基于ARM920T和Linux的SOHO路由器设计

0 引言

　　随着通信技术、网络技术的迅速发展，大量网络设备接入网络，互联网用户数量正以几何级数增长。研究表明，IPv4 地址空间将在2011 年前耗尽，因此IPv4 地址资源非常紧缺。SOHO 路由器利用私有网络IP 地址有效地缓解目前 IP 地址短缺的危机，为公司、家庭等小型局域网提供高效、廉价的共享上网方案。当前SOHO 路由器设计，采用

　　ARM7TDMI+μClinux 设计架构，ARM7 内核微处理器工作频率为50M 左右，而以太网控制芯片工作频率一般为100M，处理器速度难以满足高速接入网用户要求;μClinux 操作系统，不具有内存保护机制，任何程序都有可能导致内核崩溃，系统稳定性较差。本文采用ARM920T 内核微处理器，工作频率200M，足以满足高速接入网用户要求，它具有先进的MMU 体系结构，支持WinCE、EPOC32、Linux 操作系统。Linux 操作系统，具有内存保护机制和强大的网络控制功能，能防止恶意程序对系统的破坏并实现*滤防火墙，有效地提高了系统的稳定性和安全性。

　　1 SOHO 路由器原理

　　路由器有位于网络中心的核心路由器、连接企业级网络的企业路由器以及把家庭或小单位用户接入网络的 SOHO 路由器。SOHO 路由器能够实现自动配置和基本数据包路由、过滤功能。从严格意义上来讲，SOHO 路由器并不能完全称之为路由器，它只实现部分传统路由器的功能。SOHO 路由器采用NAT（Network Address TranslaTIon）转换技术，把局域网内部私用有IP 地址转换成一个合法的公网IP 地址，使私有网络中多台主机共享一个合法的 IP 地址访问因特网。

　　本文利用 Linux 内核支持IP Masquerade（IP 伪装）技术实现NAT 转换，实现多台主机共享访问因特网。IP Masquerade 工作原理：客户机将实现IP Masquerade 的Linux 机器设置为缺省网关，当IP Masquerade 的Linux 机器收到客户机的数据包时，对其进行改写，将源地址替换为自己的IP 地址，将源端口号换成一个新的端口号，并且对该过程进行记录;当接收到响应数据包时，如果其端口号正是先前所指定的端口号则再对该数据包进行改写，将其目的IP 地址及目的端口号替换为原来记录的客户机IP 地址和端口号，然后再发送给客户机。

　　2 系统硬件设计

　　系统以 S3C2410X 微处理器为核心，外扩存储器、以太网控制器、交换控制器、配以必要的调试接口、电源电路和时钟发生电路构成，硬件结构框图如图1 所示。


（1） 微处理器与存储系统

　　S3C2410X 是SAMSUNG 公司开发的一款低价、低功耗、高性能应用于PDA、Internet设备的微处理器，工作频率200M，能满足高速处理要求。系统扩展了1 片64MB NANDF1ash 芯片和2片SDRAM 芯片，NAND F1ash 芯片中存储Bootloader 引导程序和Linux 内核，系统上电复位后从中执行初始化代码。

　　（2） 以太网控制芯片

　　DM9000 是一款高性价比以太网控制芯片，具有通用处理接口以太网MAC 控制器，能与10Base-T 的UTP3/4/5 和100Base-T 的UTP5 接口连接，满足高速接入网要求，也支持通过MII 接口与其它MII 接口的收发器互联。

　　（3） 交换控制芯片

　　RTL8305S 是台湾瑞昱公司最新设计的5 端口10/100Mbps 高速以太网络交换控制芯片，五个端口分成三个组（X 组，Y 组，第五端口），可通过相关引脚灵活配置;集成了5个MAC（媒体存取控制器）、5 个实体层收发器、1M SRAM 和1K MAC 地址记忆区，有效地减少查表时间和转储时间，适用于高速局域网交换器;每一个端口均可支持100Mbps的100BASE-TX 高速以太网传输或10Mbps 的10BASE-T 的以太网传输。

　　（4） 系统实现

　　S3C2410X 微处理器通过系统总线连接FLASH和SDRAM构成存储系统，系统上电后，微处理器从FLASH 中读取初始化程序，SDRAM 为程序运行和数据处理和转发提供临时存储空间。以太网控制芯片DM9000，经单端口隔离变压器和RJ45 接口与互联网相连。DM9000 通过MII（独立媒体接口）与交换控制芯片RTL8305SC 的PORT4 口相连，RTL8305SC 经过4 端口隔离变压器和四个RJ-45 接口连接局域网集线器，交换机或电脑，进行数据交换或通过微处理器控制与广域网连接。

DM9000 与S3C2410X、RJ45 接口电路如图2 所示，DM9000E 芯片的引脚INT 与S3C2410X 芯片的外部中断信号EINT14 相连，S3C2410X 片选信号nGCS4 和地址线MA2分别连接DM9000的AEN 引脚和CMD 引脚。SA6 到SA0 对应地址总线，而SA9 与SA8引脚设置为高电平，SA7 引脚设置为低电平，用来片选DM9000;3C2410X 的nOE 引脚连接DM9000 的读引脚IOR#，nWE 引脚连接DM9000 的写引脚IOW#，并将S3C2410X 数据线MD［0..15］与DM9000 的数据线SD［0..15］连接，实现数据传输。将 RTL8305S 第5 端口设定为一个MII 接口与以太网控制芯片DM9000R MII接口相连，RTL8305S 与四端口隔离变压器和RJ45 接口与图2 类似。