嵌入式Linux中文站

嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计


引言

随 着社会信息化进程和互联网的飞迅发展,对无线环境下提供数据服务的需求变得更加迫切。传统的无线移动网络通常以固定的基础设施为支撑,无法满足人们对日益 增长的通信业务的要求,一种新型的无线网络——AdHoc网络应运而生。Ad Hoc网络又称移动自组网、多跳网络,具备细网灵活、快捷,不受有线网络的影响等特点,可广泛应用于军事和救援等无法或不便预先铺设网络设施的场合。此 外,Ad Hoc网络朝着网络互连的方向发展,Internet的接入是其中一项主要内容。

Ad Hoc无线网络具有自身的特殊性,在组建实际使用的无线工作网络时,必须充分考虑网络的应用规模和扩展性,以及应用的可靠程度及实时性要求,选择合适的网 络拓扑结构。目前Ad Hoc无线网络正朝着大规模方向发展,逐渐呈现分级化的趋势,以两级式的网络为代表。在两级式网络中,拓扑如图1所示。网络分为骨干网、子网两级。子网级 中,每个子网都可以构成独立的Ad Hoc网络,可采用不同的路由协议。骨干网由多协议路由器节点和普通节点构成,其中,普通节点主要完成骨干网中的数据和控制信息的分发;而多协议路由器除 了具备普通节点的功能外还要负责实现对子网的管理、控制和数据交互,是骨干网的核心设备。

1 多协议路由器的功能

多协议路由器作为骨干网的一个节点,运行一定的Ad Hoc网络路由协议,实现骨干网络由寻址的功能。

在 分级式Ad Hoc网络中,多协议路由器通过和子网网关进行交互实现对子网的管理。子网内的通信类似于一般的Ad Hoc网络;而子网间的通信需要通过子网网关节点和骨干网节点进行中转,可分为两种情况—同一路由器下同构/异构子网间的通信以及不同路由器下同构/异构 子网间的通信。为了实现子网间的有效通信,路由器需要完成多种协议之间的相互转换。

Internet接入的需求使得分级式Ad Hoc网络必须存在一个接入点AP(Access Point)。考虑到网络环境,这个功能需要由多协议路由器实现。

综上所述,多协议路由器主要实现骨干网路由寻址、协议转换、Internet接入的AP三大功能。

2 多协议路由器的设计

一 般情况下,Ad Hoc网中的路由器为车载式或背负式,所以多协议路由器必须有高集成度和移动性。考虑到以上因素,我们选用了现在最为流行的嵌入式系统设计方法,多协议路 由器的硬件平台的微处理器采用Motorola公司的ColdFire嵌入式处理器MCF5272,选择uClinux作为平台的操作系统。这样不仅可以 缩短研发周期,而且为软硬件的设计、调试带来极大的方便。

多 协议路由器硬件设计如图2中的虚线框图所示。路由器的硬件结构分为两部分:一部分为核心模式(MCF5272)部分,由微控制器模块和存储器模块(包括 SDRAM和Flash)组成;另一部分为通信接口模块部分,由异步串行控制和收发模块、以太网控制和收发模块及通用串行总线USB(Universal Serial Bus)接口模块组成。

核 心模块部分,微处理器模块主要负责处理数据。存储器模块分为两部分:一部分为Flash(由两片Flash构成,共4MB),作为程序存储器,用于存储操 作系统内核、各种路由协议和路由表常量;另一部分为SDRAM,作为数据存储器,用作操作系统和各种路由程序的运行空间。

通 信接口模块中,异步串行控制和收发模块用于与多个骨干网节点无线连接的同时,连接多个子网网关PRU(即分组无线控制单元)。以太网控制和收发模块可以实 现Internet接入功能。USB接口模块用作连接网络设备控制终端,以及实现路由器对USB设备(如USB标准的移动硬盘,用来存储重要的路由信息) 的存储控制。

图2中的PRU(Packet Radio Unit),在这里相当于路由器的辅助处理器,用于对接收到的无线子网分组进行预处理。

3 多协议路由器的实现

3.1 硬件平台的建立

使 用嵌入式系统,必须为硬件平台选择一个适合的微处理器,而选择适用于路由器的微控制器MCU一般要考虑以下几个方面:处理速度、总线宽度、集成度以及性价 比。综合考虑了上述几个方面,我们最终选用Motorola ColdFire 5272(以下简称MCF5272)为主控CPU。MCF5272是Motorola推出的一款高集成度的32位ColdFire微处理器,有很强的通信 处理能力和较高的性能价格比,很适合用于中小型网络的控制设备。

本文永久更新链接:http://embeddedlinux.org.cn/emb-linux/technical-scheme/200810/15-157.html



分享:

评论