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基于HHBF561的家庭网关平台的研究与设计

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:499

0 引言
  家庭网络的目标是将一个家庭中的各种信息家电(如数字电视、游戏机、pda等)及其它控制设备(如电表、水表、汽表、能源自动控制、保安系统等)通过网络连接为一个小范围的局域网,以便集成控制网和信息网的服务,即解决“最后10米的问题”,它主要包括家庭网络的联网技术和接人技术两部分内容。由于未来家庭内部将会有多个信息设备(包括电脑、信息家电和控制设备)同时联入internet,为降低家庭用户管理和维护的复杂性,一般不可能为每个信息设备都提供一个internet出口,而且在目前没有一种主导联网解决方案的情况下,要解决各种信息设备之间的互联和互操作问题,通常在考虑家庭网络的组成时,往往会设置一个家庭网关。家庭网关是家庭区域网的关键设备,它可使家庭中的信息设备相互通信,并可通过同一个internet高速管道实现集成的语音、数据和视频服务。

1 基于hhbf561的家庭网关技术

  家庭网关平台主要完成网络协议的转换和处理,包括mpu,ram、rom、多种网络接口及外设接口、rtos、网络通信协议和应用软件等。家庭网关是一个家庭专用设备。与实现网关功能的普通pc机相比,传统的操作系统往往不够稳定,易用性较差。而作为提供关键功能(如安全可靠)的网关。专用设备则在性价比上存在较大优势。考虑到家庭网关的灵活性、可移植性,本文基于hhbf561开发板,并采用主流家庭联网技术和接入技术,来对家庭网关进行如下定义:

  (1) 网关是一个协议转换器,是一种可以对数据格式。传输速率和媒体驱动方式等协议的转换和通信转发的设备。

  (2) 设备资源管理器必须有一个i/o设备,通常应由一个输入装置(键盘,鼠标或话筒等)和显示装置组成,并应能解释设备描述文件。

  (3) web服务器应具有浏览器功能,可以将设备配置管理文件转换成操作页面,并具有用超文本传输协议http发送的能力。

  (4) 网关还应该是一个防火墙,应能保证家庭网络的信息安全。

2 基于hhbf561平台的软件开发

  整个开发系统包括硬件开发板、底层软件支持库、驱动程序、操作系统和上层应用程序。这里以实现可视voip网关为例对其进行详细介绍。

  在网关软件的整体结构中,网关的上层应用包括最主要的控制部分程序,主要负责控制sip核心协议栈sip和rtp/rtcp核心协议栈的正常运转。同时控制芯片工作以完成ip网侧和pstn网侧协议的相互转换。而其它部分软件由于各自的功能比较集中,因而可单独模块化实现。而整个软件运行的基础则是嵌入式操作系统。

2.1 μclinux操作系统

  linux是一种很受欢迎的操作系统,它与u-nix系统兼容,并具有开放的源代码。它原本被设计为桌面系统,现在则广泛应用于服务器领域。linux更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。μclinux正是在这种氛围下产生的。在μclinux这个英文单词中,μ表示micro(小的意思),c表示control(控制的意思),所以uclinux就是micro-control-linux,字面上的理解就是针对微控制领域而设计的linux系统。

  μclinux的一大特点是它没有mmu(mem-mory management unit,内存管理单元),它是针对没有mmu的cpu而设计的,并专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。虽然μclinux不能使用处理器的虚拟内存管理技术,但出于移植简单和尽量靠拢标准linux的需要,μclinux仍然沿用标准linux的分页内存管理结构。系统在启动时将对实际存储器进行分页,它实际上采用的是实存储器管理策略。μclinux系统对于内存的访问是直接的,它对地址的访问不需要经过mmu,所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。该操作系统对内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间,而没有独立的地址转换表。一个进程在执行前,系统必须为进程分配足够的地址空间,然后再全部载入主存储器的连续空间。

2.2 μclinux的移植

  由于向一个新的平台上移植μclinux会涉及到很多文件,但是最主要的还是要使uclinux在指定的平台上正常启动,其它与平台相关的文件可以在进一步开发过程中再进行修改,我先分析一下在启动过程中都有哪些文件和具体硬件平台相关,再修改相应文件,以便一步一步地完成系统的移植工作。

2.3 bootlaoder

  bootlaoder在没有操作系统支持的情况下,便可构建最简单的软件运行环境,并可将其保存在bootrom中,这样,系统上电就能直接运行,从而实现简单命令行控制和网络通讯功能。该开发板可从上位机通过tftp下载操作系统,并提供gdb调试,同时可以在此软件平台上搭建脱离操作系统的应用程序。bootloader的启动模式要求其能够实现自动加载功能。这可借鉴vxworks中的启动方式,即可启动之初有一小段时间等待用户输入,一旦用户输人就进入下载模式。下载模式可提供手动下载和内存监控功能。

2.4 tcp/ip网络协议栈

  通过家庭网关可使网络与各种信息设备相连,相互交互进行工作,但需要支持多种

0 引言
  家庭网络的目标是将一个家庭中的各种信息家电(如数字电视、游戏机、pda等)及其它控制设备(如电表、水表、汽表、能源自动控制、保安系统等)通过网络连接为一个小范围的局域网,以便集成控制网和信息网的服务,即解决“最后10米的问题”,它主要包括家庭网络的联网技术和接人技术两部分内容。由于未来家庭内部将会有多个信息设备(包括电脑、信息家电和控制设备)同时联入internet,为降低家庭用户管理和维护的复杂性,一般不可能为每个信息设备都提供一个internet出口,而且在目前没有一种主导联网解决方案的情况下,要解决各种信息设备之间的互联和互操作问题,通常在考虑家庭网络的组成时,往往会设置一个家庭网关。家庭网关是家庭区域网的关键设备,它可使家庭中的信息设备相互通信,并可通过同一个internet高速管道实现集成的语音、数据和视频服务。

1 基于hhbf561的家庭网关技术

  家庭网关平台主要完成网络协议的转换和处理,包括mpu,ram、rom、多种网络接口及外设接口、rtos、网络通信协议和应用软件等。家庭网关是一个家庭专用设备。与实现网关功能的普通pc机相比,传统的操作系统往往不够稳定,易用性较差。而作为提供关键功能(如安全可靠)的网关。专用设备则在性价比上存在较大优势。考虑到家庭网关的灵活性、可移植性,本文基于hhbf561开发板,并采用主流家庭联网技术和接入技术,来对家庭网关进行如下定义:

  (1) 网关是一个协议转换器,是一种可以对数据格式。传输速率和媒体驱动方式等协议的转换和通信转发的设备。

  (2) 设备资源管理器必须有一个i/o设备,通常应由一个输入装置(键盘,鼠标或话筒等)和显示装置组成,并应能解释设备描述文件。

  (3) web服务器应具有浏览器功能,可以将设备配置管理文件转换成操作页面,并具有用超文本传输协议http发送的能力。

  (4) 网关还应该是一个防火墙,应能保证家庭网络的信息安全。

2 基于hhbf561平台的软件开发

  整个开发系统包括硬件开发板、底层软件支持库、驱动程序、操作系统和上层应用程序。这里以实现可视voip网关为例对其进行详细介绍。

  在网关软件的整体结构中,网关的上层应用包括最主要的控制部分程序,主要负责控制sip核心协议栈sip和rtp/rtcp核心协议栈的正常运转。同时控制芯片工作以完成ip网侧和pstn网侧协议的相互转换。而其它部分软件由于各自的功能比较集中,因而可单独模块化实现。而整个软件运行的基础则是嵌入式操作系统。

2.1 μclinux操作系统

  linux是一种很受欢迎的操作系统,它与u-nix系统兼容,并具有开放的源代码。它原本被设计为桌面系统,现在则广泛应用于服务器领域。linux更大的影响在于它正逐渐的应用于嵌入式设备。μclinux正是在这种氛围下产生的。在μclinux这个英文单词中,μ表示micro(小的意思),c表示control(控制的意思),所以uclinux就是micro-control-linux,字面上的理解就是针对微控制领域而设计的linux系统。

  μclinux的一大特点是它没有mmu(mem-mory management unit,内存管理单元),它是针对没有mmu的cpu而设计的,并专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。虽然μclinux不能使用处理器的虚拟内存管理技术,但出于移植简单和尽量靠拢标准linux的需要,μclinux仍然沿用标准linux的分页内存管理结构。系统在启动时将对实际存储器进行分页,它实际上采用的是实存储器管理策略。μclinux系统对于内存的访问是直接的,它对地址的访问不需要经过mmu,所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。该操作系统对内存空间没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间,而没有独立的地址转换表。一个进程在执行前,系统必须为进程分配足够的地址空间,然后再全部载入主存储器的连续空间。

2.2 μclinux的移植

  由于向一个新的平台上移植μclinux会涉及到很多文件,但是最主要的还是要使uclinux在指定的平台上正常启动,其它与平台相关的文件可以在进一步开发过程中再进行修改,我先分析一下在启动过程中都有哪些文件和具体硬件平台相关,再修改相应文件,以便一步一步地完成系统的移植工作。

2.3 bootlaoder

  bootlaoder在没有操作系统支持的情况下,便可构建最简单的软件运行环境,并可将其保存在bootrom中,这样,系统上电就能直接运行,从而实现简单命令行控制和网络通讯功能。该开发板可从上位机通过tftp下载操作系统,并提供gdb调试,同时可以在此软件平台上搭建脱离操作系统的应用程序。bootloader的启动模式要求其能够实现自动加载功能。这可借鉴vxworks中的启动方式,即可启动之初有一小段时间等待用户输入,一旦用户输人就进入下载模式。下载模式可提供手动下载和内存监控功能。

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  通过家庭网关可使网络与各种信息设备相连,相互交互进行工作,但需要支持多种

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