拿起手術(shù)刀 深入剖解路由器的“心臟”技術(shù)

選路機(jī)制實際上就是如何查找路由表，通過查詢路由表來決定向哪個方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。一般來說，路由器首先搜索匹配的主機(jī)地址:如果沒有，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，路由器就會把數(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)部計算機(jī)要與外部Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時，各內(nèi)部間通過私有IP地址進(jìn)行通信的計算機(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)。在一個實際的私有網(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)。通過這樣的配置，每一臺內(nèi)部主機(jī)發(fā)送往Internet的數(shù)據(jù)報就會送到具有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)生的一個簡單高效的解決方案。它能將任何兩個地址域的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使私有網(wǎng)絡(luò)中多臺主機(jī)共享一個合法IP地址訪問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，因為我們拆開一個路由器后首先看到的、所能看到的也就是硬件結(jié)構(gòu)，我們就舉例簡單介紹一下硬件設(shè)計的各個部位的細(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)計實例圖一張。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)的運行需要，擴(kuò)展了SDRAM存儲器和Flash存儲器。SDRAM存儲器由兩片4X1MX16位的HY57V641620HGT

組成，作為嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核及應(yīng)該程序運行的內(nèi)存空間。Flash存儲器由一片1MX16位的SS139VF160組成，作為內(nèi)核映像的存儲，并在嵌入式操作系統(tǒng)啟動時加載系統(tǒng)內(nèi)核及程序。根據(jù)調(diào)試程序及燒寫Flash存儲器的需要，引出JTAG接口。根據(jù)顯示調(diào)試和運行信息的需要，提供了RS232接口。交換芯片 RTL8305部分中，提供4個LAN口(PORTO--PORT3)通過一四口的網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器連接一個四口RJ45口，每個口可連接到10/10013aseT以太網(wǎng)，各端口之間有交換功能:還有一個WAN接口(CPO RT4)通過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3.3V到2.5V的轉(zhuǎn)換器。

中央處理芯片通過MR(獨立媒體接口)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)計完成后，形成硬件連接圖，進(jìn)而焊接之后，就可以作為開發(fā)用的實驗硬件板了。下面就簡要介紹一下個硬件電路部分。

2、硬件系統(tǒng)的簡要設(shè)計介紹

⑴ARM處理器系統(tǒng)設(shè)計介紹

①S304510B概述

Samsung公司的S34510B是基于以太網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的高性價比的16/32位RISC微控制器，內(nèi)含一個由ARM公司設(shè)計的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。在實際運行過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存儲器接口電路

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

④ARM處理器與SDRAM接口電路設(shè)計介紹

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

SDRAM 具有單位空間存儲量大和價格便宜的特點，廣泛用于各種嵌入式系統(tǒng)中。SDRAM 的存儲單元可以理解為一個電容，總是傾向于放電，為了避免數(shù)據(jù)丟失，必須定時刷新(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)計介紹

幾乎所有的微控件器、PC都提供串行接口，使用美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)推薦的RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)，這是一個很常用的串行數(shù)據(jù)傳輸總線接口標(biāo)準(zhǔn)。早期被用于計算機(jī)和終端通過電話線和MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，隨著微型計算機(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)計介紹

JTAG(JointTe stAc tionG roup，聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及系統(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，測試訪問接口)，通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點進(jìn)行測試.標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口是四線:TMS、TCK、TDI、TDO，分別為測試模式選擇、測試時鐘、測試數(shù)據(jù)輸入、測試數(shù)據(jù)輸出。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現(xiàn)以各個器件分別測試。JTAG接口還常用于ISP(In System Programmable)功能，如對Flash器件進(jìn)行編程。