拿起手術(shù)刀 深入剖解路由器的“心臟”技術(shù)

選路機(jī)制實(shí)際上就是如何查找路由表，通過(guò)查詢路由表來(lái)決定向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，路由器首先搜索匹配的主機(jī)地址:如果沒(méi)有，再搜索匹配的網(wǎng)絡(luò)地址:最后搜索默認(rèn)路由。一旦查到匹配的表項(xiàng)，路由器就會(huì)把數(shù)據(jù)從相應(yīng)的接口發(fā)送出去。

路由器具備了上述各要素后，就可以完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)了。另外，路由器不僅負(fù)責(zé)對(duì)IP包的轉(zhuǎn)發(fā)，還要負(fù)責(zé)與別的路由器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，共同確定互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇和路由表的更新維護(hù)。

2、SOHO路由器原理

當(dāng)內(nèi)部計(jì)算機(jī)要與外部Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí)，各內(nèi)部間通過(guò)私有IP地址進(jìn)行通信的計(jì)算機(jī)必須把私有IP地址轉(zhuǎn)換成合法IP。這種網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)稱為NAT(Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)。在一個(gè)實(shí)際的私有網(wǎng)絡(luò)中，NAT功能通常內(nèi)建在路由器、防火墻或獨(dú)立的NAT設(shè)備之上，網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)將這些設(shè)備作為自己的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。通過(guò)這樣的配置，每一臺(tái)內(nèi)部主機(jī)發(fā)送往Internet的數(shù)據(jù)報(bào)就會(huì)送到具有NAT功能的設(shè)備中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。NAT是SOHO路由器的必備功能，它是為解決IPv4地址不夠分配的矛盾而產(chǎn)生的一個(gè)簡(jiǎn)單高效的解決方案。它能將任何兩個(gè)地址域的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使私有網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)主機(jī)共享一個(gè)合法IP地址訪問(wèn)Internet。

嵌入式路由器硬件系統(tǒng)介紹

1、硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)是非常重要的部分，因?yàn)槲覀儾痖_(kāi)一個(gè)路由器后首先看到的、所能看到的也就是硬件結(jié)構(gòu)，我們就舉例簡(jiǎn)單介紹一下硬件設(shè)計(jì)的各個(gè)部位的細(xì)節(jié)內(nèi)容。

為了宏觀查看，我們給出交換式寬帶路由器的硬件設(shè)計(jì)實(shí)例圖一張。圖中主要分為兩部分:

ARM4510B部分和交換芯片RTL8305部分，前者主要見(jiàn)上半圖，后者為下半圖。還有電源及各自的復(fù)位電路。

ARM4510B部分中，中央處理芯片為帶有網(wǎng)絡(luò)接口的S3C4510B--16/32位RISC微控制器，根據(jù)嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行需要，擴(kuò)展了SDRAM存儲(chǔ)器和Flash存儲(chǔ)器。SDRAM存儲(chǔ)器由兩片4X1MX16位的HY57V641620HGT

組成，作為嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核及應(yīng)該程序運(yùn)行的內(nèi)存空間。Flash存儲(chǔ)器由一片1MX16位的SS139VF160組成，作為內(nèi)核映像的存儲(chǔ)，并在嵌入式操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)加載系統(tǒng)內(nèi)核及程序。根據(jù)調(diào)試程序及燒寫Flash存儲(chǔ)器的需要，引出JTAG接口。根據(jù)顯示調(diào)試和運(yùn)行信息的需要，提供了RS232接口。交換芯片 RTL8305部分中，提供4個(gè)LAN口(PORTO--PORT3)通過(guò)一四口的網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器連接一個(gè)四口RJ45口，每個(gè)口可連接到10/10013aseT以太網(wǎng)，各端口之間有交換功能:還有一個(gè)WAN接口(CPO RT4)通過(guò)一單口的隔離變壓器連接RJ45口。根據(jù)顯示連接速度、狀態(tài)和電源等需要，接出LED燈進(jìn)行顯示。根據(jù)交換芯片的管理需要，提供一串行EEPROM 24C01電路接口。根據(jù)交換芯片的主電源為2.5V.提供一個(gè)3.3V到2.5V的轉(zhuǎn)換器。

中央處理芯片通過(guò)MR(獨(dú)立媒體接口)接口與交換芯片RTL8035SB的PORT4的Mil接口相聯(lián)，將交換芯片的PORT4配置為物理層接收器。

當(dāng)各部分電路設(shè)計(jì)完成后，形成硬件連接圖，進(jìn)而焊接之后，就可以作為開(kāi)發(fā)用的實(shí)驗(yàn)硬件板了。下面就簡(jiǎn)要介紹一下個(gè)硬件電路部分。

2、硬件系統(tǒng)的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)介紹

⑴ARM處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

①S304510B概述

Samsung公司的S34510B是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價(jià)比的16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個(gè)由ARM公司設(shè)計(jì)的16/32位的ARM7TDMI RISC處理器核。ARM7TDMI為低功耗，高性能的16/32位核。

除了ARM7TDMI外，該芯片還有一些片內(nèi)外圍功能模塊，主要為: 內(nèi)部RAM (8Kbyte unified cache/SRAM)，I2 C接口電路(I2C interface)、以太網(wǎng)控件器(Ethernetco ntroller)，HDLC，GDMA、串口(UART)，時(shí)鐘(Timers)、可編程1/O口(Programmable I/O ports)及中斷控件器(Interrupt controller)等。

S3C4510B結(jié)構(gòu)框圖所示。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中最主要用到的部分為:以太網(wǎng)接口及串口部分，前者用于收發(fā)以太包，后者主要作為操作系統(tǒng)調(diào)試接口。

②ARM 處理器系統(tǒng)電源電路和復(fù)位電路

主要是實(shí)現(xiàn)供電和復(fù)位功能，電路部分不做詳細(xì)講解，有深入研究需要的愛(ài)好者可以查看相關(guān)的電子相關(guān)參考資料進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。為使文章通俗易懂，以下各電路部分也是做一宏觀介紹，細(xì)節(jié)部分包括電路布線等不再深入講解。

③ARM處理器與Flash存儲(chǔ)器接口電路

讀者只要知道這部分的電路連接是為實(shí)現(xiàn)能在Flash存儲(chǔ)器編寫程序即可。

④ARM處理器與SDRAM接口電路設(shè)計(jì)介紹

與 Flash存儲(chǔ)器相比，SDRAM不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存儲(chǔ)速度大大高于Flash存儲(chǔ)器，且具有讀/寫屬性。因此SDRAM在系統(tǒng)中主要用于程序的運(yùn)于空間、數(shù)據(jù)及堆棧。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址0x0片讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼調(diào)入SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

SDRAM 具有單位空間存儲(chǔ)量大和價(jià)格便宜的特點(diǎn)，廣泛用于各種嵌入式系統(tǒng)中。SDRAM 的存儲(chǔ)單元可以理解為一個(gè)電容，總是傾向于放電，為了避免數(shù)據(jù)丟失，必須定時(shí)刷新(充電)。因此，在系統(tǒng)中使用SDRAM，就要求微處理器有刷新的控制邏輯或者在系統(tǒng)中另外加刷新控制邏輯電路。S3C4510B在片內(nèi)具有獨(dú)立的SDRAM刷新控制邏輯，可以方便的與SDRAM接口。

⑤ARM處理器串行接口電路設(shè)計(jì)介紹

幾乎所有的微控件器、PC都提供串行接口，使用美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)推薦的RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)很常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線接口標(biāo)準(zhǔn)。早期被用于計(jì)算機(jī)和終端通過(guò)電話線和MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，隨著微型計(jì)算機(jī)和微控制器的發(fā)展，不僅在遠(yuǎn)距離，近距離也采用了該通信方式。在近距離的通信中不采用電話線和MODEM，而是直接進(jìn)行端到端的連接。

RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)采用的是9芯或是25芯的D型插頭。

⑥ARM處理器JTAG接口電路設(shè)計(jì)介紹

JTAG(JointTe stAc tionG roup，聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。JTAG是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了TAP(Test Access Port，測(cè)試訪問(wèn)接口)，通過(guò)專用的JTAG測(cè)試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試.標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是四線:TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測(cè)試模式選擇、測(cè)試時(shí)鐘、測(cè)試數(shù)據(jù)輸入、測(cè)試數(shù)據(jù)輸出。JTAG測(cè)試允許多個(gè)器件通過(guò)JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè)JTAG鏈，能實(shí)現(xiàn)以各個(gè)器件分別測(cè)試。JTAG接口還常用于ISP(In System Programmable)功能，如對(duì)Flash器件進(jìn)行編程。