試析當(dāng)前寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善

周慧琴

（忻州師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 忻州 034000）

試析當(dāng)前寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善

周慧琴

（忻州師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 忻州 034000）

寬帶路由器是一種嵌入式產(chǎn)品，為家庭或小型辦公室的共享上網(wǎng)提供了可能，其特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)處理頻繁、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.嵌入式操作系統(tǒng)符合寬帶路由器所具有的這些特點(diǎn)，是寬帶路由器軟件實(shí)施的關(guān)鍵.主要對(duì)寬帶路由器的功能和幾種常見的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并提出一些策略來完善寬帶路由器的嵌入式操作系統(tǒng).

寬帶路由器；嵌入式操作系統(tǒng)；完善

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、人們生活水平的提高，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了千家萬戶，越來越成為人們生活的重要組成部分.但隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，越來越多的問題也凸顯出來，其中一個(gè)主要的問題就是IP地址空間相對(duì)有限，無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址的多重分配.因此，共享上網(wǎng)成為家庭或小型辦公室急需解決的問題，而寬帶路由器的研發(fā)就很好的解決了這一問題，為共享上網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)提供了可能.

1 寬帶路由器的功能

1.1 DHCP功能

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議），可以為客戶機(jī)自動(dòng)分配IP地址、DPS服務(wù)器的IP地址等TCP/IP參數(shù)、子網(wǎng)掩碼以及缺省網(wǎng)關(guān)，也就是說在DHCP服務(wù)器上有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，里面存放著IP地址、DNS參數(shù)、網(wǎng)關(guān)等.路由器這一功能一般是不用特意設(shè)置的，都是默認(rèn)開啟的，但是如果沒有開啟的話，建議用戶最好在管理界面上將其打開，這樣路由器所連接的計(jì)算機(jī)在使用時(shí)就不用手動(dòng)指定IP地址了，只要使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中的自動(dòng)獲取IP地址就能上網(wǎng).在一些大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中[1]，這種便利性尤為明顯，因?yàn)榭蛻舳溯^多，使用DHPC便于機(jī)器的管理，也能為客戶提供TCP/IP參數(shù)配置，不僅能在很大程度上提高工作效率，也能避免IP地址沖突情況的產(chǎn)生.

1.2 防火墻功能

網(wǎng)絡(luò)安全是目前廣大計(jì)算機(jī)用戶普遍關(guān)注的一個(gè)問題，而路由器的防火墻功能在一定程度上解決了這一問題.它能夠屏蔽內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的IP地址、自由設(shè)定IP地址、進(jìn)行通訊端口過濾，可以有效防止計(jì)算機(jī)遭受病毒或被黑客入侵，同時(shí)也能為計(jì)算機(jī)用戶節(jié)省開支，不需要額外花錢安裝病毒防護(hù)設(shè)備就可以擁有一個(gè)比較安全的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境.因此，寬帶路由器的防火墻功能對(duì)于家庭計(jì)算機(jī)用戶而言是非常重要的，可以對(duì)病毒和黑客進(jìn)行很好的防護(hù)，降低網(wǎng)絡(luò)癱瘓的幾率，為用戶節(jié)省不必要的麻煩.另外，通過路由器內(nèi)置的防火墻功能，計(jì)算機(jī)用戶也可以設(shè)置不同的過濾規(guī)則，過濾不屬于計(jì)算機(jī)本身的異常信息包，能有效減少病毒的入侵.

1.3 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)

所謂的虛擬專用網(wǎng)并不是真正意義上的專用網(wǎng)絡(luò)，但是它卻擁有著和專用網(wǎng)絡(luò)一樣的功能.虛擬，就是指實(shí)際的長(zhǎng)途數(shù)據(jù)線路不再是用戶唯一的選擇，客戶可以選擇將Internet公眾數(shù)據(jù)作為長(zhǎng)途數(shù)據(jù)線路.專用網(wǎng)絡(luò)，指的是用戶的專屬網(wǎng)絡(luò)，是用戶依據(jù)自身需求所制定的獨(dú)有的網(wǎng)絡(luò).簡(jiǎn)而言之，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)就是在Internet公用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，用戶自己建立一個(gè)符合自身需求的專用網(wǎng)路，這就改變了長(zhǎng)期以來以實(shí)體的私有專線架構(gòu)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)路為主導(dǎo)的的局面，對(duì)于一些企業(yè)級(jí)用戶來說，不需要再架設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了企業(yè)的開支.同時(shí)，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)能提供高水平的安全防護(hù)，使用高級(jí)的加密和身份識(shí)別協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)不被窺探，為各行各業(yè)辦公系統(tǒng)的安全性提供了強(qiáng)有力的保障.

2 具有代表性的嵌入式操作系統(tǒng)

2.1 Linux

Linux操作系統(tǒng)誕生于1991年10月5日，起源于一位名叫Linus Torvalds的計(jì)算機(jī)業(yè)余愛好者，他的目的是想設(shè)計(jì)一個(gè)代替Minix的操作系統(tǒng)，這個(gè)操作系統(tǒng)可用于各種處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)上，并且具有Unix操作系統(tǒng)的全部功能.Linux的誕生與發(fā)展始終都依賴著5個(gè)重要支柱：Unix操作系統(tǒng)、Minix操作系統(tǒng)、GNU計(jì)劃、POSIX標(biāo)準(zhǔn)和Internet網(wǎng)絡(luò)[2].從1991年一直到今天，這5大支柱一直伴隨則著Linux操作系統(tǒng)的成長(zhǎng)，使其發(fā)展成為了當(dāng)今最為流行的一款開放源代碼的操作系統(tǒng)，無論是在功能上還是在設(shè)計(jì)上都日趨完善.Linux可以運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上，如：x86，680x0，SPARC等處理器的平臺(tái)，不僅如此，Linux還在嵌入式系統(tǒng)方面大放光芒，成為嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)中的一種較為理想的系統(tǒng)，成為項(xiàng)目的優(yōu)先選擇，這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是其它系統(tǒng)無法比擬和取代的.

2.2 Windows CE

Windows CE是Windows Embedded Compact的簡(jiǎn)稱，是Window家族中的一員，是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的基礎(chǔ)，是專門設(shè)計(jì)給掌上電腦以及嵌入式設(shè)備所使用的系統(tǒng)環(huán)境，同時(shí)還是一個(gè)集開放性、高效性、可擴(kuò)展性于一體的操作系統(tǒng)[3].另外，Window CE允許多重功能與進(jìn)程，在相同時(shí)間系統(tǒng)中運(yùn)行Windows CE，最大可支持32位同步進(jìn)程，而且每個(gè)進(jìn)程中還包含一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程之間也是相互獨(dú)立的，這就證明Windows CE是一個(gè)有優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)操作系統(tǒng)，并且其針對(duì)的主要是有限資源的硬件環(huán)境.而且，Windows PC除了具有Window家族的共性外，還具有嵌入式系統(tǒng)所要求的實(shí)時(shí)性、內(nèi)存小等特點(diǎn)，在很大程度上為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了便利.所以，將Windows CE應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，能夠獲得最好的性能，在縮短開發(fā)周期、降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)方面也有著莫大的助益.

2.3 pSOS

pSOS是一種實(shí)時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)，是美國(guó)系統(tǒng)集成公司根據(jù)幾十年從事嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)理論研究與實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)開發(fā)的，也是世界上最早的實(shí)時(shí)系統(tǒng)之一.2000年2月16日，該公司與WindRiver Systems公司合并，所以目前pSOS是屬于WindRiver Systems公司的產(chǎn)品.pSOSystems的設(shè)計(jì)宗旨是為了能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的高效、可靠、便于使用，從而能夠支持用戶自己設(shè)計(jì)的或者是商品化的硬件系統(tǒng).另外，pSOSystems還具有模塊化結(jié)構(gòu)，圍繞操作系統(tǒng)內(nèi)核pSOS＋有一系列的軟件功能模塊，包括：文件管理器模塊、單處理器模塊、多處理器模塊等，因此不同的應(yīng)用在使用它們時(shí)可以不進(jìn)行任何的修改，而且這些模塊還采用了黑盒子技術(shù)，可以為用戶減掉維護(hù)的麻煩，還能在很大程度上確?？煽啃?

3 寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善策略

3.1 注重實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的使用

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中越來越廣泛，能在很大程度上提高系統(tǒng)的安全性、可靠性.為了維護(hù)控制系統(tǒng)的安全，最基本的要求就是系統(tǒng)不能崩潰，同時(shí)系統(tǒng)還須有自我修復(fù)能力，這就需要在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)方面盡可能的提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、抗干擾性，最大限度的減少安全漏洞和安全隱患.但是就目前情況而言，后臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在遇到強(qiáng)烈的干擾時(shí)，會(huì)使正在運(yùn)行的程序出現(xiàn)錯(cuò)誤、產(chǎn)生異常，甚至出現(xiàn)了死循環(huán)現(xiàn)象，造成系統(tǒng)癱瘓[4].然而若是使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在干擾時(shí)可能只是引起若干進(jìn)程的破壞，不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，而且還可以通過運(yùn)行的系統(tǒng)監(jiān)控進(jìn)程對(duì)其進(jìn)行修復(fù).另外在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境中，對(duì)一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)時(shí)，可以將整個(gè)程序分解成若干個(gè)任務(wù)模塊，每個(gè)任務(wù)模塊在調(diào)試和修改時(shí)互不干擾，這樣就能提高開發(fā)效率、縮短開發(fā)周期.所以，在寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)完善過程中要注重實(shí)施性操作系統(tǒng)的使用.

3.2 注重模塊的劃分

目前，嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用上非常廣泛，包括了工業(yè)控制、交通管理、信息家電等許多方面，由于涉及的領(lǐng)域和應(yīng)用目的的不同，嵌入式系統(tǒng)在功能上、結(jié)構(gòu)上也存在著很大的不同[5].這就決定了要對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，這樣才能在靈活性和適應(yīng)性上給予嵌入式操作系統(tǒng)以保證.嵌入式操作系統(tǒng)中可以模塊化的組成有：內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊、調(diào)度模塊、通信模塊等.內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊是獨(dú)立的模塊，而調(diào)度模塊、通信模塊是有數(shù)據(jù)上的耦合，所以，在進(jìn)行模塊劃分時(shí)可以將操作系統(tǒng)核心的一些功能獨(dú)立出來，做成單獨(dú)的能夠方便拆卸的模塊，也可以從最簡(jiǎn)單的框架開始.但這個(gè)簡(jiǎn)單框架中的每個(gè)模塊都要具有高效性、有適當(dāng)?shù)鸟詈隙?，并提供?biāo)注化接口.只有對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，才能使寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)日趨完善.

3.3 注重已有資源的利用

雖然當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展比較迅速，但是若想設(shè)計(jì)一個(gè)全新的操作系統(tǒng)也不是短時(shí)間能完成的，所以若想快速完善寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)，必須利用現(xiàn)有的資源進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能大大減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量[6].例如：上述所講的Linux就是利用Unix進(jìn)行開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng).Linux起源一個(gè)學(xué)生的簡(jiǎn)單要求，在其上大學(xué)時(shí)唯一買得起的軟件是Minix，當(dāng)時(shí)Minix是教學(xué)中廣泛應(yīng)用的一種簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，該學(xué)生對(duì)Minix不是很滿意，決定編寫軟件，他以學(xué)生時(shí)代熟悉的Unix為原型，在一臺(tái)Intel 386 PC上開始了他的工作.這就是Linux的起源，它充分利用了當(dāng)時(shí)現(xiàn)有的資源——Unix，為操作系統(tǒng)的研發(fā)節(jié)省了大量的時(shí)間，而且值得注意的是Linux并沒有延用Unix源碼，而是按照公開的POSIX標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新的編寫，這才使得Linux被應(yīng)用至今，并且在嵌入式操作系統(tǒng)中占據(jù)著重要的位置.所以，只有對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行充分利用，才能為寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善提供可能.

4 結(jié)語(yǔ)

在將嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用到寬帶路由器中時(shí)，要對(duì)路由器的功能進(jìn)行充分考慮，還要依據(jù)不同情況選擇不同類型的嵌入式操作系統(tǒng)，并且要積極采取一定策略對(duì)寬帶路由器中的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行完善，從而使寬帶路由器中內(nèi)置的嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)揮其最大的功效.

[1]張曉華，張玉華.基于路由器的開源嵌入式操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)平臺(tái)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013，（2）：13-16.

[2]宋延昭.嵌入式操作系統(tǒng)介紹及選型原則[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，（7）：41-42，24.

[3]高偉華，楊子軍.嵌入式操作系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].黑龍江電力，2002，（5）：383-386.

[4]劉紹南.嵌入式操作系統(tǒng)研究[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，（2）：98-101.

[5]王明偉.寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的改進(jìn)[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[6]解超.寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

（責(zé)任編輯 李健飛）

On Perfecting Embedded Operating System of Current Broadband Router

ZHOU Hui-qin
（Department of Computer，Xinzhou Teachers University，Xinzhou，Shanxi 034000，China）

Broadband router is an embedded product，and it provides the possibility for sharing a home or small office network，with the characteristics of real-time structure，frequent network processing，and simple operation.Embedded operating system is in accordance with all the characteristics of a broadband router，and it is key to implementation of broadband router software.This paper analyzes briefly the functions and several common embedded operating system of broadband router and puts forward some strategies to improve the embedded operating system of broadband router.

broadband router；embedded operating system；perfect

TP316.8

：A

：1673-1972（2014）06-0047-03

2014-07-09

周慧琴(1973-)，女，山西忻州人，講師，主要從事計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)研究.