針對目前SOHO路由器設(shè)計方案難以滿足高速接入網(wǎng)用戶要求和存在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的不足,以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為基礎(chǔ),提出一種新的 SOHO(Small Office and Home Office)路由器設(shè)計方案,有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

　　0 引言

　　當前SOHO 路由器設(shè)計，采用ARM7TDMI+μClinux 設(shè)計架構(gòu)，ARM7 內(nèi)核微處理器工作頻率為50M 左右，而以太網(wǎng)控制芯片工作頻率一般為100M，處理器速度難以滿足高速接入網(wǎng)用戶要求；μClinux 操作系統(tǒng)，不具有內(nèi)存保護機制，任何程序都有可能導致內(nèi)核崩潰，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。本文采用ARM920T 內(nèi)核微處理器，工作頻率200M，足以滿足高速接入網(wǎng)用戶要求，它具有先進的MMU 體系結(jié)構(gòu)，支持WinCE、EPOC32、Linux 操作系統(tǒng)。Linux 操作系統(tǒng)，具有內(nèi)存保護機制和強大的網(wǎng)絡(luò)控制功能，能防止惡意程序?qū)ο到y(tǒng)的破壞并實現(xiàn)*濾防火墻，有效地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

　　1 SOHO 路由器原理

　　路由器有位于網(wǎng)絡(luò)中心的核心路由器、連接企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)路由器以及把家庭或小單位用戶接入網(wǎng)絡(luò)的 SOHO 路由器。SOHO 路由器能夠?qū)崿F(xiàn)自動配置和基本數(shù)據(jù)包路由、過濾功能。從嚴格意義上來講，SOHO 路由器并不能完全稱之為路由器，它只實現(xiàn)部分傳統(tǒng)路由器的功能。SOHO 路由器采用NAT(Network Address TranslaTIon)轉(zhuǎn)換技術(shù)，把局域網(wǎng)內(nèi)部私用有IP 地址轉(zhuǎn)換成一個合法的公網(wǎng)IP 地址，使私有網(wǎng)絡(luò)中多臺主機共享一個合法的 IP 地址訪問因特網(wǎng)。

　　本文利用 Linux 內(nèi)核支持IP Masquerade（IP 偽裝）技術(shù)實現(xiàn)NAT 轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多臺主機共享訪問因特網(wǎng)。IP Masquerade 工作原理：客戶機將實現(xiàn)IP Masquerade 的Linux 機器設(shè)置為缺省網(wǎng)關(guān)，當IP Masquerade 的Linux 機器收到客戶機的數(shù)據(jù)包時，對其進行改寫，將源地址替換為自己的IP 地址，將源端口號換成一個新的端口號，并且對該過程進行記錄；當接收到響應(yīng)數(shù)據(jù)包時，如果其端口號正是先前所指定的端口號則再對該數(shù)據(jù)包進行改寫，將其目的IP 地址及目的端口號替換為原來記錄的客戶機IP 地址和端口號，然后再發(fā)送給客戶機。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)以 S3C2410X 微處理器為核心，外擴存儲器、以太網(wǎng)控制器、交換控制器、配以必要的調(diào)試接口、電源電路和時鐘發(fā)生電路構(gòu)成。

　　(1) 微處理器與存儲系統(tǒng)

　　S3C2410X 是SAMSUNG 公司開發(fā)的一款低價、低功耗、高性能應(yīng)用于PDA、Internet設(shè)備的微處理器，工作頻率200M，能滿足高速處理要求。系統(tǒng)擴展了1 片64MB NANDF1ash 芯片和2 片SDRAM 芯片，NAND F1ash 芯片中存儲Bootloader 引導程序和Linux 內(nèi)核，系統(tǒng)上電復位后從中執(zhí)行初始化代碼。

　　(2) 以太網(wǎng)控制芯片

　　DM9000 是一款高性價比以太網(wǎng)控制芯片，具有通用處理接口以太網(wǎng)MAC 控制器，能與10Base-T 的UTP3/4/5 和100Base-T 的UTP5 接口連接，滿足高速接入網(wǎng)要求，也支持通過MII 接口與其它MII 接口的收發(fā)器互聯(lián)。

　　(3) 交換控制芯片

　　RTL8305S 是臺灣瑞昱公司最新設(shè)計的5 端口10/100Mbps 高速以太網(wǎng)絡(luò)交換控制芯片，五個端口分成三個組(X 組，Y 組，第五端口)，可通過相關(guān)引腳靈活配置；集成了5個MAC（媒體存取控制器）、5 個實體層收發(fā)器、1M SRAM 和1K MAC 地址記憶區(qū)，有效地減少查表時間和轉(zhuǎn)儲時間，適用于高速局域網(wǎng)交換器；每一個端口均可支持100Mbps的100BASE-TX 高速以太網(wǎng)傳輸或10Mbps 的10BASE-T 的以太網(wǎng)傳輸。　

　　(4) 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　S3C2410X 微處理器通過系統(tǒng)總線連接FLASH和SDRAM構(gòu)成存儲系統(tǒng)，系統(tǒng)上電后，微處理器從Flash 中讀取初始化程序，SDRAM 為程序運行和數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)提供臨時存儲空間。以太網(wǎng)控制芯片DM9000，經(jīng)單端口隔離變壓器和RJ45 接口與互聯(lián)網(wǎng)相連。DM9000 通過MII(獨立媒體接口)與交換控制芯片RTL8305SC 的Port4 口相連，RTL8305SC 經(jīng)過4 端口隔離變壓器和四個RJ-45 接口連接局域網(wǎng)集線器，交換機或電腦，進行數(shù)據(jù)交換或通過微處理器控制與廣域網(wǎng)連接。

　　DM9000 與S3C2410X、RJ45 接口電路如圖2 所示，DM9000E 芯片的引腳INT 與S3C2410X 芯片的外部中斷信號EINT14 相連，S3C2410X 片選信號nGCS4 和地址線MA2分別連接DM9000 的AEN 引腳和CMD 引腳。SA6 到SA0 對應(yīng)地址總線，而SA9 與SA8引腳設(shè)置為高電平，SA7 引腳設(shè)置為低電平，用來片選DM9000；3C2410X 的nOE 引腳連接DM9000 的讀引腳IOR#，nWE 引腳連接DM9000 的寫引腳IOW#，并將S3C2410X 數(shù)據(jù)線MD[0..15]與DM9000 的數(shù)據(jù)線SD[0..15]連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。