构是一个相当小的微内核的层次结构。内核仅提供多任务环境、进程间通信和同步功能。这些功能模块足够支持VxWorks在较高层次所提供的丰富的性能的要求。该操作系统因具有可靠性、实时性和可裁减性等特点,加上配套的Tornado开发工具,得到了越来越广泛的应用。图2 目标板和调试主机的连接4MPC8260介绍MPC8260 PowerQUICC IITM处理器是摩托罗拉公司推出的一个高端通信处理器,提供了优良的性能,包括灵活性、扩展的能力和极高的集成度。MPC8260有两个主要组成部分:嵌入的PowerPC内核和通信处理模块(CPM),同时集成了程序高速缓存、数据高速缓存和SIU。由于CPM分担了嵌入式PowerPC核的外围工作任务,这种双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。CPM同时支持3个快速的串行通信控制器(FCC)、2个多通道控制器(MCC)、4个串行通信控制器(SCC)、2个串行管理控制器(SMC)、1个串行外围接口(SPI)和一个I2C接口。其中的FCC、SCC等接口有复用功能,用户可根据自己的实际需要将其配置为HDLC、Ethernet等工作模式。高性能的PowerPC内核和多功能的CPM的组合,配之以各外围设备,使之能与周边各种类型模块的通信,为用户在网络和通信产品的开发方面提供巨大的潜力。5 在MPC8260上的HDLC通讯协议的实现为了便于MPC8260控制其它嵌入式设备,硬件上采用总线方式与其它设备互连,属于非平衡配置的主从点对多点总线网络结构。网络特点是多点式信道,一个主站,多个次站;在数据传送响应模式上采用正常响应模式,主站可以发送数据,而次站只有当主站轮询它时才可发送数据。主站由MPC8260来充当,采用它的一个SCC口支持HDLC协议,次站由其它嵌入式设备来充当。MPC8260采用轮询方式和其它嵌入式设备进行通讯,由8比特的地址字节来标识各个设备。各个设备平时处于等待状态,MPC8260定时对其进行通讯,只有收到地址码和本地址相同的设备才被激活,与MPC8260通讯,通讯完成后又进入等待状态。图3HDLC网络结构采用VxWorks在MPC8260上实现HDLC协议的软件主要包括BSP程序和网络通讯协议程序两部分。BSP程序对SCC口上运行HDLC数据帧进行中断收发,通过消息传递的方式和上层程序进行信息交互。网络通讯协议程序主要是保证传输的可靠性,对传输的HDLC数据帧进行解析,并进行不同的处理。上层应用程序用户可根据需要传输特定的内容。MPC8260上的软件层次结构从上到下依次由上层应用程序、HDLC通讯协议、VxWorks操作系统及HDLC的BSP、硬件四部分组成。综合考虑系统实现的复杂性、通信效率、系统开销等诸多因素,在HDLC传输协议上采用了后退N帧重发滑动窗口协议作为通信的数据链路层的顺序、流量和差错控制协议,以适应非平衡式点到多点的通信方式。在协议上,通过HDLC的P/F位进行差错的监测与恢复。后退N帧协议的原则是发送方按发送窗口大小连续发送完各帧,若某帧出错,接收方将丢弃该帧及其后续帧,并且不发应答,发送方将超时重发该出错帧及其后续帧。这种策略相当于接收窗口大小为1,接收方只接收期望的下一帧而拒绝任何其它帧。经过长时间的应用和测试,该系统运行稳定,性能良好。用户可以通过以太网和MPC8260连接,再方便地监控、配置、管理通过HDLC总线连接的嵌入式设备。大量具有HDLC接口的嵌入式设备无需改动硬件设备,只需要通过总线与MPC8260服务器连接,就可以和其它设备互连互通,实现信息共享,进行网络化管理和应用。参考文献1Vxworks Programmers Guide 5.4(Edition 1)Z.Wind RiverSystem,Inc,1999.2MPC8260 POWERQUICC Users ManualZ.Motorola,Inc,1999.463计算机应用2003年
