剖析S3C2410路由器整體結(jié)構(gòu)及原理

本文介紹的一種S3C2410路由器的整體結(jié)構(gòu)及工作原理，后詳細(xì)地介紹了其i/o和UART及存儲(chǔ)介質(zhì)三部分功能的具體實(shí)現(xiàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)S3C2410路由器的目的.在ARM技術(shù)不斷發(fā)展成熟及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備越來(lái)越智能化的今天，傳統(tǒng)的路由器無(wú)論在性能上還是可拓展性上都難以滿(mǎn)足用戶(hù)越來(lái)越高的需求，由此本文結(jié)合市面上最著名的32位RISC ARM9為微處理器設(shè)計(jì)了S3C2410家用路由器。

0 引言

據(jù)預(yù)測(cè)，到2015年全球路由器市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到159億美元。其中家用路由器的發(fā)展尤為迅猛，目前需求最大的地區(qū)為北美和歐洲，不過(guò)亞洲地區(qū)已經(jīng)成為家用路由器市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的地區(qū)。所以在未來(lái)幾年，亞洲的家用路由器需求將非常巨大。

傳統(tǒng)路由器憑借其低廉的價(jià)格在市場(chǎng)上將會(huì)繼續(xù)存在一段時(shí)間，但路由器的發(fā)展趨勢(shì)是智能化，網(wǎng)絡(luò)化，這正是以ARM及MIPS內(nèi)核為代表的路由器的特點(diǎn)，所以ARM內(nèi)核路由器將在未來(lái)不久的時(shí)間內(nèi)，占據(jù)家用路由器市場(chǎng)的一席之地，并且隨著ARM內(nèi)核技術(shù)的普及，ARM內(nèi)核路由器將具有更高的性?xún)r(jià)比，相比于其他家用路由器將更有競(jìng)爭(zhēng)力。

1 ARM技術(shù)

ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷(xiāo)售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。嵌入式ARM主要技術(shù)包括：ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)和ARM處理器的指令集，存儲(chǔ)系統(tǒng)及異常中斷處理。

（1）ARM體系結(jié)構(gòu)：增加了T變種，可以使處理器狀態(tài)切換到Thumb狀態(tài)，在該狀態(tài)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(zhuǎn)指令、數(shù)據(jù)處理指令、程序狀態(tài)寄存器傳輸指令、Load/Store指令、協(xié)處理器指令和異常中斷產(chǎn)生指令6類(lèi)[1].

（3）ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)：ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的需求差別很大。最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)系統(tǒng)使用平板式的地址映射機(jī)制，就像一些簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)中一樣，地址空間的分配方式是固定的，系統(tǒng)中各部分都使用物理地址。而一些復(fù)雜的系統(tǒng)可能包括一種或者多種下面的技術(shù)，從而提供功能更強(qiáng)的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

（4）異常中斷：當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行完當(dāng)前指令后，將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處執(zhí)行。當(dāng)異常中斷程序執(zhí)行完后，程序返回到發(fā)生中斷的指令的下一條指令處執(zhí)行。

2 路由器

（1）中央處理器：路由器的CPU負(fù)責(zé)路由器的配置管理和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作，如維護(hù)路由器所需的各種表格以及路由運(yùn)算等。路由器對(duì)數(shù)據(jù)包的處理速度很大程度上取決于CPU的類(lèi)型和性能。

（2）內(nèi)存：路由器可采用多種內(nèi)存，ROM（只讀型）、Flash（閃存）、DRAM（動(dòng)態(tài)型）等。

（3）接口：路由器與各種各樣不同的網(wǎng)絡(luò)所進(jìn)行的物理連接，都必須通過(guò)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。越是高檔的路由器，能連接的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型越多，其接口的種類(lèi)也就越多

（4）控制臺(tái)端口：根據(jù)路由器類(lèi)型的不同，其與控制臺(tái)進(jìn)行連接的具體接口方式也不同，常見(jiàn)的有兩種：采用DB-25的控制臺(tái)端口和采用RJ一45的控制臺(tái)端口。

3 S3C2410路由器的設(shè)計(jì)

（一）整體結(jié)構(gòu)圖

本文所設(shè)計(jì)的家用S3C2410路由器整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

（二）主要功能實(shí)現(xiàn)

（1）I/0部分

1）端口配置器（GPACON'GPHCON）在S3C2410中，大部分的引腳是復(fù)用的。因此，對(duì)于每個(gè)引腳要求定義一個(gè)功能。端口控制器（GPnCON）定義每個(gè)引腳的功能（n=A'H）。如果GPFO'GPF7和GPG0'GPG7被用作掉電模式下的喚醒信號(hào)，那么這些端口配置必須在中斷模式下被設(shè)置。

2）端口數(shù)據(jù)寄存器（GPADAT'GPHDAT）如果端口配置為輸出端口，數(shù)據(jù)可以被寫(xiě)到GPnDAT寄存器相應(yīng)的位。如果端口配置為輸入端口，能從GPnDAT寄存器對(duì)應(yīng)得位中讀出數(shù)據(jù)。

3）端口上拉寄存器（GPBUP'GPHUP）端口上拉寄存器控制著每個(gè)端口組的上拉寄存器的使能或禁止。當(dāng)對(duì)應(yīng)位為0時(shí)，這個(gè)引腳的上拉寄存器是允許的；當(dāng)為1時(shí)，上拉寄存器是禁止的。

1）數(shù)據(jù)發(fā)送操作這些可以通過(guò)線(xiàn)性控制器（uLCONn）來(lái)設(shè)置。

2）數(shù)據(jù)接收：它們都是通過(guò)線(xiàn)性控制器（ULCONn）來(lái)設(shè)置的。

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

（3）存儲(chǔ)設(shè)備部件

SDRAM與Flash存儲(chǔ)器相比，SDRAM不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存儲(chǔ)速度大大高于Flash存儲(chǔ)器，且具有讀/寫(xiě)屬性。因此SDRAM在系統(tǒng)中主要用于程序的運(yùn)于空間、數(shù)據(jù)及堆棧。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址OxO片讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼調(diào)入SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

NAND Flash and NOR Flash:NOR和NAND是現(xiàn)在市場(chǎng)上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。NOR的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行（XIP,eXecute In Place），這樣應(yīng)用程序可以直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在l~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫(xiě)入和擦除速度大大影響了它的性能。

NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫(xiě)入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。性能比較：

●NOR的讀速度比NAND稍快一些。

●NAND的寫(xiě)入速度比NOR快很多。

●NAND的4ms擦除速度遠(yuǎn)比NOR的5s快。

●大多數(shù)寫(xiě)入操作需要先進(jìn)行擦除操作。

●NAND的擦除單元更小，相應(yīng)的擦除電路更少。

4總結(jié)

S3C2410路由器擁有64M SDRAM和高達(dá)203MHz的運(yùn)算頻率，其上可移植主流嵌入式操作系統(tǒng)。廠(chǎng)家可以根據(jù)不同用戶(hù)的需求在硬件上添加無(wú)線(xiàn)模塊及軟件上增加相應(yīng)的功能軟件，無(wú)論從硬件上，還是軟件上，S3C2410路由器與現(xiàn)在市場(chǎng)上主流家用路由器相比都擁有非常強(qiáng)的性能優(yōu)勢(shì)。隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的不斷改革，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度也會(huì)不斷加快，同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)的一體化，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)，對(duì)路由器的操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其上的防火墻有更高的要求，所以這些變化導(dǎo)致對(duì)路由器的負(fù)載能力和信息處理能力要求會(huì)越來(lái)越高，這樣S3C2410路由器的優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。83C2410路由器的設(shè)計(jì)符合路由器市場(chǎng)的發(fā)展要求，可以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)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(shí)用價(jià)值。