基于ARM920T和Linux的SOHO路由器設計

　　(4) 系統(tǒng)實現(xiàn)

　　S3C2410X 微處理器通過系統(tǒng)總線連接FLASH和SDRAM構成存儲系統(tǒng)，系統(tǒng)上電后，微處理器從FLASH 中讀取初始化程序，SDRAM 為程序運行和數(shù)據(jù)處理和轉發(fā)提供臨時存儲空間。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MII(獨立媒體接口)與交換控制芯片RTL8305SC 的PORT4 口相連，RTL8305SC 經(jīng)過4 端口隔離變壓器和四個RJ-45 接口連接局域網(wǎng)集線器，交換機或電腦，進行數(shù)據(jù)交換或通過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EINT14 相連，S3C2410X 片選信號nGCS4 和地址線MA2分別連接DM9000的AEN 引腳和CMD 引腳。SA6 到SA0 對應地址總線，而SA9 與SA8引腳設置為高電平，SA7 引腳設置為低電平，用來片選DM9000;3C2410X 的nOE 引腳連接DM9000 的讀引腳IOR#，nWE 引腳連接DM9000 的寫引腳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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。將 RTL8305S 第5 端口設定為一個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)軟件構建

　　軟件構建主要包括 Linux 操作系統(tǒng)移植和NAT 技術實現(xiàn)。

　　3.1 Linux 操作系統(tǒng)移植

　　(1) Bootloader 移植

　　Bootloader 是與系統(tǒng)硬件高度相關的初始化代碼，擔負著初始化硬件和引導操作系統(tǒng)的雙重責任。本文使用在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中應用最廣的引導代碼U—BOOT。移植具體步驟：1 針對目標平臺對各配置文件做相應的修改。2 建立相應地配置文件。3 修改U—BOOT的makefile 文件，在其中加入對目標系統(tǒng)的編譯支持，并運行以下命令$make clean、$makesmdk2410-config、$make all 生成目標文件。最后通過JTAG 接口將u-boot.bin 文件燒寫到Flash 的零地址，復位后就可以引導系統(tǒng)。

　　(2) Linux 內核構建、移植與根文件系統(tǒng)實現(xiàn)

　　1 修改makefile 文件。2 使用make manuconfig 命令來配置內核。3 使用make dep、makezImage 命令對內核進行編譯，得到內核壓縮鏡像文件zImage 件。4 Bootloader 引導程序通過以太網(wǎng)接口把Linux 內核移到目標系統(tǒng)的Flash 上。5 構建根文件系統(tǒng)。

　　3.2 Netfilter 框架分析與NAT 技術實現(xiàn)

　　Netfilter 是Linux2.4 內核實現(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)絡協(xié)議(IPv4， IPv6 等)定義一套鉤子函數(shù)(IPv4 有5 個鉤子函數(shù))，內核中任何模塊可以對協(xié)議中的鉤子函數(shù)進行注冊與掛接，這些鉤子函數(shù)在數(shù)據(jù)包流經(jīng)協(xié)議棧時被調用，注冊后的模塊可以檢查、修改、丟棄數(shù)據(jù)包及指示Netfilter 將數(shù)據(jù)包傳入用戶空間隊列，進行異步處理。一個數(shù)據(jù)包按圖3 所示的過程通過Netfilter 系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)包從左邊進入系統(tǒng)，進行IP 校驗后，數(shù)據(jù)包經(jīng)過第一個鉤子函數(shù)NF_IP_PRE_ROUTING[1]進行處理;然后就進入路由代碼，其決定該數(shù)據(jù)包是需要轉發(fā)還是發(fā)給本機的;若該數(shù)據(jù)包是發(fā)給本機的，則該數(shù)據(jù)經(jīng)過鉤子函數(shù)NF_IP_LOCAL_IN處理后傳遞給上層協(xié)議;若該數(shù)據(jù)包應該被轉發(fā)則它被NF_IP_FORWARD[3]處理;經(jīng)過發(fā)的數(shù)據(jù)包經(jīng)過最后一個鉤子函數(shù)NF_IP_POST_ROUTING[4]處理后，再傳輸?shù)骄W(wǎng)絡上。

　　本地產生的數(shù)據(jù)經(jīng)過鉤子函數(shù)NF_IP_LOCAL_OUT[5]處理后，進行路由選擇處理，然后經(jīng)過NF_IP_POST_ROUTING[4] 處理以后發(fā)送到網(wǎng)絡上。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NF_IP_POST_ROUTING 時修改數(shù)據(jù)包的源地址，偽裝是一個特殊的SNAT，目的NAT在數(shù)據(jù)包經(jīng)過F_IP_LOCAL_OUT 或NF_IP_PRE—ROUTING 時修改數(shù)據(jù)包目的地址。

　　本文利用 IPtables 實現(xiàn)IP 偽裝、Port Forward 端口轉發(fā)、ALG。IPtables 是一個在Linux2.4內核中基于Netfilter 框架的數(shù)據(jù)包選擇系統(tǒng)。地址轉換會導致許多對NAT 敏感的應用協(xié)議無法正常工作，而地址轉換應用網(wǎng)關(NAT ALG， Application Level Gateway)，對載荷中的IP地址和端口號進行替換，從而實現(xiàn)對該協(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，其中設定的規(guī)則用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)*濾，網(wǎng)絡地址轉換及數(shù)據(jù)包處理，從而實現(xiàn)多臺主機共享一個合法的IP 地址訪問因特網(wǎng)，并實現(xiàn)*濾防火墻。

　　4 結束語

　　本文作者創(chuàng)新點：提出了一種基于嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)的SOHO 路由器設計方案。與現(xiàn)有設計方案相比，本文采用ATM9TDMI+Linux 構架設計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。