基于ARM內(nèi)核的S3C2410家用路由器設(shè)計(jì)

李曉波

（南通大學(xué)理學(xué)院，江蘇 南通 226019）

0 引言

據(jù)預(yù)測，到2015年全球路由器市場的規(guī)模將達(dá)到159億美元。其中家用路由器的發(fā)展尤為迅猛，目前需求最大的地區(qū)為北美和歐洲，不過亞洲地區(qū)已經(jīng)成為家用路由器市場增長最快的地區(qū)。所以在未來幾年，亞洲的家用路由器需求將非常巨大。

傳統(tǒng)路由器憑借其低廉的價(jià)格在市場上將會繼續(xù)存在一段時(shí)間，但路由器的發(fā)展趨勢是智能化，網(wǎng)絡(luò)化，這正是以ARM及MIPS內(nèi)核為代表的路由器的特點(diǎn)，所以ARM內(nèi)核路由器將在未來不久的時(shí)間內(nèi)，占據(jù)家用路由器市場的一席之地，并且隨著ARM內(nèi)核技術(shù)的普及，ARM內(nèi)核路由器將具有更高的性價(jià)比，相比于其他家用路由器將更有競爭力。

1 ARM技術(shù)

ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。嵌入式ARM主要技術(shù)包括：ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)和ARM處理器的指令集，存儲系統(tǒng)及異常中斷處理。

(1)ARM體系結(jié)構(gòu)：增加了T變種，可以使處理器狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，在該狀態(tài)下指令集是16位的Thumb指令集。

(2)ARM處理器的指令集:ARM指令集可以分為跳轉(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)處理指令、程序狀態(tài)寄存器傳輸指令、Load/Store指令、協(xié)處理器指令和異常中斷產(chǎn)生指令6類[1]。

(3)ARM存儲系統(tǒng)：ARM存儲系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的需求差別很大。最簡單的存儲系統(tǒng)使用平板式的地址映射機(jī)制，就像一些簡單的單片機(jī)系統(tǒng)中一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統(tǒng)中各部分都使用物理地址。而一些復(fù)雜的系統(tǒng)可能包括一種或者多種下面的技術(shù)，從而提供功能更強(qiáng)的存儲系統(tǒng)[1]。

(4)異常中斷：當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行完當(dāng)前指令后，將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處

執(zhí)行。當(dāng)異常中斷程序執(zhí)行完后，程序返回到發(fā)生中斷的指令的下一條指令處執(zhí)行[2]。

2 路由器

(1)中央處理器：路由器的CPU負(fù)責(zé)路由器的配置管理和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作，如維護(hù)路由器所需的各種表格以及路由運(yùn)算等。路由器對數(shù)據(jù)包的處理速度很大程度上取決于CPU的類型和性能[3]。

(2)內(nèi)存：路由器可采用多種內(nèi)存，ROM（只讀型）、Flash（閃存）、DRAM（動(dòng)態(tài)型）等。

(3)接口：路由器與各種各樣不同的網(wǎng)絡(luò)所進(jìn)行的物理連接，都必須通過接口來實(shí)現(xiàn)。越是高檔的路由器，能連接的網(wǎng)絡(luò)類型越多，其接口的種類也就越多。。

(4)控制臺端口：根據(jù)路由器類型的不同，其與控制臺進(jìn)行連接的具體接口方式也不同，常見的有兩種：采用DB-25的控制臺端口和采用RJ-45的控制臺端口[4]。

3 S3C2410路由器的設(shè)計(jì)

(一)整體結(jié)構(gòu)圖

本文所設(shè)計(jì)的家用S3C2410路由器整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 S3C2410路由器整體結(jié)構(gòu)框圖

(二)主要功能實(shí)現(xiàn)

(1)I/O部分

1)端口配置器（GPACON～GPHCON）

在S3C2410中，大部分的引腳是復(fù)用的。因此，對于每個(gè)引腳要求定義一個(gè)功能。端口控制器（GPnCON）定義每個(gè)引腳的功能（n=A～H）。如果GPF0～GPF7和GPG0～GPG7被用作掉電模式下的喚醒信號，那么這些端口配置必須在中斷模式下被設(shè)置。

2)端口數(shù)據(jù)寄存器（GPADAT～GPHDAT）

如果端口配置為輸出端口，數(shù)據(jù)可以被寫到GPnDAT寄存器相應(yīng)的位。如果端口配置為輸入端口，能從GPnDAT寄存器對應(yīng)得位中讀出數(shù)據(jù)。

3)端口上拉寄存器（GPBUP～GPHUP）

端口上拉寄存器控制著每個(gè)端口組的上拉寄存器的使能或禁止。當(dāng)對應(yīng)位為0時(shí)，這個(gè)引腳的上拉寄存器是允許的；當(dāng)為1時(shí)，上拉寄存器是禁止的。

(2)UART部分

圖2 I/O字符數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)置圖

1)數(shù)據(jù)發(fā)送操作 這些可以通過線性控制器（ULCONn）來設(shè)置。

2)數(shù)據(jù)接收：它們都是通過線性控制器（ULCONn）來設(shè)置的。

3)波特率發(fā)生器:波特率由時(shí)鐘源（PCLK或UCLK）16分頻和UART波特率除數(shù)寄存器（UBRDIVn）指定的16位除數(shù)決定。

(3)存儲設(shè)備部件

SDRAM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(yùn)于空間、數(shù)據(jù)及堆棧。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址0x0片讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼調(diào)入SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

NAND Flash and NOR Flash:NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行(XIP,eXecute In Place)，這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度,可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。性能比較：

● NOR的讀速度比NAND稍快一些。

● NAND的寫入速度比NOR快很多。

● NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

● 大多數(shù)寫入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

● NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

4 總結(jié)

S3C2410路由器擁有64M SDRAM和高達(dá)203MHz的運(yùn)算頻率，其上可移植主流嵌入式操作系統(tǒng)。廠家可以根據(jù)不同用戶的需求在硬件上添加無線模塊及軟件上增加相應(yīng)的功能軟件，無論從硬件上，還是軟件上，S3C2410路由器與現(xiàn)在市場上主流家用路由器相比都擁有非常強(qiáng)的性能優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的不斷改革，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度也會不斷加快，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)的一體化，網(wǎng)絡(luò)安全問題逐漸凸顯出來，對路由器的操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其上的防火墻有更高的要求，所以這些變化導(dǎo)致對路由器的負(fù)載能力和信息處理能力要求會越來越高，這樣S3C2410路由器的優(yōu)勢會更加明顯。S3C2410路由器的設(shè)計(jì)符合路由器市場的發(fā)展要求，可以滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對路由器在信息處理及安全等方面的諸多要求，具有一定的理論及實(shí)用價(jià)值。

[1]楊宗德.嵌入式ARM系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)開發(fā)[M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]劉學(xué)貴，周浩敏，鄔婷.基于Windows CE的SPI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007（7）：75-77.

[3]魏亮.路由器原理與應(yīng)用[M].第2版.北京：人民郵電出版社，2005.

[4]馮衛(wèi).路由器技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2008，13（15）：27-29.