基于ARM920T和Linux的SOHO路由器設(shè)計(jì)

　　(4) 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　S3C2410X 微處理器通過(guò)系統(tǒng)總線連接FLASH和SDRAM構(gòu)成存儲(chǔ)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(yùn)行和數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)提供臨時(shí)存儲(chǔ)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(guò)MII(獨(dú)立媒體接口)與交換控制芯片RTL8305SC 的PORT4 口相連，RTL8305SC 經(jīng)過(guò)4 端口隔離變壓器和四個(gè)RJ-45 接口連接局域網(wǎng)集線器，交換機(jī)或電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或通過(guò)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(hào)EINT14 相連，S3C2410X 片選信號(hào)nGCS4 和地址線MA2分別連接DM9000的AEN 引腳和CMD 引腳。SA6 到SA0 對(duì)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(lái)片選DM9000;3C2410X 的nOE 引腳連接DM9000 的讀引腳IOR#，nWE 引腳連接DM9000 的寫(xiě)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。將 RTL8305S 第5 端口設(shè)定為一個(gè)MII 接口與以太網(wǎng)控制芯片DM9000R MII接口相連，RTL8305S 與四端口隔離變壓器和RJ45 接口與圖2 類似。

　　3 系統(tǒng)軟件構(gòu)建

　　軟件構(gòu)建主要包括 Linux 操作系統(tǒng)移植和NAT 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　3.1 Linux 操作系統(tǒng)移植

　　(1) Bootloader 移植

　　Bootloader 是與系統(tǒng)硬件高度相關(guān)的初始化代碼，擔(dān)負(fù)著初始化硬件和引導(dǎo)操作系統(tǒng)的雙重責(zé)任。本文使用在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用最廣的引導(dǎo)代碼U—BOOT。移植具體步驟：1 針對(duì)目標(biāo)平臺(tái)對(duì)各配置文件做相應(yīng)的修改。2 建立相應(yīng)地配置文件。3 修改U—BOOT的makefile 文件，在其中加入對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的編譯支持，并運(yùn)行以下命令$make clean、$makesmdk2410-config、$make all 生成目標(biāo)文件。最后通過(guò)JTAG 接口將u-boot.bin 文件燒寫(xiě)到Flash 的零地址，復(fù)位后就可以引導(dǎo)系統(tǒng)。

　　(2) Linux 內(nèi)核構(gòu)建、移植與根文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　1 修改makefile 文件。2 使用make manuconfig 命令來(lái)配置內(nèi)核。3 使用make dep、makezImage 命令對(duì)內(nèi)核進(jìn)行編譯，得到內(nèi)核壓縮鏡像文件zImage 件。4 Bootloader 引導(dǎo)程序通過(guò)以太網(wǎng)接口把Linux 內(nèi)核移到目標(biāo)系統(tǒng)的Flash 上。5 構(gòu)建根文件系統(tǒng)。

　　3.2 Netfilter 框架分析與NAT 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　Netfilter 是Linux2.4 內(nèi)核實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)*濾、數(shù)據(jù)包處理和NAT 功能的框架。它為每種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IPv4， IPv6 等)定義一套鉤子函數(shù)(IPv4 有5 個(gè)鉤子函數(shù))，內(nèi)核中任何模塊可以對(duì)協(xié)議中的鉤子函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)與掛接，這些鉤子函數(shù)在數(shù)據(jù)包流經(jīng)協(xié)議棧時(shí)被調(diào)用，注冊(cè)后的模塊可以檢查、修改、丟棄數(shù)據(jù)包及指示Netfilter 將數(shù)據(jù)包傳入用戶空間隊(duì)列，進(jìn)行異步處理。一個(gè)數(shù)據(jù)包按圖3 所示的過(guò)程通過(guò)Netfilter 系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)包從左邊進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)行IP 校驗(yàn)后，數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)第一個(gè)鉤子函數(shù)NF_IP_PRE_ROUTING[1]進(jìn)行處理;然后就進(jìn)入路由代碼，其決定該數(shù)據(jù)包是需要轉(zhuǎn)發(fā)還是發(fā)給本機(jī)的;若該數(shù)據(jù)包是發(fā)給本機(jī)的，則該數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)鉤子函數(shù)NF_IP_LOCAL_IN處理后傳遞給上層協(xié)議;若該數(shù)據(jù)包應(yīng)該被轉(zhuǎn)發(fā)則它被NF_IP_FORWARD[3]處理;經(jīng)過(guò)發(fā)的數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)最后一個(gè)鉤子函數(shù)NF_IP_POST_ROUTING[4]處理后，再傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。

　　本地產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)鉤子函數(shù)NF_IP_LOCAL_OUT[5]處理后，進(jìn)行路由選擇處理，然后經(jīng)過(guò)NF_IP_POST_ROUTING[4] 處理以后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。Netfilter 框架支持多種NAT，NAT 一般可分為源NAT 與目的NAT。源NAT 在數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)NF_IP_POST_ROUTING 時(shí)修改數(shù)據(jù)包的源地址，偽裝是一個(gè)特殊的SNAT，目的NAT在數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)F_IP_LOCAL_OUT 或NF_IP_PRE—ROUTING 時(shí)修改數(shù)據(jù)包目的地址。

　　本文利用 IPtables 實(shí)現(xiàn)IP 偽裝、Port Forward 端口轉(zhuǎn)發(fā)、ALG。IPtables 是一個(gè)在Linux2.4內(nèi)核中基于Netfilter 框架的數(shù)據(jù)包選擇系統(tǒng)。地址轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致許多對(duì)NAT 敏感的應(yīng)用協(xié)議無(wú)法正常工作，而地址轉(zhuǎn)換應(yīng)用網(wǎng)關(guān)(NAT ALG， Application Level Gateway)，對(duì)載荷中的IP地址和端口號(hào)進(jìn)行替換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該協(xié)議的透明中繼。IPtables 要求數(shù)據(jù)包流經(jīng)指定的規(guī)則表，其中設(shè)定的規(guī)則用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)*濾，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)包處理，從而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)共享一個(gè)合法的IP 地址訪問(wèn)因特網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)*濾防火墻。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：提出了一種基于嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)的SOHO 路由器設(shè)計(jì)方案。與現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案相比，本文采用ATM9TDMI+Linux 構(gòu)架設(shè)計(jì)SOHO 路由器，能滿足高速接入網(wǎng)用戶需求，具有更高地系統(tǒng)穩(wěn)定性和用戶安全性。