Linux操作系统在路由器产品中的应用.pdf

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1、第2 4 卷第4 期微计算机应用v o l2 4，N o 42 0 0 3 年7 月M I C R O C O M P U T E RA P P L I C A T I O N SJ u l y，2 0 0 3L i n u x 操作系统在路由嚣产品中的应用陈茅(淮南师范学院信息技术系淮南2 3 2 0 0 1)摘要：路由器是一种为计算机网络和因特网提供互联的关键设备。本文着重介绍如何基于流行的L n u x 操作系统和摩托罗拉嵌入式通信处理器M P C 8 2 4 5 实现低成本高可靠性路由器的方法。、关键词：L i n u x 操作系统路由器通信协议栈M P C 8 2 4 5 通信处理器

2、L i m x 是一种免费，源代码公开的操作系统，由U n i x 技术发展而来。它以稳定，可靠及丰富的网络支持而受到业界的大力推崇。其各种受到严格测试的通信协议栈正好是路由器产品软件功能的基础。这些协议栈包括T C P I P，N A T，S N M P 选择摩托罗拉的M P C 8 2 4 5 作为主处理器是因为摩托罗拉是通信处理器芯片的主要提供商，其生产的M P C 8 2 4 5 通信处理器集成了内置的P C I 设备控制器，最多可支持5 个P C I 设备。它很容易和市场上已有的基于P C I 标准的通信外围芯片连接。包括提供与“太网控制器，L 2 交换及无线局域网芯片的接口。1 路

3、由器原理路由器是计算机网络与英特网相连的关键设备，它由两大部分组成一路由器硬件和路由器软件。路由器可连接多个网络或网段，能将不同冈络或冈段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器有两大典型功能，即数据通信功能和控制功能。数据通信功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。由于对英特网的广泛性和实时性的需要越来越高，如何设汁出种符合中国国情需要的高性能低成本路由器是一个挑战。本文就这一挑战给出一个切实可行的方案，供业界同行参考。2 路由器

4、的实现(1)硬件设计：路由器的核心硬件是网络处理器本文选择来自摩托罗拉半导体部的最新产品M P C 8 2 4 5 它是一款P o w e r P C 家族的P I S C 微处理器。M P C 8 2 4 5 具有基于P o w e rP C 6 0 3 e 的低功耗内核，而且有许多内置的附加功能，M P C 8 2 4 5 集成处理器适用于对成本、空间以及功耗都有严格要求的场合。此处理器具有高集成度，集5 个分离芯片为一体，因此也降低了成本。它是一款通用C P U，可使用在P C I 接口的网络基础设备中。它可被广泛应用于嵌入式系统中，如路由器、网络存储设备、多路调制解调器、企业级i o

5、处理器、图本文于2 0 0 21 2 2 3 收到，2 0 0 3 0 5 0 6 收到修改稿。万方数据第4 朗微计算机应用2 5 5像系统等等。M P C 8 2 4 5 的主要特点：基于P o w e r P C 3 3 3 3 5 0 M H ZM P C 6 0 3 e 处理器内核；高达6 6 M H z 的3 2 位P C I 接口；总线速度为1 3 3 M H z，支持高达2 G B 的S D R A M；双通道D M A 控制器 _】=j l k 标准的1 2 C 接口；具育多时钟和计数器的可编程中断控制器；兼替1 6 5 5 0 的双U A R T 接口。(2)软件实现：路由器

6、的核心软件是基于一种特定宴时操作系统下路由协议软件，常见的实时操作系统有p s o s，V x w o r k s，W i n d o w sN T，L i n u x 等，本文考虑L i n u x。网络功能是I A n u x 最显著的功能之一，作为一种网络操作系统，L i n u x 具有比W i n d o w sN T 更加安全、稳定、简易、方便的优点。目前在L i n u x 的应用方面，基于L i n u x 的网络服务器是最成功的范例。I i n u x 由r 其山色的内棱和独特的进程管理方式在网络应用方面速度快，效率高。而摩托罗拉的M P C 8 2 4 X 系列微处理器，具

7、有6 0 3 eR I S C 处理器的内核，低成本，功能强大，在网络通侍领域处于领先地位。这二者的结合用于网络路由器非常适合。(3)系统框图，如图1 所示。(4)L i m t x 代码的移植硬件准缶：2 台X 8 6 的P C 机；8 2 4 5+H i d d e nD r a g o n 平台；局域网涟接。+软件准备：W i n d o w s9 8 N T 2 0 0 0；L i n u x操作系统，需带有高-：2 9 5 2 的G C C 编译器设拦开发环境：开发环境包括一台装有W i n d o w s9 8 N I I 2 0 0 0 的P c 机，一一台装有G C C 编译器

8、的L i n u x 服务器，两台机器通过局域网连接。L n u x 服务器用来编译产生供目标系统(8 2 4 5+H i d d e nD r a g o n)运行的代码。装有W i n d o w s 的P C 机是仿真器的运行平台。通过局域网连接，可将编译好的可烧录二进制文件传到W i n d o w s 系统中来。开发环境见图2。L i n u x 最初由芬兰人L i n u sB r o r v a l d s 在1 9 9 1 年开发，经过1 0 年的发展，越来越受到人主处理器及外围支撑电路L i n u x 操作系统及路由器协议拽P C I 总线双异步串口Rr8 1 3 9 C以

9、太网挣制器IR T 8 1 3 9 C以太网控制器2路由器配置端口路由器广域网接口图l 路由器系统软硬件柞罔阙I 垦垂垒丛l局域网蔗接几盂倒主H：机厂 L i n u xJ I 砬务器土机型固竺鼍蕊田2 移植L i n u x 的开发1 1：_ _ 莹们重视。由于该软件是自由软件，任何人都可以得到它的内核源代码，为我们移植到自己的嵌入式系统提供了便利的条件。L i n u x 源代码可从网站下载得到。但得到的源码并不能直接使用。根据硬件的不I 亓I 特性，要将得到的代码做出适当的剪裁，对一些部分币新改写，使之适用于特定的硬件平台。对于本套硬件设备L i n u x 来说，需要修改的部分主要有：

10、R T 8 1 3 9 板r 内置眦太网的驱动；P C I 扩展设备驱动；B o o tl o a d e r 引导程序。此外还有很多与硬件相关的细节上的改动，如中断的配置等等，在此不赘述了。对于P o w e r P C 系统中的E P I C、D M A、M U、D U A R I、1 2 C 等，分别要进行初始化，这部分内容可参考D I N K 3 2 的源码。D I N K 3 2 是一种软件调试工具，由摩托罗拉公司专门为调试P。w e r P C 系统的3 2 位C P U 而设计的，是由标准c 语言写成，在摩托笋拉的官方刚站上 万方数据2 5 6微计算机应用2 0 0 3 年提供了

11、下载。作为嵌入式L i n u x，和在X 8 6 上运行的L i n t l X 是有所区别的。在X 8 6 上，对硬件设备的基本信息记录在B I O S 中，L i n u x 核心是存储在硬盘上的。而在嵌入式系统中，引导程序和I A n u x 核心都是存储在F l a s h 中，开机加电后，压缩的内核自动展开并转到S D R A M 中运行。文件系统则是保存在外围存储设备上，如硬盘，闪存卡等。本文所述的系统采用的是交叉编译产生的P o w e r P C 代码。具体说来。就是编译的机器使用的是I n t e l 的X 8 6 系列C P U，而编译出来的代码却是适用于P o w e

12、r P C 系列的C P U，因为I n t e l 系列的C P U 更具广泛性。实现这一点，需要事先安装交叉编译器，p o w e r p c l i n u xg c c。在M a k e f i l e 文件中，指定C R O S S C O M P I L E=p o w e r p c l i n u x 一，这样便可生成P o w e r P C 的可执行代码。仅仅生成L i n u x 核心代码是不够的，还要有引导它的B o o tl o a d e r，它与L i n u x 的核心结合起来才能真正启动系统。B o o tl o a d e r 引导程序中涉及很多对8 2 4

13、 X 芯片寄存器的初始化，可参考芯片用户手册附录中初始化的例程来完成。(5)将编译好的代码烧入F L a s h笔者所使用的仿真器，是由美国W i n d R i v e r 公司出品的v i s i o nP r o b e 仿真器，它为P o w e r P C 系列的C P U 提供了很好的支持，也可以用于多种嵌入式C P U，如C o l d F i r e，A R M，M I P S，S H 3 等。利用仿真器，我们可以把编译好的二进制文件烧录到F l a s h 中。对M P C 8 2 4 X 的C P U。烧录F l a s h 时，其起始地址要填入F F F 0 0 0 0

14、0。此外，还要正确选择F l a s h 的型号，否则，由于不同F l a s h 内部组织结构不同，会导致烧录失败。M P C 8 2 4 5使用的是2 9 F 8 0 0 B(1 0 2 4 X8)1 D e v i c e，即1 M B 的F l a s h。烧录好后开机加电。烧在F l a s h 中的B o o tl o a d e r 会初始化一些必要的寄存器然后将程序拷贝到S D R A M 中在S D R A M 中解开压缩过的核心。这样L i n u x 就启动起来了。3 路由器的实现及实验结果本文所要实现的是小型路由器，并不涉及复杂协议处理的繁琐工作，只是在两个端点上进行I

15、 P 包转发，即完成转发处理。该小型路由器所需要的两个以太网接口，在为其开发L i n u x 下的驱动程序时，我们在核心文件中加入了对于多个P C I 设备的支持。还需要将特定的设备标识号事先通知系统，才能保证新加入的P C I 设备正常工作。为方便起见，我们这里用的仍然是基于R T 8 13 9 芯片的网卡。其实，L i n u x 对于大部分类型网卡都是支持的，但需要将它们在L i n u x 下的驱动程序写入核心部分。启动L i n u x 后，可以看到系统识别出了新增的P C I 网卡设备，和原有的板上阿络设备一起。分别被称为e t h 0 和e t h l。我们需要给这两块网I-分

16、别配上不同的I P 地址。L i n u x 处理I P 包的转发，有其I 自己的服务程序，I P v 4 p a c k e t o r w a r d。这个服务程序打开后，系统就会自动将I P 包转发到需要的网络上去。我们利用F T P 的方法对转发处理逑度 万方数据进行了测试，测试结果见网3。由网可见，在内存时钟为1 3 3 M H z器口t，传输速率可达7 5 9M b i t s s，已足相妻5 6 0 0当可观。恻此，本文所讨论的方案完全；3 4 0 0可以满足小型接入端路由器的需要。星2 1 0 00(注：本实验结果基于摩托罗拉提供的M P C 8 2 4 5H i d d e

17、nD r a g,n 参考平台，并得到该公司工群师孙郁松先生的大力协助。)3 31 0 f l1 0 08 36 6M e m o r yc lc c kI M】I 山图3 不同频率下转发速率比较结果(上接2 1 4 页l(2)直接利H A D O 数据访问库进行V B 到S Q I，S e r v e r 的数据访问操作。与D A O 和R D O 等数据访问库相比，A I)O 对象模型要简单一些。用A D O 在V B 中连接S Q LS e r v e r 有两种方法。男一种足通过编写代码来实现。下面足我编写的一个登陆对话框程序，数据厍中是聱陆系统的用户名和密码，程序的代码如下：P it

18、 eS 1 1 he r r,d O K(、】1 r k()1)i r ar sA sN c wA I X)I)BR e c o r d s e tD i mc(mA sN e wA D(J n B(n n n e c t i o nD i ms l r(o l lA sS t r i n gD i mS q l S t rA sS t r i n gs t r C 巾n”P r o v i d e rS Q I，O L E D B；D a t aS o u r c e=l。c a l刚e I n i t i a i(a*a*s gd 甜a b,a s e l；U I d；P a R sw o

19、 r d=；”C O i lO p e ns t r e w nS q l S t r=”s e l e c t*f r o ml o g i nw h c r cu s e m a m e=”+t x t U s e r N a r*1 eT e x t+a n dn a s,s w o r d“t x*P a s s w o r dT e x t+”7r N()p e nS q l 研r，(-o n，a d O p e n D y n a m i c，a d l o c k R e a d O n1 yI f N 甜r sE O FT h e nM eH i d eM s g B o x

20、l o g i n c!“t h a i T l f r a I r l eV i s i b l e=T y u eE l s eM s g l h x。j l o g l nf a i l e d!iE n d I fr sC l c v s cc o i lC l o s eE n dS u bc。n 是A D O D B C o n n e c t i o n 对象的一个实例，r s 足A D O D B R e e o r d s e t 的实例，c o n。t l o n 对象实现r 应用程序到数据库的连接，而R e c o r d s e t 实现对数据库表的防问。日外住x 十i

21、。r-框中还有文本框t s e r 和p a s s w a r d 作为输入，这样我们就可以实现个完整的数据库访I 口J 模块了。本文介绍的利用S Q I。S e r v e r 数据库进行网上数据共享的方法均足切实可行的，各方法有不同的优缺点和运用条件。本文设计的工程系统必须足在数据库服务器上运行，弈户端娘需安装S Q LS。r。r 的客户端下具就可以实现数据的查询访问，。另外我们还可以利用V B编写基于数据库的W c b 网页，使H j 户对数据库的访问虹简申了：，壬术杂立建(西南交通大学通信与计算机工程学院)万方数据Linux操作系统在路由器产品中的应用Linux操作系统在路由器产品中的应用作者：陈茅作者单位：淮南师范学院信息技术系,淮南,232001刊名：微计算机应用英文刊名：MICROCOMPUTER APPLICATIONS年，卷(期)：2003,24(4)本文链接：http:/