你需要了解的嵌入式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。