摘要：利用ucLinux對網絡技術的支持，提出了一種利用ucLinux來構建基于ARM9 CPU的SOHO路由器的設計思想。該方案的硬件平臺核心采用美國MARVELL公司生產的88E6218微處理器芯片。文中詳細描述了SOHO路由器的軟、硬件設計結構及設計流程。
關鍵詞：SOHO路由器；ucLinux；ARM9；以太網

O 引言
    作為互聯(lián)網的核心設備，路由器市場也越來越廣闊。網絡向家庭和辦公室的不斷普及，帶動了小型路由器(即SOHO路由器)的需求?，F(xiàn)在，市場上已經出現(xiàn)了大量面向SOHO的網絡通信產品。其中ARM9系列微處理器以性能優(yōu)越、價格低廉且技術成熟而成為目前路由器配置的首選。本文以ARM9核心芯片結合uclinux操作系統(tǒng)開發(fā)模式，詳細介紹了一種SOHO路由器的設計和技術實現(xiàn)過程。

1 SOH0路由器設計思路
    路南器是一種嵌入式設備，它離不開硬件設備和軟件系統(tǒng)的支持，對其開發(fā)一般可以理解成三層模型：硬件設備、操作系統(tǒng)以及運行操作系統(tǒng)之上的應用程序。硬件設備主要由微處理器和圍繞微處理器芯片的元件電路組成，它是設備功能實現(xiàn)的硬件基礎；中間層就是操作系統(tǒng)，它可連接硬件部分和應用程序，操作系統(tǒng)既要完成對底層硬件的基本操作，又應為應用程序提供運行環(huán)境支持；操作系統(tǒng)之上就是應用程序，是負責實現(xiàn)針對性應用的程序代碼，對應于路由器的網絡架構和通信協(xié)議等功能模塊。

2 硬件實現(xiàn)
    SOH0路由器的硬件結構如圖1所示。圖中的核心是一顆美國MARVELL公司生產的88E6218高性能16／32位微處理器。該芯片是專門為SOHO路由器和以太網交換機而設計的，相對于目前市場上的網絡通信處理器。88E6218具有性能高、成本低等優(yōu)點。此外，該處理器還帶有DSP指令擴展的ARM946E高性能CPU核，其工作頻率達133／150 MHz，采用16／32位RISC體系，帶有8 KB指令CACHE、8 KB數(shù)據CACHE和8 KB數(shù)據RAM，可支持uclinux和Vxwork操作系統(tǒng)內存管理，而且內置32位ARM指令系統(tǒng)和16位指令集。

    88E6218具有集成的以太網接口和交換功能，它內部帶有一個UNIMAC結構，可以實現(xiàn)基于QOS機制的快速以太網交換功能。其結構框圖如圖2所示。88E6218芯片具有5個支持IEEE802．3的自適應以太網接口和MAC地址端口，其中包括4個10／100BASE-TX的LAN端口和1個10／100BA-SE-TX或者100BASE-FX可選擇模式的WAN端口。這些端口可支持802模式的各種路由的網絡協(xié)議，也支持10／100 Mbps二種傳輸速率以及全／半雙工傳輸功能。每個端口都有CRC效驗、判斷、轉移功能，并具有片上數(shù)據包緩沖存儲器，且符合IEEE 802．3ab，802．3x，802．p，802．-1Q標準的管理功能。此外，該器件還具有IEEE 802．1p流量優(yōu)先權序列能力，可提供IEEE 802．1Q VALN功能且能夠無阻塞交換。

    88E6218芯片內的外圍功能模塊包括SDRAM／FLASH的控制器、JTAG接口、可編程通用I／O口、UART串口接口、中斷控制器、存儲控制器與及電源調整引腳等。另外，88E6218還有一個重要特點就是提供有PHY LED燈的控制器，可以用來指示端口收發(fā)器是否連接、接收、發(fā)送、全雙工等各種工作狀態(tài)，以通過LED顯示判斷網絡的連接狀態(tài)。[!--empirenews.page--]
    在圖1所示的SOHO路由器中，其核心處理器就選用88E6218。該芯片提供了4個LNA口，可連接到10／100M以太網，另一個WAN口連接到廣域網，各端口之間有交換功能。根據操作系統(tǒng)的存儲和運行需要，芯片還設置了SDRAM存儲器和FLASH存儲器，SDRAM存儲器由一片4×2 Mxl6 B的HY57V281620組成，是操作系統(tǒng)、應用程序運行和一些數(shù)據緩存的空間。FLASH存儲器由一片512Kx8BIT的AM29LV040B組成，用于存放啟動程序二進制的B00TLEADER文件、操作系統(tǒng)以及應用程序。20針的ARM JTAG口用于調試程序和燒寫FLASH。RS232接口用于提供配置管理功能和反映信息運行情況。時鐘電路由一個25 MHz的晶振和濾波電容組成，RESERT電路由一塊DSl708TESA芯片加一個手動按扭組成低電平復位。電源電路的輸入為5 V，通過DC變壓后，可在電源調整引腳偏壓下提供1．5 V、1．25 V、2．5V、3．3 V電壓給處理芯片，以供芯片順利工作。此外，電路中還有大量的濾波和穩(wěn)壓電容。為了讓使用者能清楚路由器工作狀態(tài)，系統(tǒng)連接了LED指示燈，可通過LED來判斷SOH0路由器的連接狀態(tài)和工作狀態(tài)。

3 軟件設計
    SOH0路由器的軟件結構如圖3所示。本硬件平臺以不含MMU (內存管理單元)的88E6218處理器為核心，因此，整個軟件的開發(fā)可采用不帶MMU的ARM微處理器的嵌入式操作系統(tǒng)uclinux為平臺。uclinux是專門針對沒有MMU單元的微處理器而設計的，它在標準linux基礎上去除了MMU支持，并進行了適當緊縮、裁減和優(yōu)化，再加上CGI(圖形用戶界面)，因而可實現(xiàn)TCP／IP協(xié)議以及眾多網絡協(xié)議和路由交換功能，可滿足SOHO路由器網絡通信功能要求。UClinux采用romfs文件格式，它比Linux的ext3文件格式需要的空間更小，其代碼加起來不超過900KB，可放
在ROM、RAM、FLASH中啟動。由于uclinux本身是免費的，這些源代碼可以直接從網上獲得，只需相對應用系統(tǒng)的需求作必要的修改即可，因而可以大大減少開發(fā)成本。

    圖3所示是SOHO路由器的軟件平臺體系結構。圖中的這些協(xié)議基本上覆蓋了所有路由器交換協(xié)議，并在管理模塊方面加入通過SNMP、WEB，故可方便地對路由器進行設置。這些交換協(xié)議可基本滿足SOHO路由器的網絡通信要求。
    該SOHO路由器的軟件平臺由系統(tǒng)引導程序Bootloader、uCLinux內核、應用文件系統(tǒng)等組成。其中嵌入式系統(tǒng)引導程序bootloader的作用類似于PC機的BIOS的作用，但它比PC機的BIOS運行任務更多的地方是還要將內核映像從硬盤上讀到RAM中，然后跳轉到內核的入口點去運行，即啟動操作系統(tǒng)。
3．1 系統(tǒng)引導
    系統(tǒng)引導程序主要執(zhí)行以下三個步驟：
    首先是讓PC指向復位地址入口處，即Ox200000處的Bootloader代碼。由Bootloader初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，以將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，為最終調用操作系統(tǒng)內核準備好正確的環(huán)境。
    其次由Bootloader將控制權交給操作系統(tǒng)內核的引導程序，并在設置好uCLinux內核的啟動參數(shù)后，開始uCLinux內核的加載；
    最后在uCLinux內核加載引導完成后啟動init進程，以完成系統(tǒng)的引導過程。
3．2 對系統(tǒng)源碼的修改
    由于Bootloader依賴于具體的嵌入式板級設備配置，所以，通常需要修改Bootloader的源程序。本例在廠方提供的Bootloader源碼里，對mvFlash．h中的static unsigned int mvFlashTypes[]函數(shù)的設置進行了修改，并將FLASH的型號換成上述硬件平臺中的FLASH，同時重新設置了INTEL_FLASH。其三個初始化、讀、寫功能模塊，即對應函數(shù)為unsigned int mvFlashlnit(unsigned int flashBaseAddress，unsig-ned int flashWidth，F(xiàn)LASH_DEV_MODE flashMode)，unsigned int mvFlashWriteBlock(unsigned int offset，unsigned int numOfByte，char*blockAddress)，unsigned int mvFlashReadBlock(unsigned int offset，unsigned int numOfByte．char*blockAddress)中的循環(huán)次數(shù)和執(zhí)行條件設置參數(shù)也相應進行了修改，只有使Bootloader初始化的硬件和具體設計硬件平臺的器件對應起來，才能正確的驅動硬件。
3．3 uCLinux內核的編譯和生成
    在uCLinux內核編譯之前，首先要對內核進行配置。目錄的修改一般都是在config里面進行的，可以用make menuconfig進入編譯界面進行選擇編譯選項的配置。可根據硬件平臺的構造參數(shù)將必要選項選中，并將沒有必要的選項去掉。系統(tǒng)類型的配置應選擇相應的內核然后是塊設備選擇和配置以及在塊設備選擇和配置之上的文件系統(tǒng)配置。一旦串口驅動和uCLinux文件系統(tǒng)以及應用系統(tǒng)等設置好，就可以完成uCL-inux內核的配置，修改好后就可以編譯內核。接下去執(zhí)行命令make dep，make clean，make lib_only，make user onlv，make romfs，make image．共6個步驟，最終在image目錄下生成2個文件zImage和romfs，(分別為內核映象文件和文件系統(tǒng)的映象文件)。這就是最后要燒錄到硬件平臺里FLASH中的文件。這樣就完成了uCLinux的移植。

4 結束語
    本文較為具體地介紹了基于嵌入式ARM9SOHO路由器的設計和實現(xiàn)方法，并詳細闡明了它的硬件結構，重點敘述了該路由器的軟件設計思路和方法(包括操作系統(tǒng)的移植)。當然，路由器具有很多相應的功能，都需要通過軟件開發(fā)來實現(xiàn)，現(xiàn)在最新的uclinux已經是2．6內核了，可以用它實現(xiàn)更多網絡功能。