基于ARM的嵌入式網(wǎng)關(guān)的研究

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1、第5期2008年10月工礦自動化IndustryandMineAutomationNO．5oct．2008文章編號：1671—25lX(2008)05--0144一03基于ARM的嵌入jIc網(wǎng)關(guān)的研究羅俊，閻連龍(廣東技術(shù)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)中心，廣東廣州510665)摘要：文章提出了一種嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)方案，介紹了網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)，分析了網(wǎng)關(guān)通信接口的工作原理以及電路的設(shè)計(jì)，詳細(xì)地闡述了網(wǎng)關(guān)的串行通信接口與以太網(wǎng)通信接口協(xié)議如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的工作原理。關(guān)鍵詞：網(wǎng)關(guān)；協(xié)議轉(zhuǎn)換；以太網(wǎng)；ARM；RS485／232中圖分類號：TD76；TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B0引言計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，

2、引發(fā)了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的深刻變革，也帶動了嵌入式網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。然而對于大量的還在使用8／16位低端處理器的嵌入式監(jiān)控設(shè)備而言，實(shí)現(xiàn)TCP／IP協(xié)議是不現(xiàn)實(shí)的。本文通過對現(xiàn)有的嵌入式Internet實(shí)現(xiàn)方案的分析，提出了采用嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)接入Internet的方案¨]。該方案在硬件上以32位ARM處理器為核心，采用RS485／232現(xiàn)場總線和企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)融合，在軟件上采用嵌入式uClinux操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧，這樣保證了網(wǎng)關(guān)的通信效率和開放性?？紤]到電傳輸介質(zhì)(雙絞線、電纜等)的種種弊端，網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場總線上的信息通過光纖與遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)通信，滿足了信息傳輸

3、的高速和安全性要求。1網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。本文設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)關(guān)主要用于家庭網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)控制方面，它的一側(cè)所連接的輕型網(wǎng)絡(luò)是RS485網(wǎng)絡(luò)，另一側(cè)連接的重型網(wǎng)絡(luò)是Internet。從上到下，它完成TCP／IP協(xié)議到RS485協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從下到上，完成RS485協(xié)議到TCP／IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。這樣輕型網(wǎng)絡(luò)就接入了Internet，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制等。嵌入式網(wǎng)關(guān)的工作原理：ARM7系列微處理器收稿日期：2008—03—10S3C44BOX首先初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)卡的IP地址和。。竺享竺21，曼．，蹙1?959?--),要．J’誓蔓產(chǎn)竺全蔓登王冀。97j苧譬物理

4、地址存在FLASH中，嵌入式網(wǎng)關(guān)復(fù)位后首先廣東技術(shù)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)中心主任，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)。‘?！?。一網(wǎng)絡(luò)管彈調(diào)取這些數(shù)據(jù)以初始化網(wǎng)絡(luò)。嵌入式網(wǎng)關(guān)處理器主紹，讓客戶對產(chǎn)品的功能、參數(shù)有了大致的了解。該，。，；網(wǎng)站還及時(shí)發(fā)布公司快訊，不僅讓用戶及時(shí)了解該一一公司的動向，更反映了企業(yè)員工積極參與企業(yè)活動本文結(jié)合CARI網(wǎng)站建設(shè)的實(shí)例，對企業(yè)網(wǎng)站的精神。建設(shè)過程作了細(xì)致的敘述。企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)CARI網(wǎng)站側(cè)重于公司產(chǎn)品欄目的建設(shè)，并提際，根據(jù)面向的目標(biāo)客戶，確定合適的網(wǎng)站類型，收供了公司概況、售后服務(wù)、聯(lián)系方式等信息，各欄目集充足的資料并加以合理的編排，根據(jù)企業(yè)的形

5、象風(fēng)格一致并以不同的頁面顏色突出表現(xiàn)，以公司的設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎的網(wǎng)站，并加以合理的推廣。這樣就企業(yè)CI圖標(biāo)作為網(wǎng)站標(biāo)志，并以動畫的形式出現(xiàn)；會大大提升企業(yè)形象和知名度，增加企業(yè)競爭優(yōu)勢。鬯竺業(yè)CI的藍(lán)色為主色調(diào)，并將頁面中的特殊文字參考文獻(xiàn)：或標(biāo)題以其CI的紅色突出顯示。CARI網(wǎng)站不僅在新浪、雅虎、搜狐、網(wǎng)易等各[13唐偉．電子商務(wù)教程[M]．北京：中國水利水電出版大知名搜索引擎上加以推廣，而且在煤炭網(wǎng)、中華安社，2003·全信息港等行業(yè)知名網(wǎng)站上注冊錄入公司及產(chǎn)品信[2]林豪鏘-電子商務(wù)實(shí)務(wù)[M]·北京：中國鐵道出版社·息，擴(kuò)大了網(wǎng)站推廣的范圍?！啊薄?008年第5期羅俊等：基于

6、ARM的嵌入式網(wǎng)關(guān)的研究·145·電源槿塊

7、

8、時(shí)鐘電路IJ復(fù)位電路基于ARM7內(nèi)核的32位微處理器SAMSUNGS3C44BOX以太網(wǎng)控制R$232接口RS485接口PC機(jī)圖1嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)圖要完成數(shù)據(jù)的解包和打包。當(dāng)有數(shù)據(jù)從RJ45過來，嵌入式網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。如果是ARP數(shù)據(jù)包，則程序轉(zhuǎn)入ARP處理程序。如果是IP數(shù)據(jù)包，且傳輸層使用TCP協(xié)議并且端口正確，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包正確并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，然后將工作數(shù)據(jù)通過用戶接口發(fā)送給最終用戶。反之，如果嵌入式網(wǎng)關(guān)從用戶接口收到用戶的工作數(shù)據(jù)，則將工作數(shù)據(jù)按照TCP協(xié)議格式打包，送人網(wǎng)卡芯片，由網(wǎng)卡芯片將IP包傳送到Interne

9、t中。由此可知，嵌入式網(wǎng)關(guān)主要處理協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，鏈路層主要由網(wǎng)絡(luò)芯片完成。因?yàn)榍度胧骄W(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)接收后完整不變地通過用戶接口輸出，所以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層由用戶程序來處理，用戶可以根據(jù)需求對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。2通信接口電路設(shè)計(jì)2．1串行接口電路設(shè)計(jì)串口部分設(shè)計(jì)使用了2路UART，其中，一路通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232把3．3V的邏輯電平轉(zhuǎn)換為RS232一C的邏輯電平，并進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)ARM與PC機(jī)之間的通信，通過超級終端可在PC機(jī)上進(jìn)行調(diào)試；另一路串行接口使用MAX485進(jìn)行電