1、 基于嵌入式linux的交換機設計吳媛媛(貴州民族學院 計算機與信息工程學院 貴州 貴陽 550025摘 要: 隨著社會不斷地信息化、網絡化,網絡設備的需求量也隨之增加。嵌入式Linux 技術具有開發難度小、周期短、投入少等優點,使之成為開發中小型網絡設備的首選。設計一種基于嵌入式Linux 的二層交換機,并對嵌入式Linux 的開發流程做簡單的介紹。關鍵詞: 交換機;嵌入式;Linux中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(20110820059-020 引言集,它與真實的運行嵌入式應用程序的環境不一樣,但提供了更為強大的調試能力。IEEE 對嵌入式系統的定義為

2、:用于控制、監視或者輔助操作機器和設 2 交換機設計備的裝置1。國內普遍認同的嵌入式系統定義為:以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適應應用系統對功能、可靠性、成本、本文設計了一種二層交換機,其在網絡協議中層次如圖2所示。的與體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統2。目前,隨著社會不斷信息透明網橋一樣,二層交換機具有自動學習功能,能夠自動建立各個端口使化、智能化以及網絡化,越來越多的嵌入式系統被研究和開發。Linux 內用網段的地址信息4。它通過檢測以太網端口數據包中的源MAC 地址和目核具有源碼開放、免費、體積小、可裁剪以及效率高等特點,且獲得了廣的MAC 地址,將對應的源MAC

3、地址與物理以太網端口號一起保存在一個地址泛的支持,使其在作為嵌入式操作系統方面具有得天獨厚的優勢。基于一端口映射表高速緩存器中5。與此同時,交換機也會檢測數據包的目Linux 的嵌入式系統已經成為了熱門的技術,并且被各大網絡設備廠商廣的地址,并試圖在地址一端口映射緩存中搜索其匹配的物理端口。泛支持采用。本文介紹了一種基于Powerpc+Linux 架構的二層交換機設計,并對嵌入式Linux 的開發做了較為完整的介紹。 1 嵌入式開發概述 嵌入式系統是一種根據特定應用所定制的軟硬件一體化系統,它只需要達到預期的目的,完成預期的功能即可,所以其在整個開發流程和開發環境的搭建方面都與傳統的軟件開發相

4、比有著明顯的不同。圖1所示是整個嵌入式系統開發的一般流程。開發的第一步是進行嵌入式的硬件設圖2 二層交換機在網絡棧中的層次計,包括硬件的選型以及PCB 的制作;等 2.1 系統硬件設計到硬件電路板完成后,在此基礎上進行操圖3是交換機核心板硬件連接原理圖,各個芯片的具體型號如表1。作系統的移植,之后進行應用程序的開發;其中應用程序的開發可以在PC 機與前兩步同時進行,但完成后需要移植到真實嵌入式環境中;等待應用程序開發完成,要進行實際的運行測試,如果功能完成,測試通過,則接著進行整個嵌入式系統測試;如果未能通過,則返回以前的步驟,重新來過。 嵌入式系統一般都具有資源受限的特點,因此像在普通PC

5、上一樣直接在嵌入式系統的硬件平臺上編寫應用軟件比較困難,甚至根本是不可能實現的。目前業界一般采用的解決方法是在普通的PC 機上編寫應用程序,然后通過交叉編譯對應生成目標平臺上可以運行的二進制代碼程序,最后再下載到目標嵌入式硬件平臺上的特定位置,進行運行。需要在交叉開發環境(Cross Development Environment 下進行開發是開發嵌入式應用軟件時的一個顯著特點3。交叉開發環境是指在宿主機上對嵌入式應用程序進行編譯、鏈接和調試的系統環境和開發工具整個核心板選取了Freescale 的一款經典CPU MPC8260作為通信處理器;MPC8260基于PowerPC603e 微處理器

6、內核,是一款高性能、低功耗的RISC32位處理機,并且擁有的獨立通信處理器(CPM 使其具備了強大的通信能力。MPC8260通過PCI 總線連接其他外圍設備,MII 接口連接10/100M 以太網卡,并使用60x 總線與二層交換芯片通信,和FLASH 以及SDRAM 交換數據和進行控制。圖3核心板硬件原理圖圖1嵌入式系統開發流程 通過仿真結果圖5中我們可以得出有源放大電路的放大倍數基本上趨于10倍左右,而且放大后波形穩定,沒有任何失真情況,這也為最后的輸出達到優質的效果打下了良好的基礎。參考文獻:1陳寶生,電工電子基礎M.北京:化學工業出版社,2004:286-295.2胡斌,放大器電路識圖入

7、門突破M.北京:人民郵電出版社,2008:136-175.3何小艇,電子系統設計M.浙江:浙江大學出版社,2004:183-195.圖5 仿真結果(上接第46頁表1 核心元件型號面發送來命令,調用相應的程序接口并返回執行后的結果。支持模塊support modules 主要負責提供各種常用的系統服務。控制模塊control modules 負責對交換芯片、網卡等進控制管理,并進行設備日志的管理和維護。再下面一層是管理API ,主要對常用的管理功能進行API 封裝,同時預留了將來要擴展的功能接口,以便后續的功能升級和代碼維護。2.2 Linux內核移植現在,移植Linux 內核一般先要在內核的目

8、錄中選擇一個與目標板硬件配置最接近的并且已經移植成功的目標目錄作為模板。之后可以針對硬件具體的差別進行相應的修改或對應打現成的移植補丁。這里,我們使用了Linux-2.6.33內核進行移植,并且根據本硬件系統的配置選擇了pm826樣板作為移植的目標模板。在編譯和配置內核前我們可以使用現有的patch 包對Linux-2.6.33內核打補丁,并使用menuconfig 工具對內核進行適當的剪裁。內核的裁減工作與在PC 上對Linux 內核的裁減工作類似,主要的工作是增添對自己需要的模塊的支持,并且除去無用的模塊,以使Linux 內核更加適合于目標硬件系統。內核的編譯可以通過修改根目錄以及其它子目

9、錄下的Makefile 直接完成,也可以通過在預編譯的時候設置編譯參數值時進行選定。編譯前使用make menuconfig 命令,開發者可以非常方便地增添和刪除內核模塊。之后,使用make 工具生成uImage 鏡像文件。uImage 鏡像文件可以使用U-Boot 引導程序進行引導,裝入內存。Linux 內核移植的整個過程如圖4所示。圖5 系統軟件結構圖3 結語在信息網絡高速發展的今天,Internet 已經走入了千家萬戶,對寬帶的終端接入需求量也越來越大,而且隨著嵌入式技術的發展,各個網絡設備公司爭相制造性價比越來越高的基于嵌入式Linux 的網絡設備。本文介紹了一種基于Linux 內核交換機的設計方案,具有開發簡單、周期短、投入少等優點。參考文獻:1SEIFERT R ,千兆以太網技術與應用M.北京:機械工業出版社,2000.2陳峰、彭龑、易彬等,基于嵌入式技術的以太網接口設計J.通信技術,2010,43(05:127-129.3曹凌、黃俊,千兆以太網測試設計與實現J.通信技術,2007,40(11:214-215,387.4張曉哲、王在方、劉瓊、方貴明,交換機和路由器一體化的設計和實現J.計算機工程與應用,2004.5李炳宇、蕭蘊詩,以太網在網絡控制系統中的應用與發展趨勢J.微型機與應用,2002年,