《嵌入式學(xué)習(xí)資料之基于ARM9的嵌入式網(wǎng)關(guān)的研究》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《嵌入式學(xué)習(xí)資料之基于ARM9的嵌入式網(wǎng)關(guān)的研究（22頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,嵌入式學(xué)習(xí)資料之基于,ARM7,的,GPRS,無線,VPN,路由器設(shè)計(jì),引言,ARM,簡(jiǎn)介,GPRS,簡(jiǎn)介,硬件部分,設(shè)計(jì)思路,硬件設(shè)計(jì),硬件連接,軟件部分,uClinux,的移植,PPP,應(yīng)用程序,IPSec,應(yīng)用程序,連接方法及應(yīng)用,總結(jié),近年來蜂窩式移動(dòng)通信系統(tǒng)

2、在中國(guó)的發(fā)展非常迅速,不僅給用戶帶來了方便快捷的語音通信服務(wù),而且還能提供靈活的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。,本文提出了一種新型的基于,arm7,的嵌入式設(shè)備,GPRS,無線,VPN,路由器的設(shè)計(jì)方法,使得原先使用有線通信系統(tǒng)的各種業(yè)務(wù)終端設(shè)備能夠非常方便地接入到,GPRS,網(wǎng)絡(luò)中,利用無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。,引言,ARM(Advanced RISC Machines),既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字,也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱,還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。,1991,年,ARM,公司成立于英國(guó)劍橋,ARM,公司是專門從事基于,RISC,技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司,作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商,本身

3、不直接從事芯片生產(chǎn),靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片,世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從,ARM,公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的,ARM,微處理器核,根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域,加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?從而形成自己的,ARM,微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。,ARM,微處理器目前包括下面幾個(gè)系列,ARM7,系列、,ARM9,系列、,ARM9E,系列、,ARM10E,系列、,SecurCore,系列、,Intel,的,Xscale,以及,Strongarm,。它們共同構(gòu)成了當(dāng)今嵌入式領(lǐng)域的主流微處理器。,嵌入式學(xué)習(xí)資料之,ARM,簡(jiǎn)介,GPRS(General Packet Radio Service),是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱

4、,是在,GSM,基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸方式。與原有的,GSM,比較,GPRS,在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì),:,通過多個(gè),GSM,時(shí)隙的復(fù)用,支持的數(shù)據(jù)傳輸速率更高,理論峰值達(dá),115kbps;,不同的網(wǎng)絡(luò)用戶共享同一組,GPRS,信道,但只有當(dāng)某一個(gè)用戶需要發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)占用信道資源。這樣,通過多用戶的業(yè)務(wù)復(fù)用,更有效地利用無線網(wǎng)絡(luò)信道資源,特別適合突發(fā)性、頻繁的小流量數(shù)據(jù)傳輸,很好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性特點(diǎn),;GPRS,計(jì)費(fèi)方式更加靈活,可以支持按數(shù)據(jù)流量來進(jìn)行計(jì)費(fèi),;,與無線應(yīng)用協(xié)議,(WAP),技術(shù)不同,GPRS,能夠隨時(shí)為用戶提供透明的,IP

5、,通道,可直接訪問,Internet,中的所有站點(diǎn)和資源,;,采用信道復(fù)用技術(shù),每一個(gè),GPRS,用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)永遠(yuǎn)在線。,嵌入式學(xué)習(xí)資料之,GPRS,簡(jiǎn)介,無線路由器電路板通過無線通信模塊連接,GPRS,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),通過以太口連接內(nèi)部終端設(shè)備或者內(nèi)部局域網(wǎng)。無線路由器具備網(wǎng)絡(luò)路由功能,能夠在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。各種終端設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)通過以太口被處理器接收,處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后,(,例如加,/,解密,),再通過串行口發(fā)送給無線通信模塊,由它轉(zhuǎn)發(fā)到,GPRS,網(wǎng)絡(luò)中。同理,反向的數(shù)據(jù)經(jīng)過相反的路徑最終送回終端設(shè)備。,嵌入式學(xué)習(xí)資料之設(shè)計(jì)思路,嵌入式處理器采用三星公司的,S3C4510B,它

6、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,arm7TDMI RISC,處理器核。通過,GPRS,網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸需要使用,GPRS,模塊。目前,GPRS,模塊一般是指帶有,GPRS,功能的,GSM,模塊,模塊通過外接天線與蜂窩小區(qū)基站通信,收發(fā)無線數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)中,GPRS,模塊采用,Wavecom,公司的,W ISMO Quik Q2400,系列,.,其他各部分基本功能描述如下,:,嵌入式學(xué)習(xí)資料之硬件設(shè)計(jì),串行接口電路用于,S3C4510B,與,GPRS,模塊以及其他應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行短距離雙向串行通訊,;,復(fù)位電路可完成系

7、統(tǒng)上電復(fù)位和在系統(tǒng)工作時(shí)用戶按鍵復(fù)位,;,電源電路為整個(gè)系統(tǒng)提供工作所需的電壓,包括,5V,3.6V,以及,3.3V;10MHz,有源晶振為系統(tǒng)提供工作時(shí)鐘,;FLASH,存儲(chǔ)器可存放已調(diào)試好的應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)或其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等,;SDRAM,存儲(chǔ)器作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的主要區(qū)域,系統(tǒng)及用戶數(shù)據(jù)、堆棧均位于,SDRAM,存儲(chǔ)器中,;10M/100M,以太網(wǎng)接口為系統(tǒng)提供以太網(wǎng)接入的物理通道,;I2C,存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)少量需要長(zhǎng)期保存的用戶數(shù)據(jù),.,嵌入式學(xué)習(xí)資料,完整的硬件連接圖如圖,1,所示,嵌入式學(xué)習(xí)資料之硬件連接,在此無線路由器中使用的操作系統(tǒng)是,uClinux,它是專

8、門應(yīng)用于沒有,MMU,的微控制器上的操作系統(tǒng)。,uClinux,操作系統(tǒng)中已經(jīng)內(nèi)嵌了,TCP/IP,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)代碼,在內(nèi)核中設(shè)置,“IP,轉(zhuǎn)發(fā),”,就能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)路由功能。為了實(shí)現(xiàn)撥號(hào)登錄移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)以及,VPN,的功能,則需要用到,2,個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,:PPP,應(yīng)用程序和,IPSec,應(yīng)用程序。圖,2,是整個(gè)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)層次圖。,嵌入式學(xué)習(xí)資料之軟件部分,嵌入式學(xué)習(xí)資料,圖,2,軟件結(jié)構(gòu)層次圖,嵌入式學(xué)習(xí)資料之,uClinux,的移植,PPP,應(yīng)用程序用來通過無線通信模塊撥號(hào)登錄移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),登錄過程遵循,PPP(Point-to-Point Protocol),通信協(xié)議。目前,uClinux,

9、操作系統(tǒng)中已包含的多種應(yīng)用程序中有一種實(shí)現(xiàn),PPP,協(xié)議的程序,pppd,只需要根據(jù)無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信的特征,修改,pppd,源代碼中的部分配置參數(shù),就能夠得到需要的,PPP,應(yīng)用程序。以下是進(jìn)行撥號(hào)登陸移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的腳本程序,:#!/bin/sh/usr/sbin/pppd,nodetach,connect/etc/ppp/peers/gprs-connect-chat,disconnect/etc/ppp/peers/gprs-disconnect-chat,/dev/ttyS0,115200,nocrtscts,local,嵌入式學(xué)習(xí)資料之,PPP,應(yīng)用程序,defaultroute,novj

10、,nobsdcomp,novjccomp,nopcomp,noaccomp,noauth,其中用來實(shí)現(xiàn)撥號(hào)和掛斷的腳本,gprs-connect-chat,和,gprs-disconnect-chat,分別如下,:gprs-connect-chat#!/bin/sh exec/usr/sbin/chat,TIMEOUT 5,ECHO ON,ABORT nBUSY r,嵌入式學(xué)習(xí)資料,ABORT nERROR r,ABORT nNO ANSWER r,ABORT nNO DIALTONE r,ABORT nR INGING rnrnRINGING r,SAY Press CTRL-C to cl

11、ose the connection at any stage!,SAYndefining PDP context.n,+,ATH,OK AT+CGDCONT=1,IP,cmnet ,OK ATDT3 993 3 3 1#,TIMEOUT 10,SAY nwaiting for connect.n,CONNECT,嵌入式學(xué)習(xí)資料,SAYnConnected.,SAYn If the following ppp negotiations fail,n,SAYtry restarting the phone.n gprs-disconnect#!/bin/sh/usr/sbin/chat,TIME

12、OUT 5,ECHO ON,ABORT NO CARR IER,ABORT ERROR,ABORT NO DIALTONE,SAY nSending break to the modem n,dd+d d,ATH,OK,SAYnPDP context detached n,嵌入式學(xué)習(xí)資料,IPSec,應(yīng)用程序用來在路由器上建立基于,IPSec(IP Security),協(xié)議的虛擬專用網(wǎng),VPN(Virtual PrivateNetwork),IPSec,是,IETF(Internet Engineer TaskForce),制定的安全標(biāo)準(zhǔn),它把幾種安全技術(shù)結(jié)合在一起形成了一個(gè)較為完整的體系。它

13、通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、認(rèn)證、完整性檢查來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、私有性和保密性?IPSec,提供,IP,層的安全性,由于所有支持,TCP/IP,協(xié)議的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)都要經(jīng)過,IP,層的處理,所以提供了,IP,層的安全性就相當(dāng)于為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供了安全通信的保障。,IPSec,由認(rèn)證頭,AH(Authentication Header),、安全封裝載荷,ESP(Encap sulated Security Payload),和密鑰管理協(xié)議組成。,IPSec,應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)就是將,IPSec,協(xié)議用計(jì)算機(jī)語言代碼來實(shí)現(xiàn)。,uClinux,操作系統(tǒng)中的,FreeSWAN,應(yīng)用程序就是用來實(shí)現(xiàn),IPSec,

14、協(xié)議的一種公開源代碼軟件,通過對(duì)相關(guān)部分的修改和配置,就可以在無線路由器上運(yùn)行。最新版本的,uClinux,中已經(jīng)包含了,FreeSWAN1.97,。,嵌入式學(xué)習(xí)資料之,IPSec,應(yīng)用程序,對(duì),FreeSWAN,的配置主要是對(duì),/etc/ipsec.conf,和,/etc/ipsec.secrets,這兩個(gè)文件進(jìn)行相應(yīng)的編輯。,/etc/ipsec.conf,中包含了對(duì)應(yīng)不同連接的相關(guān)配置信息,而,/etc/ipsec.secrets,中則包含了,RSA,密鑰對(duì)以及預(yù)共享秘密等用來進(jìn)行認(rèn)證的密鑰信息。在無線路由器上執(zhí)行,#ipsec showhostkeyleft,以獲得該主機(jī)的,RSA,公

15、鑰,然后編輯,/etc/ipsec.conf,增加了一個(gè)名為,“net-net”,的新連接。,conn net-net left=x.x.x.x,填入無線路由器撥號(hào)所獲得的對(duì)外,IP,地址,leftsubnet=192.168.1.0/24,無線路由器網(wǎng)關(guān)保護(hù)子網(wǎng)的,IP,地址范圍,leftrsasigkey=0s1LgR7/oUM.,將剛才得到的,left RSA,公鑰填入,right=x.x.x.x,填入,VPN,服務(wù)器的對(duì)外,IP,地址,rightsubnet=192.168.5.0/24,另一方保護(hù)的子網(wǎng),IP,地址范圍,rightrsasigkey=0sAQOqH55O.,將,VPN

16、,服務(wù)器的,right RSA,公鑰填入,auto=add,啟動(dòng)時(shí)并不自動(dòng)建立連接雙方重新啟動(dòng),ipsec,后,該連接就被,Pluto,加載,并做好建立連接的準(zhǔn)備了。在無線路由器上執(zhí)行,#ipsec autoup net-net,即可看到一系列的連接建立過程。,嵌入式學(xué)習(xí)資料,無線路由器對(duì)終端設(shè)備提供兩個(gè)接口,分別是以太網(wǎng)接口和,RS-232,串行接口。無線路由器中的路由軟件將來自設(shè)備的數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到,GPRS,網(wǎng)絡(luò),或者接收來自,GPRS,網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給設(shè)備。終端設(shè)備只要通過以太網(wǎng)口或,RS-232,串行口連接到無線路由器,并將默認(rèn)網(wǎng)關(guān)設(shè)置成無線路由器的,IP,地址,就可以接入到,GPRS,網(wǎng)絡(luò)。,嵌入式學(xué)習(xí)資料之連接方法及應(yīng)用,圖,3,網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)圖,使用通信專線將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與行業(yè)的數(shù)據(jù)中心相連,;,在數(shù)據(jù)中心放置,VPN,服務(wù)器,與各網(wǎng)點(diǎn)的無線路由器進(jìn)行,VPN,連接,;,修改現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置,利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其適用場(chǎng)合包括,:,銀行,:,營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、,ATM,機(jī)、,pos,機(jī),;,醫(yī)院,:,醫(yī)保中心聯(lián)網(wǎng)、流動(dòng)救護(hù)車,;,保險(xiǎn),:,保險(xiǎn)公司網(wǎng)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng),;,超市