嵌入式μC/OS-II系統(tǒng)的SNMP Agent研究與實現(xiàn)

王 濤，李宥謀，劉永斌，趙成青

(西安郵電大學 計算機學院，陜西 西安 710000)

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡設備往往由許多相對獨立的可管理模塊組成，并要求實現(xiàn)靈活擴展，以滿足特定的應用[1]。由于這些可管理模塊可能包含其相應的標準或私有的MIB庫，故對于網(wǎng)絡管理，尤其是對代理的可擴展性提出了更高的要求。然而作為網(wǎng)絡管理協(xié)議業(yè)界標準的簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(simple network management protocol,SNMP)，卻沒有提供能將眾多模塊納入統(tǒng)一的SNMP管理之下的解決方案[2]。網(wǎng)絡管理標準共有SNMP(v1/v2c/3)三個版本，應用最多的是v1和v2c版本。由于HFC(混合光纖同軸電纜網(wǎng))接入網(wǎng)還沒有定義標準的節(jié)點，因此，要用SNMP對設備進行管理，必須要擴展原有的MIB。由于不同設備的操作系統(tǒng)有很大的區(qū)別，這就要求代理程序能夠方便地進行移植，不應帶有專有系統(tǒng)的痕跡[3]。

為了滿足這一需求，選擇一款合適的RTOS(嵌入式實時操作系統(tǒng)，embedded real-time operation system)具有十分重要的意義。當下比較流行的嵌入式操作系統(tǒng)有：美國WindRiver公司的VxWorks、Windows CE、μClinux、μC/OS-II，另外還有eCos等[4]。μC/OS-II是一款優(yōu)秀的嵌入式實時操作系統(tǒng)，移植時十分的簡單，只需要對CPU中相關(guān)的三個文件進行修改即可，而且占用空間小、執(zhí)行效率高，可以滿足文中的需求[5]。

1 SNMP的主要組成

1.1 管理信息結(jié)構(gòu)(SMI)

SMI規(guī)范了被管對象的表示和命名方法，以及MIB中各類信息的數(shù)據(jù)類型。為了保證管理信息具有唯一識別性，可對被管對象命名和標識。標識由一個簡單的文本描述和一個整數(shù)組成，在消息傳遞中比名字更容易編碼，更節(jié)省空間[6]。因此，使用標識定義被管對象。對象標識采用樹形結(jié)構(gòu)來管理信息目錄。

1.2 管理信息庫(MIB)

為了實現(xiàn)被管設備的網(wǎng)絡管理，每一個被管理元素被看作是一個對象，而MIB就是這些對象的結(jié)構(gòu)化集合。MIB使用SMI和ASN.1來描述管理信息，管理信息建立在SMI定義的信息樹下(iso.org.dod.internet)，每個管理信息都是管理信息樹的一個節(jié)點，擁有唯一的對象標識(object identifier，OID)。MIB庫定義了管理信息的OID、類型、取值、權(quán)限，管理者通過管理協(xié)議對MIB庫的信息進行存取和訪問，就可以實現(xiàn)基本的網(wǎng)絡管理，因此對MIB庫的訪問存取是實現(xiàn)網(wǎng)絡管理的關(guān)鍵[7]。

建立的私有MIB如圖1所示。

圖1 MIB庫的建立

由于樹中的每個節(jié)點都有唯一的一個雙親節(jié)點，因此，采用“雙親表示法”存儲MIB樹型結(jié)構(gòu)。雙親表示法和二叉樹的雙親鏈表相類似，用一組連續(xù)的存儲空間(一維數(shù)組)存儲樹中的各個節(jié)點。數(shù)組中的一個元素采用樹中的一個節(jié)點，每個節(jié)點含兩個域，數(shù)據(jù)域存放節(jié)點本身信息，雙親域指示本節(jié)點的雙親節(jié)點在數(shù)組中的位置。

這種表示方法有利于更快速地查找父節(jié)點和根節(jié)點[8]。

1.3 SNMP規(guī)程

SNMP以UDP協(xié)議為基礎，規(guī)定了管理者和Agent之間SNMP報文信息交互的一些語法、語義和交互基本規(guī)則。為了方便實現(xiàn)管理者與Agent之間信息的交互，SNMP提供了一套命令(get、set、bulkget、getnext、Trap)來實現(xiàn)對MIB信息的存取訪問。

2 代理的設計平臺

2.1 軟件開發(fā)工具的選擇

針對ARM處理器常用的開發(fā)工具有ADS(ARM developer suite)、Keil μVision、ARM-Linux-GCC/GDB、Embedded VC等，其中GCC/GDB主要用于嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)，Embedded VC主要用于WinCE系統(tǒng)下的嵌入式開發(fā)[9]。

由于文中是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II，同時Keil μVision相比ADS在窗口界面上為軟件開發(fā)者提供了一個整潔、方便、高效的環(huán)境，新版本支持更多最新的ARM芯片，比如文中使用的LPC1768微處理器，所以綜合考慮選擇Keil μVision4作為軟件開發(fā)環(huán)境[10]。

2.2 移植μC/OS-II的步驟

第一步：在Keil中新建一個工程，并添加啟動代碼start.s。

第二步：通過http://micrium.com/下載μC/OS-II的工程文件，將下載的源碼包按要求分類加入到新建的工程中。

第三步：按需要對源代碼進行修改，由于修改的源代碼主要與系統(tǒng)內(nèi)核有關(guān)，而μC/OS-II里Ports文件夾的文件os_cpu.h、os_cpu_a.asm、os_cpu_c.c都是與系統(tǒng)內(nèi)核有關(guān)的，因此只要對這三個文件進行修改，就能把它移植到嵌入式處理器LPC1768上，如圖2所示。

3 儀器代理的設計方案

3.1 儀器代理模塊硬件設計

代理模塊硬件由開發(fā)板和功能模塊組成，如圖3所示。

圖2 μC/OS-II的文件結(jié)構(gòu)

圖3 代理硬件組成

硬件主電路如下：

(1)恩智浦LPC1700，支持可移植μC/os-II操作系統(tǒng)。

(2)有多外設擴展接口供用戶應用，如GPIO接口、CAN總線接口、SPI接口、以太網(wǎng)接口、USB接口、可供下載調(diào)試的JTAG接口等。

(3)開發(fā)板支持多種調(diào)試軟件、調(diào)試工具進行操作，如支持KEIL、IAR等仿真軟件；支持J-LINK、AK100等仿真工具[11]。

(4)儀器模塊：溫度傳感器模塊、二氧化碳模塊、示波器等。

3.2 儀器代理模塊軟件總體設計

代理軟件在總體結(jié)構(gòu)上是按照硬件適配層、TCP/IP協(xié)議棧層、應用軟件層來劃分的，其中應用層又分為SNMP服務器模塊、掃描儀器模塊、Trap模塊等，硬件適配層包括串口接口驅(qū)動、II2C驅(qū)動等。各層次間的函數(shù)調(diào)用并不一定都是從上往下逐層展開的，例如應用層軟件有可能直接調(diào)用硬件適配層的函數(shù)[12]。軟件總體架構(gòu)如圖4所示。

4 SNMP代理模塊的測試與分析

為了對開發(fā)軟件進行測試，搭建如下的測試系統(tǒng)：硬件包括一臺遠端控制計算機、一個路由器和一個LPC1768開發(fā)板，Windows操作系統(tǒng)，NMS管理軟件net-snmp-5.4.1-3.exe[13]。

圖4 軟件總體架構(gòu)

在代理LPC1768開發(fā)板上運行SNMP代理,等待遠端管理主機上SNMP管理站的消息請求，測試過程為：首先通過get查看代理的信息，然后通過對代理上的第四個儀器上的四個節(jié)點的訪問，可以查看到儀器的四個屬性包括基本的儀器屬性，例如：儀器名稱、儀器型號等。文中代理1上第四個儀器連接的是一個高精度的溫度傳感器，可以通過get命令實時地查看溫度的變化情況，可以實時地把溫度傳給SNMP的管理站，管理站就可以得到溫度的變化情況。這里以代理1的第四個儀器為例來進行測試。

Get命令格式為：snmpget -v 2c -c 團體名 代理的IP地址 對象OID

snmpget -v 2c -c public 192.168.0.201 1.3.6.1.4.1.1199.1.5.0

響應信息為：

SNMPv2-SMI::enterprise.1199.1.5.0=STRING:“Agent1_lpc1768”

Get命令格式為：snmpget -v 2c -c 團體名 代理的IP地址 對象OID

snmpget -v 2c -c public 192.168.0.201 1.3.6.1.4.1.1199.1.4.1.0

響應信息為：

SNMPv2-SMI::enterprise.1199.1.4.1.0=STRING: “IIC”

Get命令格式為：snmpget -v 2c -c 團體名 代理的IP地址 對象OID

snmpget -v 2c -c public 192.168.0.201 1.3.6.1.4.1.1199.1.4.2.0

響應信息為：

SNMPv2-SMI::enterprise.1199.1.4.2.0=STRING:“p_wendu”

Get命令格式為：snmpget -v 2c -c 團體名 代理的IP地址 對象OID

snmpget -v 2c -c public 192.168.0.201 1.3.6.1.4.1.1199.1.4.3.0

響應信息為：

SNMPv2-SMI::enterprise.1199.1.4.3.0=STRING: “GY-80”

Get命令格式為：snmpget -v 2c -c 團體名 代理的IP地址 對象OID

snmpget -v 2c -c public 192.168.0.201 1.3.6.1.4.1.1199.1.4.4.0

因為1.3.6.1.4.1.1199.1.4.4.0對應的OID是高精度溫度傳感器采集溫度傳上來的十六進制數(shù)，是一個實時變化的數(shù)據(jù)，所以此時得到的數(shù)據(jù)只能代表此時的溫度。舉例如下，采集到的溫度是：SNMPv2-SMI::enterprise.1199.1.4.4.0=STRING:01 02，然后將傳上來的十六進制的01 02，通過傳感器資料轉(zhuǎn)換成十進制的溫度值：(0*163+1*162+0*161+2+160)/10=25.8，所以此時的空氣溫度是25.8度。

4.1 測試步驟

(1)采用keil編譯工具對SNMP_Agent代理源代碼進行編譯、調(diào)試、運行；

(2)采取不同的測試方法，完成對管理對象的操作。

4.2 NMS管理站測試結(jié)果

在測試過程中，SNMP代理進程運行在LPC1768開發(fā)板上，其IP地址為：192.168.0.201。該方法使用標準的net-snmp軟件包，通過命令行方式完成系統(tǒng)測試。有關(guān)net-snmp安裝請參考相關(guān)資料，這里不再贅述[14]。對于系統(tǒng)中所有的管理對象的測試方法類似，在此以管理對象對代理1上的第四個儀器測試為例進行說明，其測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 NMS測試結(jié)果(1)

從圖5可以看出，SNMP管理站對代理1的管理是成功的。首先查看的是代理的信息，可以查看出是第幾個代理和代理的型號；其次通過get查看代理1上儀器4的每一個節(jié)點，對每一個節(jié)點進行g(shù)et就可以得到不同的屬性?？梢奡NMP管理站可以通過與代理之間的交互，直接獲得儀器的數(shù)據(jù)和屬性信息。對代理發(fā)送snmpbulkget命令，通過該命令就可以一次獲得儀器上的多個屬性，文中為了方便對儀器的操作，對snmpgetbulk進行了限制，使其一次獲得最多的儀器屬性為4個，就是在命令行輸入OID節(jié)點，就可以連續(xù)獲得其節(jié)點下面的四個連續(xù)節(jié)點的屬性。

從圖6可以看出，遠程管理主機對代理進行snmpgetnext、set管理是成功的，通過snmpgetnext命令可以得到下一個節(jié)點的值，也就是通過上一個節(jié)點可以查看下一個節(jié)點的值，而通過遠程管理主機向代理首先發(fā)送get命令查詢該管理節(jié)點當前的屬性，然后通過set命令修改該節(jié)點的屬性，最后再通過get命令查詢該節(jié)點的屬性是否修改成功。通過圖6可以看出，set成功修改了儀器原來的名稱，使儀器擁有了一個新的名稱。

圖6 NMS測試結(jié)果(2)

5 結(jié)束語

首先對μC/OS-II系統(tǒng)的優(yōu)勢進行了簡單的介紹，對SNMP協(xié)議的SMI、MIB庫以及SNMP規(guī)程進行分析，然后建立私有MIB庫和μC/OS-II系統(tǒng)的移植，通過測試環(huán)境對所需軟硬件的要求，給出設計方案，最后使用標準的net-snmp管理軟件對代理開發(fā)板上的SNMP代理進行請求(get、bulkget、getnext、set)，以檢測該代理是否可以實現(xiàn)遠程管理站與儀器之間的通信。結(jié)果表明，測試基本滿足了實現(xiàn)對儀器遠程控制的實時性要求，可能由于以太網(wǎng)的實際應用環(huán)境，會在網(wǎng)絡層及傳輸層產(chǎn)生延遲，會對儀器的實時控制產(chǎn)生影響。