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在嵌入式Linux實(shí)現(xiàn)802.11b無(wú)線網(wǎng)關(guān)

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作者:朱斌 陳曉仁 曹曼祥 時(shí)間:2007-04-05 來(lái)源:?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 收藏

構(gòu)成有線的傳輸媒介主要依賴銅纜或光纜;但有線在某些場(chǎng)合要受到布線的限制,特別是當(dāng)要把相隔較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)時(shí),敷設(shè)專用通信線路的布線施工難度大、費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng),對(duì)正在迅速擴(kuò)大的連網(wǎng)需求形成了瓶頸。 

局域網(wǎng)的出現(xiàn)克服了上述缺點(diǎn),因此局域網(wǎng)發(fā)展比較迅速?;?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/802.11b">802.11b的產(chǎn)品已成為應(yīng)用主流。這些產(chǎn)品使用的是2.4 GHz頻段,能夠在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)11 Mb/s的接入速率,每個(gè)接入點(diǎn)可以同時(shí)支持多個(gè)用戶的接入。而網(wǎng)關(guān)作為連接無(wú)線終端與有線之間的橋梁,是構(gòu)成無(wú)限局域網(wǎng)的重要組成部分。作者重點(diǎn)要探討的就是如何在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的功能。

1 嵌入式的基本原理

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可裁減,適于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)由于硬件的先天限制,只具有極稀少的硬件資源,通常不具有磁盤而用小容量的Disk on ChIP或Disk on Module等來(lái)代替。作為嵌入式操作系統(tǒng)是完全可行的。它能處理嵌入式任務(wù)和用戶界面

 
;將Linux看作是連續(xù)的統(tǒng)一體,從一個(gè)具有內(nèi)存管理、任務(wù)切換和時(shí)間服務(wù)及其他的分拆的微內(nèi)核到完整的服務(wù)器,支持所有的文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。Linux作為嵌入式系統(tǒng),對(duì)許多CPU和硬件平臺(tái)具有易移植、穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、易開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)。Linux作為一種可裁減的軟件操作系統(tǒng),是發(fā)展未來(lái)嵌入式設(shè)備的絕佳資源。因?yàn)長(zhǎng)inux的源代碼公開(kāi),易于定制,提供完成嵌入式功能的基本內(nèi)核和所需要的用戶界面。

一個(gè)小型的嵌入式Linux系統(tǒng)需要三個(gè)基本要素:引導(dǎo)工具、Linux微內(nèi)核(內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和事務(wù)處理)和初始化進(jìn)程。如果要它成為完整的操作系統(tǒng)且繼續(xù)保持小型化,還得加上硬件驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)以及提供所需功能的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序。

2 在嵌入式Linux上的實(shí)現(xiàn)

由于Linux開(kāi)始是為臺(tái)式機(jī)開(kāi)發(fā)的,加上嵌入式系統(tǒng)硬件資源固有的一些限制,因此,要實(shí)現(xiàn)在嵌入式Linux系統(tǒng)上的應(yīng)用,就需要對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行特別定制,刪除無(wú)線網(wǎng)關(guān)不需要的部分,真正做到精簡(jiǎn)系統(tǒng),減少成本的目的。

2.1 精簡(jiǎn)內(nèi)核

Linux內(nèi)核是可以根據(jù)特定的要求進(jìn)行定制的,我們使用的是2.4.4的內(nèi)核。在/usr/src/Linux目錄下,使用make menuconfig,去掉內(nèi)核對(duì)floppy、cdrom的支持選項(xiàng);Second extended fs(ext2)是實(shí)際上的Linux文件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),所以除了此項(xiàng),把對(duì)其他所有filesystem的支持去掉;去掉內(nèi)核對(duì)sound的支持;去掉所有的字符設(shè)備(char-acter device)等。

在去除的同時(shí),要根據(jù)AP應(yīng)用軟件及一些特定功能的要求,在內(nèi)核中留下對(duì)需要的驅(qū)動(dòng)的支持,具體的有:①無(wú)線網(wǎng)關(guān)連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò),因此要保留對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持(network support),保留對(duì)TCP/IP stack的支持,保留對(duì)以太網(wǎng)卡如嵌入式最常用的R18139驅(qū)動(dòng)的支持,并且要在內(nèi)核中設(shè)置模塊項(xiàng);②嵌入式系統(tǒng)如果使用的是Disk On Chip,則內(nèi)核中還要選中對(duì)它的支持:M-sys-tems drivers;③在內(nèi)核中保留對(duì)特定功能的支持,如要使用PPP(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議),則編譯的內(nèi)核必須包含對(duì)PPP的支持。

配置完成后,重新編譯內(nèi)核,然后修改Linux系統(tǒng)引導(dǎo)器lilo的配置文件并最后以新編譯的核作為啟動(dòng)內(nèi)核。重啟計(jì)算機(jī),若運(yùn)行一切正常,則精簡(jiǎn)內(nèi)核的工作就完成了。

2.2 縮小Linux文件系統(tǒng)

嵌入式Linux本身是一種操作系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是管理計(jì)算機(jī)上的系統(tǒng)資源,為用戶提供使用計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備的接口。它存在的目的是為了管理所有的硬件資源,并且提供給應(yīng)用軟件一個(gè)合適的操作環(huán)境,因此在對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)進(jìn)行大幅度刪除、縮小的同時(shí)也要保留一些基本的命令和目錄。

這些保留的命令和目錄大體可以分為三類。一類是Linux系統(tǒng)啟動(dòng)所需要的。這類重要的文件有init、getty等,重要的目錄與文件有/etc/rc.d、/etc/inittab等;在啟動(dòng)時(shí)還會(huì)調(diào)用目錄/bin及/sbin下的一些命令,若已刪除,可以根據(jù)啟動(dòng)時(shí)的出錯(cuò)信息進(jìn)行添加。第二類是用于完成一些系統(tǒng)基本功能的保留命令和目錄,最簡(jiǎn)單的如拷貝命令cp,進(jìn)入和跳出目錄的命令cd,列舉目錄下內(nèi)容的命令ls等,這些命令完成操作系統(tǒng)最基本的功能。另一些命令需要與特定的配置文件或是存放配置文件的目錄相對(duì)應(yīng),完成相對(duì)特殊的功能。當(dāng)然,具體要實(shí)現(xiàn)什么功能要根據(jù)實(shí)際來(lái)定,并盡可能保留必要的命令與相應(yīng)的目錄或是配置文件, 由于Linux開(kāi)始是為臺(tái)式機(jī)開(kāi)發(fā)的,加上嵌入式系統(tǒng)硬件資源固有的一些限制,因此,要實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)關(guān)在嵌入式Linux系統(tǒng)上的應(yīng)用,就需要對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行特別定制,刪除無(wú)線網(wǎng)關(guān)不需要的部分,真正做到精簡(jiǎn)系統(tǒng),減少成本的目的。

2.3 無(wú)線網(wǎng)關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)

如圖1所示,無(wú)線網(wǎng)關(guān)需要完成的最重要的功能就是:與無(wú)線節(jié)點(diǎn)通信、橋接所有的無(wú)線節(jié)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的跨網(wǎng)段連接。

無(wú)線有線的連接

配置Linux的內(nèi)核模塊,用PCMCIA CardService的方式驅(qū)動(dòng)PCMCIA,運(yùn)行“make modeules”以及“makemodeules_install"來(lái)產(chǎn)生和安裝核心模組。由于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)行的“Linux內(nèi)核源碼中, 橋接功能和封包過(guò)濾功能(NetFiIi—ter)不能一起正常工作,因此為了要在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行橋接功能和IPtables,需要對(duì)核心源碼進(jìn)行修補(bǔ)。相關(guān)補(bǔ)丁可以從http://bridge.sourceforge.net/上下載。另外,要獲取PCMCIA-CS 3.2.1和PRISM2 HlostAP的驅(qū)動(dòng)程序包,移植PCMCIA-CS和PRISM2 HostAP的驅(qū)動(dòng)程序。完成這一步工作需要具有Linux下編譯程序源碼的簡(jiǎn)單知識(shí),主要是交叉編譯器(GCC)的使用。編譯好的模塊*.o文件放在/lib/modules/2.4.4/misc:下,然后用depmod-a使此模塊成為可加載模塊。模塊用insmod命令加載,用rmmod命令卸載,并可以用lsmod命令查看所有已加載的模塊的狀態(tài)。最后,橋接有線網(wǎng)卡和無(wú)線網(wǎng)卡,需要Linux下硬件(主要是網(wǎng)卡)配置和網(wǎng)絡(luò)配置的一些基本知識(shí)。

模塊搭建完畢后進(jìn)行橋接功能的構(gòu)建。解開(kāi)橋接補(bǔ)丁bridge-utils.tar.gz,編譯全部通過(guò)并且移植成功后,可以用“ifconfig-a”命令查看所有的網(wǎng)絡(luò)接口:lo——本地loopback設(shè)備;ethO——第一個(gè)以太網(wǎng)卡;ethl——第二個(gè)以太網(wǎng)卡;wlan0——無(wú)線網(wǎng)卡。用“ifconfig<設(shè)備>0.O.0.O”命令改變除了lo設(shè)備以外所有網(wǎng)絡(luò)接口的工作方式,以迫使系統(tǒng)進(jìn)入雜亂模式,可以接收所有數(shù)據(jù)包。然后,執(zhí)行“brctl addbr br0”命令來(lái)添加一個(gè)名字為br0的橋接設(shè)備,再用“bretl addif br0 ethO”和“brctl addif br0wlan0"把無(wú)線端和有線端的接口綁定。接著,用“ifeonfigbr0 192.168.2.18 up'’使橋接設(shè)備生效。

內(nèi)核配置時(shí)選定GeneraI setup--->[*]Sysctlsupport,這樣才會(huì)在板子的文件系統(tǒng)中/proc/sys/net/ipv4/出現(xiàn)ip_forward文件,然后在應(yīng)用程序中提供ena程序(加到etc/init.d/rcS中一句/bin/ena-e),將ip_for-ward文件中默認(rèn)的0改為1,這樣就打通了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的通道。下面就是要加上iptables,以支持NAT(NetWork Ad—dress Translation)。從網(wǎng)上下載iptables-1.2.5軟件,在iptables-1.2.5目錄下執(zhí)行make,編譯通過(guò)后,將生成的可執(zhí)行文件iptables加到ramdisk里面,然后燒寫到板子上進(jìn)行配置即可。

iptables對(duì)NAT的支持既需要Linux內(nèi)核的支持,還需要iptables命令的設(shè)置:

①內(nèi)核編譯選項(xiàng)。在內(nèi)核配置選單中的“Networkingoptions--->"選項(xiàng)下,選中“NetWork packet filtering(replaces ipchains)”項(xiàng),并且在下面的“IP:Netfilter Con—figuration--->”選項(xiàng)中選擇全部選項(xiàng)。

②iptables命令支持

  #!/bin/bash

  # 打開(kāi)端口轉(zhuǎn)發(fā)

echo 1>/proc/sys/net/ipv4/ip_forward加入轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則:iptables - t nat - A POS—TROUTING - 0 ethl - j MASOUERADE。

至此,構(gòu)建無(wú)線網(wǎng)關(guān)的工作全部完成。

3 測(cè)試結(jié)果

搭建無(wú)線網(wǎng)關(guān)的測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示。

無(wú)線網(wǎng)關(guān)功能測(cè)試

將上位機(jī)的網(wǎng)關(guān)設(shè)置為172.17.248.169,用VB 6.0在上位機(jī)上開(kāi)發(fā)一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序;在無(wú)線終端一方編寫一個(gè)客戶端程序,負(fù)責(zé)客戶端數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收顯示,并在無(wú)線終端一方添加從網(wǎng)關(guān)到上位機(jī)的路由。然后,上位機(jī)運(yùn)行ping命令,測(cè)試結(jié)果如下:

  # ping 192.168.6.100

  PING 192.168.6.100 (192.168.6.100):56 data bytes

  64 bytes from 192.168.6.100:icmp_seq=0 ttl="255" time="1".8 ms

  64 bytes from 192.168.6.100:icmp_seq=1 ttl="255" time="1".4 ms

  64 bytes from 192.168.6.100:icmp_seq=2 ttl="255" time="1".4 ms

  64 bytes from 192.168.6.100:icmp_seq=3 ttl="255" time="1".4 ms

   ---192.168.6.100 ping stati

stics---4 packets transmitted,4 packets received,0% packet loss round—trip min/avg/max=1.4/1.5/1.8 ms上位機(jī)與無(wú)線終端通信的測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

上位機(jī)與無(wú)線終端通訊測(cè)試

結(jié) 語(yǔ)

至此,嵌入式Linux系統(tǒng)上無(wú)線網(wǎng)關(guān)的軟件實(shí)現(xiàn)工作基本結(jié)束。測(cè)試結(jié)果表明,無(wú)線網(wǎng)關(guān)的基本功能,即與無(wú)線終端通信、橋接無(wú)線終端、實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的跨網(wǎng)段連接已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。下面將對(duì)該無(wú)線網(wǎng)關(guān)做完善,以便進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該無(wú)線網(wǎng)關(guān)在EPA(Ethernet for Plant Au-tomation)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)


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