（通信与信息系统专业论文）obs核心节点控制系统中的嵌入式子系统.pdf

电子科技大学硕士学位论文 摘要 随着光交换技术的发展，人们逐步提出了光路交换( o c s ) 、光分组交换 ( o p s ) 以及光突发交换( o b s ) ，前两者各有特点，但同样也存在缺陷，而光 突发交换是光路交换和光分组交换的一个有效折衷方案，同时避免了两者缺点， 能很好的适应于目前和未来业务量爆炸式增长及业务的多样性和多变性的要求， 是目前发展潜力最看好的光交换技术之一。 o b s 系统中的节点设备，按照网络位置以及功能可分o b s 边缘节点和o b s 核心节点，本文研究重点是其中的核心节点。基于我们提出的o b s 核心节点的 体系结构，为了实现对核心节点高速接口的管理和数据统计、对核心节点主控模 块f p g a 进行初始化加载、对核心节点控制模块执行调度操作所需的资源表项和 路由表项实现远程动态加载、对核心节点交换性能的统计监测、对d s p 协处理 器进行资源表项和路由表项远程动态加载等功能，必须在核心节点中采用功能强 大的网管模块。同时为了使这些复杂的操作具有直观性，我们选择基于w e b 的 技术来实现这些功能。 权衡各种参数指标，我们选择m c f 5 2 7 2 开发板作为网管予系统的硬件平台、 u c l i n u x 操作系统作为软件平台，并在此实验平台上建立了开发网管模块功能的 软硬件开发环境。 所设计的o b s 核心节点嵌入式网管子系统，通过串口与核心节点高速接口 模块通信，实现对核心节点的b h p 数据流量进行统计：通过仿j t a g 配置口线 以及自行定义的通信总线与控制模块f p g a 通信，实现对f p g a 的初始化加载和 在处理b h p 过程中多个数据表的加载并对f p g a 进行b h p 数据统计；通过h o s t p o r t 配置口线与核心节点的d s p 协处理器通信，实现对d s p 在处理b h p 过程中 多个数据表的加载并对d s p 进行b h p 数据统计。我们以w e b 页面作为所开发的 嵌入式子系统的图形界面，方便人们对o b s 核心节点进行监控和管理。 本文给出了o b s 核心节点嵌入式子系统网管模块从软硬件开发平台的建 立，到网管各项功能的软件实现的开发过程，并就o b s 核心节点网管功能的实 现进行了进一步的分析和探讨。 关键词：o b s ，嵌入式网管子系统，串口通信，w e b ，j t a g ，h o s tp o r t 第i 页 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h et e c h n o l o g yi no p t i c a ls w i t h i n gf i e l d ，o c s ( o p t i c a l c i r c u i t s w i t c h i n g ) ，o p s ( o p t i c a l p a c k e t s w i t c h i n g ) a n do b s ( o p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ) h a v ec o m et o t h es t a g e e i t h e ro c so ro p sh a si t s a d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s ，w h i l e o b sh a sc o m b i n e dt h e i r a d v a n t a g e s a n da v o i d e dt h e i r d i s a d v a n t a g e s a n di t c a r lm e e tt h en e e d so f e x p l o s i v eg r o w t ha n dd i v e r s i t yo f t r a f f i c i ni n t e m e tn o w a d a y sa n di nf u t u r e ，w h i c hm a k e st h et e c h n o l o g yo fo b st ob e c o m e o n eo f t h em o s t p r o m i n e n tt e c h n o l o g i e s i nt h ef u t u r e t h en o d ed e v i c e so fo b s s y s t e mc a nb ed i v i d e di n t ot w op a r t sa c c o r d i n gt ot h e l o c a t i o na n df u n c t i o no ft h en e t w o r k ：t l l eo b s e d g en o d e sa n dt h eo b sc o r en o d e s t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nt h eo b sc o r en o d e s a n da c c o r d i n gt ot h es y s t e m s t r u c t u r eo fo b sc o r en o d ew e p r o p o s e d ，w eh a v e t oa d o p t p o w e r f u ln e t w o r km a n a g e m o d u l et oa c h i e v et h ef o l l o w i n gg o a l s ：t om a n a g et h eo p t i c a lh i g h - s p e e di n t e r a f c e m o d d eo fc o r en o d ea n dg e ts t a t i s t i c so ft h eb h p d a t a ，t oi n i t i a l i z et h em o d u l eo f p r i m a r yc o n t r o l l e ro f t h eo b sc o r en o d e - t h ef p g a ，t od y n a m i c u p l o a dt h er e s o u r c e t a b l ea n dr o u t et a b l et h a ti s n e c e s s a r yt os c h e d u l et h ec o r en o d ec o n t r o lm o d u l ei n l o n gd i s t a n c e ，t os t a t i s t i cs u p e r v i s et h es w i t c h i n gp e r f o r m a n c eo ft h ec o r en o d e ，t o d y n a m i cu p l o a dt h er e s o u r c et a b l ea n dr o u t et a b l ef o rt h cs e c o n d a r yc o n t r o l l e r - t h e d s pi nr o m o t ed i s t a n c e a tt h es a m e t i m e ，w ec h o o s et h et e c h n o l o g i e sb a s e0 nw e b t o a c h i e v et h ef u n c t i o n sm e n t i o n e da b o v e t om a k et h e c o m p l i c a t e do p e r a t i o n i n t u i t i o n i s t i c ， a f t e r c o n s i d e r i n g a l lt h er e l a t e df a c t o r s ，w ec h o o s em c f 5 2 7 2 t a r g e tb o a r da st h e h a r d w a r ep l a t f o r mo fn e t w o r ks u b - s y s t e ma n dt h eo su c l i n u xa s t h es o r w a r e p l a t f o r mt o b u i l d u po u rd e v e l o p m e n te n v i o r m e n to fi m p l e m e n t a t i o n sm e n t i o n e d a b o v e t h ee m b e d e dn e t w o r k m a n a g e m e n ts u b s y s t e mo ft h eo b sc o r en o d ew e d e s i g n e dm a k e s as t a t i s t i ct ot h eb h p t r a f f i co ft h ec o r en o d e t h r o u g hc o m m u n i c a t i o n b e t w e e ns e r i a li n t e r f a c ea n d o p t i c a l h i g h s p e e d i n t e r f a c e m o d u l e t h r o u g h 第i i 页 电子科技大学硕士学位论文 c o n l n u n d c a t i o nw i t hc o n t r o lm o d u l eo f t h ec o r en o d eb yi m i t a t e dj t a g i n t e r f a c ea n d c u s t o m e dc o m m u n i c a t i o nb u s ，i tc a nr e a l i z et h ei n i t i a ll o a d i n ga n dl o a d i n gm o r e t h a n o n ed a t al i s t sw h e n p r o c e s s i n g t h eb h p ；nc a l lr e a l i z el o a d i n gm o r et h a no n ed a t al i s t s w h e n p r o c e s s i n gt h eb h p a n ds t a t i s t i ct ot h eb h pt h r o u g hc o m m u n i c a t i o nb e t w e e n h o s tp o r ta n dd s pc o p r o c e s s o ro f t h ec o r en o d e t h eg r a p h i c a li n t e r f a c e sw eu s e df o r t h i se m b e d e d s u b s y s t e m i sw e b ，w h i c hi sc o n v e n i e n tt os u p e r v i s et h eo b s c o r en o d e t h i sp a p e rd e a l sw i t ht h ee s t a b l i s h i n go ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e v e l o p i n g p l a t f o r m a n di m p l e m e n to fa l lt h ef u n c t i o n so ft h en e t w o r km a n a g e m e n ti nt h e e m b e d e d s u b s y s t e mo f t h eo b s c o r en o d e f u r t h e r m o r e ，i ta n a l y s e sa n dd i s c u s s e st h e i m p l e m e n t o f t h en e t w o r km a n a g e m e n to f o b sc o r en o d e k e y w o r d s ： o b s ，n e t w o r k i n gm a n a g e r , e m b e d d e d s u b s y s t e m ， s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ，w e b ，j t a gh o s tp o r t 第i i i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 叠丝逸日期：m 年月髟日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容绽入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：刍至避 导师签名： 争乐氏 日期：年舻月彩日 电子科技大学硕士学位论文 缩略语： b d m b h p c g i c p c s d s p f p g a g p i o h p i h z m l j t a g l 、，d s m c u ，皿缸i o b s o c s o p s p o s q o s s e r d e s 主要符号表 b a c k g r o u n dd e b u gm o d u l e b u r s th e a dp a c k e t c o m m o n g a t e w a y i n t e r f a c e c o n t r o lp a c k e t c l i e n t s e r v e rm o d e l d a t a s i g n a lp r o c e s s o r f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y g e n e r a lp u r p o s ei o h o s tp u ni n t e r r a c e h y p e r t e x tm a r k u p l a n g u a g e j o i n tt e s ta c t i o n g r o u p l o w v o l t a g ed i f f e r e n t i a ls i g n a l m i c r oc o n t r o 】u n i t m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g p o r t a b l e o p e r a t i n gs y s t e m i n t e r f a c e b a s e do nu n i x q u a l i t yo f s e r v i c e s e r i a l i z ea n d d e - s e r i a l i z e 第v i i i 页 背景调试模式 突发数据头文件包 公用网关接口 控制分组 客户端朋艮务器端模型 数字信号处理器 现场可编程门阵列 通用i o 端口 主机端接口 超文本连接标示语言 联合测试行动组 低电压差分信号 微型控制单元 内存管理单元 光突发交换 光路交换 光分组交换 基于u n i x 便携式操作 系统接口 服务质量 串行变并行 电子科技大学硕士学位论文 1 ：a p1 b s ta c c e s $ p o r t u a r tu n i v e r s a l a s y n c h r o n o u s r e c e i v e r t r a n s m i t t e r u c l i n u xm i e r oc o n t r o ll i n u x w d mw i r e l e s sd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g 符号说明： 第i x 页 测试访问端口 通用异步接发器 微控制l i n u x 操作系统 波分复用 电子科技大学硕士学位论文 1 1 引言 1 1 10 b $ 产生背景 第一章绪论 因特网流量呈指数增长，到2 0 0 8 年时，有望达到目前话音流量的5 倍。这种形势， 促使研究者们加快对波分复用( w d m ) 传输和光交换技术进行深入研究，以满足因特 网流量的爆炸式增长、业务多样性和业务突发性的要求。考虑到i p 网络的发展趋势和 光技术的先进性，下一代因特网必然是以w d m 网络为基础，以因特网业务流量为主 的优化i p 光网络( 即i po v e rd w d m ) ，光交换网络就成为下一代光因特网的核心技术 之一。 光交换技术是i p 全光网的关键技术之一，目前光交换技术有o c s ( o p t i c a l c i r c u i t 包括：s w i t c h i n g ，光路交换) ，o p s ( o p t i c a l p a c k e ts w i t c h i n g ，光分组交换) 以及近几 年才提出的o b s 卜5 1 ( o p t i c a l b u r s ts w i t c h i n g ，光突发交换) 三种方案。 o c s 理论与应用上都比较成熟的光交换网络，它相对其它两者简单、易于实现， 中间节点不需要光缓冲( 或o e o 数据转换) ，但交换粒度太大( 一般为波长级) ，不 能统计复用光路带宽，缺乏灵活性，带宽利用率低。 o p s 理论上成熟但实现上不太成熟；它在交换粒度、带宽利用率、延时和适应性 等方面性能都比较好。特点是可动态共享统计复用带宽资源，灵活性高，可大大提高 网络带宽利用率，从长远的角度来考虑，o p s 似乎是一种非常有前途的技术，但因其 实现较复杂，存在一些难以克服的技术障碍。目前光逻辑处理技术不成熟，没有可用 的光随机存储器( o r a m ) ，还需经过多年的研究，o p s 才能得以应用。 针对目前o c s 和o p s 实现上存在的一些问题，c h u n m i n q i a o 等研究学者在最近几 年提出了一种新的光交换技术光突发交换( o b s ) 技术，并迅速得到国内外学者 们的广泛研究。o b s 得以引人注目是因为它兼有o c s 和o p s 的优点，同时又避免了 它们的不足。特点是o b s 交换粒度在o c s 与o p s 之间，o b s 的b c p ( b u r s tc o n t r o l p a c k e t ，控制分组) 与突发数据( b u r s td a t a ) 在物理信道上分离。b c p 先于突发数据 被边缘节点发送，控制分组在每个中间接点都需要o e o 交换和电处理，向中间节点 预约资源；而突发数据直接在端到端的透明光链路中进行传输和交换。在o b s 网络中， 原则上在中间节点无需任何光r a m ( 当然，若有光缓存，可以更好的解决光突发交换 中的竞争问题) ，突发数据的传输是通过它相应的b c p 控制分组提前预留的资源来完 第1 页 电子科技大学硕士学位论文 成的，突发数据分组在中间节点无延时透明传输。相对于o c s ，o b s 可获得更好的带 宽利用率，函为它允许每一个波长的突发数据流之间统计复用，这样节约了有限的波 长资源。另外，突发分组的端到端( e t e ) 延时相对较少，因为一般情况下，偏置时 间远小于波长路由中波长通道建立的时间。光突发交换( o b s ) 成为光交换更理想的 选择。 1 1 2 0 b s 的工作原理 o b s 系统根据节点在o b s 网络中所处的位置和功能分为：o b s 边缘节点和核心节 点。边缘节点按照数据经过o b s 网络的过程分为入口节点和出口节点。 在o b s 中，突发数据是由相同的出口边缘节点地址和相同的服务质量( q o s ) 要 求的l p 分组组成，它是o b s 网络中的基本交换单位。突发数据分组和控制分组的传输 在物理信道上是分离的( 一般为同一光纤中不同波长) ，每个控制分组对应于一个突发 数据分组，它包含其对应突发数据分组的一些基本信息，如突发长度、偏置时间、波长 i d 和路由信息等，比突发数据短得多。在中间节点，控制分组经过光电，光变换和电信 息处理，而突发数据分组不需光电光处理，直接从源节点，通过控制分组事先配置好 的链路，透明穿过o b s 网络( 全光) 地传送到目的节点。如图所示： 图1 1 0 b s 网络的工作原理图 边缘节点一边与业务网，如i p 网相连，另一边与一个核心节点相连：而核心节点， 可以与一个或多个边缘节点相连，同时与其它核心节点构成网状连接。 在入口节点，边缘节点根据输入的i p 流的特性来决定数据突发大小、偏置时间。 控制分组，包含出口地址、偏置时间、突发数据大小、数据优先级和q o s 等信息，提 前于其相应的突发数据分组在分离的控制波长上发送，其对应的突发数据分组经过一个 第2 页 电子科技大学硕士学位论文 给定偏置时间后跟随控制分组传送。这些控制分组在中间节点转换成电信号进行处理。 在出口节点，数据突发将被拆桢，并拆分成多个i p 包。若需要，在出口节点要进 行重排序和出错重发处理。 1 1 3 0 b s 核心节点总体框架 o b b 核心节点总体框架图如下所示： 檄* ( 擞握) 图1 2 0 b s 核心节点总体框架 o b s 核心节点主要由光交换阵列和阵列控制两部分构成，前者实现数据分组的交 换，后者通过对b h p ( b u r s t h e a d p a c k e t ) 的处理实现对交换阵列的控制。光交换阵列 包括光开关矩阵、光纤延时线f d l 光缓存、波长变换器t w c 等硬件设备，实现数据 以光的形式迸行交换和延时。 核心节点的总体结构见图1 2 。根据o b s 的原理，核心节点在转发数据分组前将收 到先期到达的控制分组b h p ，其中携带的信息决定了来自该端口的突发数据分组的特 性，如到达时间、持续时间( 突发长度) 、端口和波长信息、优先级等。对来自所有端 口的b l i p 进行处理，决定了每一时刻光交换阵列的配置状态，以尽可能满足所有的突 发数据分组能发往预期的输出端口。 1 2 课题研究意义 本课题来源国家8 6 3 项目重大课题“光突发交换技术的关键技术和实验系统”。 o b s 是种非常有前途的光交换技术。其特点是控制与数据在时间和空间上分离， 第3 茭 鱼至登垫查堂巫主兰篁堡茎 一 控制分组提前发送，且在经过的核心节点进行电信息处理，为数据分组预留相应的资 源，而数据分组在控制分组之后传送，在核心节点通过预留好的资源直通，无需光电 光处理；采用单向预留机制，带宽利用率高，灵活，且无需光缓存，实现相对容易。 具有延时小( 单向预留) ，带宽利用率( 统计复用) ，效率高，交换灵活、数据透明、 交换容量大( 电控光交换) 等特点，可以达到t b s 级的交换容量，甚至p b s 量级。因 此，o b s 网络主要应用于不断发展的大型城域网和广域网，它可以支持传统业务，如 电话、s d h 、i p 、f d d i 和a t m 等，也可以支持未来具有较高突发性和多样性的业务， 如数据文件传输、网页浏览、视频点播、视频会议等业务。 在o b s 核心节点中使用嵌入式子系统充当网管功能模块，实现远端p c 机基于w e b 页面直观地对核心节点进行监控、配置和管理操作功能，来满足人们需要监控核心节 点流量、配置核心节点参数以及管理核心节点各主要模块的工作等需求。o b s 核心节 点网管功能的实现以及通信规则的制定都需要具体地进行研究。 1 3 本文主要内容及安捧 本论文研究的主要内容是在o b s 核心节点中，网管所需实现的功能以及各个功能 模块的实现，这些实现包括：网管与光高速接口模块实现通信并获得数据处理的统计 计数；网管与f p g a 实现通信并实现初始化加载和资源配置表项、路由表项的加载以 及获得数据处理的统计计数；网管与协处理器d s p 实现通信并实现对d s p 的资源配置 表项、路由表项的加载以及获季导数据处理的统计计数。网管采用嵌入式子系统来实现。 详细阐述了嵌入式子系统的实验系统建立和o b s 核心节点所需的上述功能的具体实 现。 内容安排如下： 第一章引言部分，介绍了o b s 产生背景、工作原理、现实意义以及发展趋势。 第二章阐述了0 b s 核心节点的结构，功能模块划分，网管模块与核心节点主控 f p g a 模块、d s p 协处理器以及光商速接口模块之间的联系；分析了网管模块的功能。 第三章结合网管模块功能开发的需求，简单介绍u c l i n u x 嵌入式开发环境，给出了 网管模块功能开发的流程。 第四章分析描述了m c f 5 2 7 2 嵌入式网管子系统与核心节点母板物理连接的实现以 及与主控f p g a 模块、d s p 协处理器以及光高速接口模块逻辑上连接的实现，重点制 定了相应的通信规则。 第五章详细描述了网管具体功能的实现方法，包括监控功能、系统复位功能、统计 第4 页 电子科技大学硕士学位论文 功能，加载功能以及资源更新功能等的实现方案。 第六章为全文总结。 第5 页 电子科技大学硕士学位论文 第二章。陷核心节点功能与网管 2 1o 陷核心节点控制模块的功能以及实现 o b s 核心节点的工作原理是把边缘节点传送过来的控制数据分组( b h p ) 和突发 数据( b u r s td a t a ) 通过两个不同的通道进行处理，控制数据分组先于突发数据到达核 ，1 1 , 节点，核，i i , 节点通过分析处理控制数据分组的有关信息，为突发数据进行预先资源 配置，使b u r s t 数据到达核心节点时，能够无延时经过光交换矩阵的透明传输。o b s 核心节点电控部分的总体框架如图1 - 2 所示。 2 1 1 控制模块的设计方案 核心节点控制模块硬件实现拍如下： 首先我们明确控制模块需达到的性能，预计有以下一些指标： 1 1 端口数：4 2 ) 数据通道波长数：8控制通道波长数：1 3 ) 控制通道数据到达输出速率： 1 5 5 5 2 m b p s 4 】处理时延： 可用 o - 不可用 电子科技大学硕士学位论文 由于最终实现的光交换矩阵采取8 个4 x4 光交换矩阵，每个4 x4 光交换矩阵对 应一个波长，对应的3 2 个输入端，只有其中2 个输入端配置了f d l ，其他的都没配置 f d l ，所以在配置具体某个输入端时需要指明f d l 是否可用。 路由表项信息的如下： 图2 - 4 路由表项信息 由于本系统实现4 x 4 ，8 个数据波长的光交换矩阵，所以使用】b y t e 就可以满足 设计的需要。其中： o u t p o r t 用2 个b i t 位表示出端口，可以用0 0 、o l 、1 0 、1 1 值分别表示出端1 ：3 编号 为0 ，l ，2 ，3 四个端口； i n p o r t 用2 个b i t 位表示入端口，表示内容与o u t p o r t 的内容样； l a m b d a 用3 个b i t 位表示，分别表示0 0 0 、0 0 1 、0 1 0 、一1 1 0 、1 1 l 共8 个波长； 还有一位未定义，等以后可以扩展内容，具有一定的弹性。 由于最终实现的光交换矩阵采取8 个4 x 4 光交换矩阵，每个4 x 4 光交换矩阵对 应个波长，没有用到t w c ，所以在网管配置信息中，对应的入、出波长值是不变的。 2 1 数据统计信息 数据统计信息在a d m i n 执行读取操作后，从光高速接口模块或f p g a 主控制器或者 d s p 协处理器中传给m c f 5 2 7 2 ，再由m c f 5 2 7 2 传递给a d m i n ，所有的统计信息在确认 被对方读取后，清零后重新开始计数，直到下一次被读取。数据统计信息主要包括： 总共收到的b h p 值； 处理了的b h p 值； 第1 1 页 电子科技大学硕士学位论文 丢弃了的b h p 值； 单位时间处理b h p 的值； 处理单个b h p 的平均延时等 2 3 网管实现的软硬件平台 为了开发和实现网管功能，我们首先要搭建起相关的软硬件平台。 ( 1 ) 硬件平台的搭建 图2 5 0 b s 实验平台 其中开发主机是安装了l i n u x 的p c 机，如果开发主机和开发板不通过h u b 进行 网络连接，而是直连的话，网线需要改动，变成交叉线而不是直连线。 ( 2 ) 软件平台 软件平台是建立在l i n u x 环境下的，结合u c l i n u x ( 具体参加第三章内容) 特点以 及嵌入式网管硬件平台，共同建立起一个交叉编译环境。 根据m c f 5 2 7 2 网管模块需要实现的w e b 页面显示、操控、监视等功能，还需要一 个w e bs e r v e r 软件，建立起w e b 页面开发环境。 2 4 本章小结 本章主要描述了o b s 核心节点和网管模块的关系，并对两者之间所需的通信数据 结构给出了定义，并在最后简单介绍了进行网管模块功能开发所需要的软硬件实验平 台。 第1 2 页 电子科技大学硕士学位论文 第三章实验平台的u c ii n u x 开发环境 u c l i n u x 与v x w o r k s 、w i n c e 以及c o d e w a r r i o r 等商用嵌入式系统不同，它 是一个稳定的、开源的、免费的而且精简的嵌入式操作系统。我们根据m c f 5 2 7 2 硬件特点以及功能需求，选择u c l i n u x 作为我们的软件开发平台；在此基础上可 以根据自己的需要对u c l i n u x 的内核进行小型化、内存管理进行优化等操作。 3 1a c l i n a x 简介 u c l i n l 1 x 是由l i n u x 核心2 0 衍生而来。在u c l i n u x 这个英文单词中u 表示 m i c r o ，小的意思，c 表示c o n t r o l ，控制的意思，所以u c l i n u x 字面上的理解就 是“针对微控制领域而设计的l i n u x 系统”。它是针对没有m m u 的硬件平台而 设计的操作系统。 在m c f 5 2 7 2 软件开发平台的选择上，我们选择了u c l i n u x ，不仅是基于硬件 m c f 5 2 7 2 没有m m u 原因，还有因为u c l i n u x 可视为一个非常小的l i n u x 核心 2 0 ，它保有了l i n u x 操作系统的特性如稳定、良好的网络功能，包含了完整的 t c p i p 堆栈、以及强大的文件系统支持。u c l i n u x 使用一般的l i n u xa p i ，其核 心小于5 1 2 k b ，加上工具仅约9 0 0 k b ，符合本实验系统操作系统小型化的要求。 3 2 开发环境中应用软件的开发 基于前文所给出的软硬件开发平台，基本的应用软件开发流程可简单描述 为： 1 ) 将下载了的u c l i n u x 开发包解压缩到开发主机l i n u x 环境根目录下，自行 生成工作目录。然后进入它的工作目录，执行m a k e x c o n f i g 命令，调出一个配置 对话框，结合本实验系统的硬件的特点和软件库文件的需要，选择正确配置： 2 ) 根据o b s 核心节点需要完成的功能，需要开发的应用软件分为w e b 网页、 c g i 程序、串口通信、仿j t a g 通信、与f p g a 通信总线进行通信的软件以及与 h p i 进行通信的软件等； 3 ) 之所以把仿j t a g 通信、与f p g a 通信总线通信以及与h p i 通信功能以 应用软件方式实现，是为了前期的调试方便。最后软件功能实现后，再把实现代 码集成到c g i 程序中，以防止非管理员用户调用软件直接对o b s 核心节点进行 操控。 ( 1 ) w e b 页面开发流程图 第1 3 页 电子科技大学硕士学位论文 由于基于w e b 页网管应用程序是一个c s 模型，我们需要一个w e bs e r v e r 软件，搭建网页服务器端。比较各种w e bs e r v e r 软件，我们采用b o a 软件实现。 可以到w w w b o a o r g 网站上下载。b o a 是一个标准的w e bs e r v e r ，虽然只支持单 用户迸程，但方便了网管的管理，而且具有较高的安全性，符合本系统要求。 w e b 管理软件由b o aw e bs e r v e r + c g i 代码两部分构成，自行制定的c o l 代 码部分实现w e bs e r v e r 的通信规则，使用c 语言实现。通过修改c g i 代码，可 制定符合m c f 5 2 7 2 网管模块需要的管理软件。所有的代码均放在u c l i n u x u s r c g i 目录底下。 其中主要的为三个文件，都是通过c 语言编写而成的； 1 c o n i i g c 为入1 2 1 代码( m a i n 函数所在) 及命令( f l a g ) 指定分派的代码，因为 c g i 的命令调用如下：例如更改i p的u r l为： h t t p ：1 9 2 1 6 8 2 1 1 1 c g i - b i n c o n f l g c g i ? f l a g = 4 9 ，给它分配的命令码为4 9 ，在e o n f i g c 代码中就是根据这些命令码来调用响应函数，它全部是由判断语句构成的，是整 个管理软件总领性的文件。 2 c g i h e a d c 这个文件是c g i 实现的主体代码，它完成了所有处理响应函数 的代码。用户可以在此处更改响应函数的具体实现。 3 m y h d r c ：这个文件提供了一些辅助函数，例如主体代码中常用的字符串处 理、对u r l 的分段判断等通用函数代码。 值得注意的是，这里的c g i 代码全部是用c 代码实现而成的，不支持p e r l 、 p h p 等脚本语言进行修改。 关于对w e b c g i 管理软件的扩展开发： 在开发w e b c g i 管理软件过程中，除了需要开发主机以外，还额外需要一台 安装了w e b 浏览器的p c 机，用来通过w e b 浏览器测试m c f 5 2 7 2 开发板的w e b 管理软件。 需要注意的是开发主机、m c f 5 2 7 2 开发板以及用来测试的p c 机应处于同一 个子网当中。 图3 1 给出w e b c g i 管理软件开发的流程图： 第1 4 页 电子科技大学硕士学位论文 在开发主机上启动m j r 】i c o i n 作为目标板的仿真终端，执行 m o u i l t1 9 21 f i 82 3 2 ：c g i b i n h o m e j c g i b i n 图3 - 1w e b & c g i 开发流程 c g i 的扩展开发就是在c o n f i g c 文件中首先为改扩展功能增加一个命令码 f l a g ，并指定它的处理响应函数；然后在c g i h e a d c 中完成这个处理响应函数的代 码就可以了。 ( 2 ) 一般应用软件的开发流程 ( i ) 开发模式 在开发主机上编译好的程序是不能直接在m c f 5 2 7 2 开发板上运行，需要进行 模式方面的修改。 应用程序的开发有两种模式： 先在开发主机上调试成功通过后，再移植到m c f 5 2 7 2 开发板上。在这种 h o s t 方式下有g d b 调试工具可用，这对大型复杂应用很有帮助。 移植的工作包括两个方面： - 函数库的问题。由于开发平台提供的l i b c 库同标准的l i b c 库有不 同，在程序移植时可能会有函数未定义的问题。对于这种情况，一 般要求开发者自己编制这些要用到却又未定义的函数。 一改动m a k e f i l e 以适应m c f 5 2 7 2 开发板。 第1 5 页 电子科技大学硕士学位论文 基于前一种开发模式的弊病，我们选择第二种开发模式：直接在m c f 5 2 7 2 开发板上进行开发。将开发主机和m c f 5 2 7 2 开发板通过串口l 相连，在 开发主机终端上运行m i n i c o m 作为m c f 5 2 7 2 开发板的显示终端，m o u n t 上开发主机的l i n u x 根目录，直接在m c f 5 2 7 2 开发板上调试应用软件。 图3 2 给出了这种直接在m c f 5 2 7 2 开发板上开发模式的流程图，其中是 以创建和编译h e l l o 程序为例子： 图3 2 应用程序的开发流程 ( i i ) 创建、编译应用程序 由于l i n u x 代码的公开性，代码编写可以参照u s e r 目录下类似应用程序 第1 6 页 电子科技大学硕士学位论文 的代码或者网上相关代码，这给开发工作带来很大的帮助。u c l i n u x 的 u c l i b c 库是简写的l i n u x 库，所以不完备是肯定的，可能会造成这样那 样的问题，比如在移植程序时可能在编译时报错没有找到相应的函数定 义等。此外，u c l i n u x 下所有的应用程序都是采用静态链接编译而成的。 m a k e f i l e 文件可以从u s e r 下某个目录中的m a k e f i l e 作为样本，在此基础 上稍作修改即可使用。 修改u s e r 目录下的m a k e f i l e ，使其将用户创建的应用程序目录加入编译 队列。具体方法加入如下行所示： d i r y + = d i r 其中d i r 就是指用户自行创建的应用程序目录的名称。 返回根目录下编译，即可创建用户应用程序。 ( i i i ) 移植应用程序 移植应用程序其实需要两个步骤： 修改u s e r 下的m a k e f i l e 文件，加入： c o n f i g _ u s e rd i rf i l e = y 其中d i r 是指用户创建的目录名称；f i l e 是指用户想要生成的应用程序名 称。 修改u c l i n u x r o w x s m k 文件，将原来的： b i n $ ( c o n f i g _ u s e rd i rf i l e ) + = $ ( u s e r ) d i r f i l e 改为： b i n y = s f u s e r ) d i r f i l e 这样在u c l i n u x 目录下m a k e 后就会在r o m f s b i n 目录下看到f i l e 这个可执 行文件，烧写后就在板子的b i n 目录下。 3 3 本章小结 本章针对根据实验系统的特点搭建起网管功能开发环境的需求，简单描述了 u c l i n u x 开发环境及其特点，并结合m c f 5 2 7 2 开发板建立的硬件平台，制定了应 用程序开发和移植的流程，为以后的网管功能应用软件开发和移植奠定了基础。 第1 7 页 电子科技大学硕士学位论文 第四章o b s 核心节点m c f 5 2 7 2 网管模块与核心节点母板模块接口 m c f 5 2 7 2 与核心母板硬件连接的接1 ：3 分为3 个部分：与光高速接1 ：3 模块的 接口、与主控制模块f p g a 接口以及与d s p 协处理器的接口。 m c f 5 2 7 2 网管模块与核心节点母板硬件连接逻辑示意图如下所示，具体接 口特性以及相应通信规则的说明会在此章中陆续展开。 娃序搜从左到右，从上到l u 串口收发线 下编号t 仿j t 燃口 n 与f p g a 相连的控制总线 ， 、 l 与f p o a 相连的地址总线 ， 、 u - - 与f p o a 、h o “p o 埔连的数据总线 ( 6 ) 与h o s t p o 拥连的控制总线 ( 7 ) 啦太网线及r s 2 3 2 接口 图4 - 1m c f 5 2 7 2 与母板的接口示意图 4 1m c f 5 2 7 2 与光高速接口模块的接口 4 1 1 接口实现 第1 8 页 远端p c 机 电子科技大学硕士学位论文 由于本实验系统中m c f 5 2 7 2 与光高速接口模块通信量较小，通信数据较少， 所以本实验系统选择接口和功能实现都比较简单的串口，来实现m c f 5 2 7 2 网管 与光高速接口模块的通信。 具体连接如下所示： t xr x 鼷敬r x 、高速接口 髓管模块 “ 模块 p b 7 r e s b 图4 2m c f 5 2 7 2 与光高速接口模块接口示意图 对应的m c f 5 2 7 2 信号引脚可参见附录c 表1 。 通过串口线，m c f 5 2 7 2 和核心节点的光高速接口模块实现硬件上的连接。 在实际中使用的m c f 5 2