嵌入式μC/OS-II系統的SNMP Agent研究與實現

2018-08-21 01:59:50李宥謀劉永斌趙成青

計算機技術與發展 2018年8期

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

隨著互聯網的飛速發展，網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。然而作為網絡管理協議業界標準的簡單網絡管理協議(simple network management protocol,SNMP)，卻沒有提供能將眾多模塊納入統一的SNMP管理之下的解決方案[2]。網絡管理標準共有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)接入網還沒有定義標準的節點，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有很大的區別，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，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是一款優秀的嵌入式實時操作系統，移植時十分的簡單，只需要對CPU中相關的三個文件進行修改即可，而且占用空間小、執行效率高，可以滿足文中的需求[5]。

1 SNMP的主要組成

1.1 管理信息結構(SMI)

SMI規范了被管對象的表示和命名方法，以及MIB中各類信息的數據類型。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組成，在消息傳遞中比名字更容易編碼，更節省空間[6]。因此，使用標識定義被管對象。對象標識采用樹形結構來管理信息目錄。

1.2 管理信息庫(MIB)

為了實現被管設備的網絡管理，每一個被管理元素被看作是一個對象，而MIB就是這些對象的結構化集合。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、權限，管理者通過管理協議對MIB庫的信息進行存取和訪問，就可以實現基本的網絡管理，因此對MIB庫的訪問存取是實現網絡管理的關鍵[7]。

建立的私有MIB如圖1所示。

圖1 MIB庫的建立

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

這種表示方法有利于更快速地查找父節點和根節點[8]。

1.3 SNMP規程

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

2 代理的設計平臺

2.1 軟件開發工具的選擇

針對ARM處理器常用的開發工具有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系統的開發，Embedded VC主要用于WinCE系統下的嵌入式開發[9]。

由于文中是基于嵌入式實時操作系統μC/OS-II，同時Keil μVision相比ADS在窗口界面上為軟件開發者提供了一個整潔、方便、高效的環境，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作為軟件開發環境[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內核有關，而μC/OS-II里Ports文件夾的文件os_cpu.h、os_cpu_a.asm、os_cpu_c.c都是與系統內核有關的，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板和功能模塊組成，如圖3所示。

圖2 μC/OS-II的文件結構

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。

(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、以太網接口、USB接口、可供下載調試的JTAG接口等。

(3)開發板支持多種調試軟件、調試工具進行操作，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

代理軟件在總體結構上是按照硬件適配層、TCP/IP協議棧層、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動、II2C驅動等。各層次間的函數調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用硬件適配層的函數[12]。軟件總體架構如圖4所示。

4 SNMP代理模塊的測試與分析

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

圖4 軟件總體架構

在代理LPC1768開發板上運行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。