基于ARM內核的S3C2410家用路由器設計

李曉波

（南通大學理學院，江蘇 南通 226019）

0 引言

據預測，到2015年全球路由器市場的規模將達到159億美元。其中家用路由器的發展尤為迅猛，目前需求最大的地區為北美和歐洲，不過亞洲地區已經成為家用路由器市場增長最快的地區。所以在未來幾年，亞洲的家用路由器需求將非常巨大。

傳統路由器憑借其低廉的價格在市場上將會繼續存在一段時間，但路由器的發展趨勢是智能化，網絡化，這正是以ARM及MIPS內核為代表的路由器的特點，所以ARM內核路由器將在未來不久的時間內，占據家用路由器市場的一席之地，并且隨著ARM內核技術的普及，ARM內核路由器將具有更高的性價比，相比于其他家用路由器將更有競爭力。

1 ARM技術

ARM公司既不生產芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術授權。嵌入式ARM主要技術包括：ARM處理器的體系結構和ARM處理器的指令集，存儲系統及異常中斷處理。

(1)ARM體系結構：增加了T變種，可以使處理器狀態切換到Thumb狀態，在該狀態下指令集是16位的Thumb指令集。

(2)ARM處理器的指令集:ARM指令集可以分為跳轉指令、數據處理指令、程序狀態寄存器傳輸指令、Load/Store指令、協處理器指令和異常中斷產生指令6類[1]。

(3)ARM存儲系統：ARM存儲系統的體系結構適應不同的嵌入式應用系統的需求差別很大。最簡單的存儲系統使用平板式的地址映射機制，就像一些簡單的單片機系統中一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統中各部分都使用物理地址。而一些復雜的系統可能包括一種或者多種下面的技術，從而提供功能更強的存儲系統[1]。

(4)異常中斷：當異常中斷發生時，系統執行完當前指令后，將跳轉到相應的異常中斷處

執行。當異常中斷程序執行完后，程序返回到發生中斷的指令的下一條指令處執行[2]。

2 路由器

(1)中央處理器：路由器的CPU負責路由器的配置管理和數據包的轉發工作，如維護路由器所需的各種表格以及路由運算等。路由器對數據包的處理速度很大程度上取決于CPU的類型和性能[3]。

(2)內存：路由器可采用多種內存，ROM（只讀型）、Flash（閃存）、DRAM（動態型）等。

(3)接口：路由器與各種各樣不同的網絡所進行的物理連接，都必須通過接口來實現。越是高檔的路由器，能連接的網絡類型越多，其接口的種類也就越多。。

(4)控制臺端口：根據路由器類型的不同，其與控制臺進行連接的具體接口方式也不同，常見的有兩種：采用DB-25的控制臺端口和采用RJ-45的控制臺端口[4]。

3 S3C2410路由器的設計

(一)整體結構圖

本文所設計的家用S3C2410路由器整體結構框圖如圖1所示。

圖1 S3C2410路由器整體結構框圖

(二)主要功能實現

(1)I/O部分

1)端口配置器（GPACON～GPHCON）

在S3C2410中，大部分的引腳是復用的。因此，對于每個引腳要求定義一個功能。端口控制器（GPnCON）定義每個引腳的功能（n=A～H）。如果GPF0～GPF7和GPG0～GPG7被用作掉電模式下的喚醒信號，那么這些端口配置必須在中斷模式下被設置。

2)端口數據寄存器（GPADAT～GPHDAT）

如果端口配置為輸出端口，數據可以被寫到GPnDAT寄存器相應的位。如果端口配置為輸入端口，能從GPnDAT寄存器對應得位中讀出數據。

3)端口上拉寄存器（GPBUP～GPHUP）

端口上拉寄存器控制著每個端口組的上拉寄存器的使能或禁止。當對應位為0時，這個引腳的上拉寄存器是允許的；當為1時，上拉寄存器是禁止的。

(2)UART部分

圖2 I/O字符數據收發設置圖

1)數據發送操作 這些可以通過線性控制器（ULCONn）來設置。

2)數據接收：它們都是通過線性控制器（ULCONn）來設置的。

3)波特率發生器:波特率由時鐘源（PCLK或UCLK）16分頻和UART波特率除數寄存器（UBRDIVn）指定的16位除數決定。

(3)存儲設備部件

SDRAM與Flash存儲器相比,SDRAM不具有掉電保持數據的特性，但其存儲速度大大高于Flash存儲器，且具有讀/寫屬性。因此SDRAM在系統中主要用于程序的運于空間、數據及堆棧。當系統啟動時，CPU首先從復位地址0x0片讀取啟動代碼，在完成系統的初始化后，程序代碼調入SDRAM中運行，以提高系統的運行速度。

NAND Flash and NOR Flash:NOR和NAND是現在市場上兩種主要的非易失閃存技術。NOR的特點是芯片內執行(XIP,eXecute In Place)，這樣應用程序可以直接在Flash閃存內運行，不必再把代碼讀到系統RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結構能提供極高的單元密度,可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統接口。性能比較：

● NOR的讀速度比NAND稍快一些。

● NAND的寫入速度比NOR快很多。

● NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。

● 大多數寫入操作需要先進行擦除操作。

● NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少。

4 總結

S3C2410路由器擁有64M SDRAM和高達203MHz的運算頻率，其上可移植主流嵌入式操作系統。廠家可以根據不同用戶的需求在硬件上添加無線模塊及軟件上增加相應的功能軟件，無論從硬件上，還是軟件上，S3C2410路由器與現在市場上主流家用路由器相比都擁有非常強的性能優勢。隨著網絡設施的不斷改革，網絡的傳輸速度也會不斷加快，同時隨著網絡的一體化，網絡安全問題逐漸凸顯出來，對路由器的操作系統的穩定性及其上的防火墻有更高的要求，所以這些變化導致對路由器的負載能力和信息處理能力要求會越來越高，這樣S3C2410路由器的優勢會更加明顯。S3C2410路由器的設計符合路由器市場的發展要求，可以滿足網絡發展對路由器在信息處理及安全等方面的諸多要求，具有一定的理論及實用價值。

[1]楊宗德.嵌入式ARM系統原理與實訓開發[M].第2版.北京：電子工業出版社，2010.

[2]劉學貴，周浩敏，鄔婷.基于Windows CE的SPI驅動程序設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2007（7）：75-77.

[3]魏亮.路由器原理與應用[M].第2版.北京：人民郵電出版社，2005.

[4]馮衛.路由器技術在網絡中的應用[J].科技資訊，2008，13（15）：27-29.