核心交换机嵌入式重启装置研究与设计 核心交换机, 嵌入式

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交换机是局域网中用来交换、传输数据信息的枢纽，其工作状态的好坏直接关联着局域网网络的数据传输稳定性。特别是作为整个局域网中心的核心交换机，一旦出现问题，则意味着整个网络瘫痪。因此，保障核心交换机的稳定运行是网络管理的一项重要工作。
实践表明，核心交换机出现硬件故障的概率极少，但交换机在长时间工作过程中，很容易出现一些软件故障，如死机、缓存溢出、交换机端口“假死”等情况，解决这类问题的简单方法就是重启机器。所以重启交换机是网络管理员经常做的工作。而管理员的办公地点有时距离交换机很远，而且很多核心交换机没有开关，只能通过拔插电源的方法进行重启，这种方法对机器会造成不良影响。通过超级终端与交换机连接,用命令进行重启，也不太方便。
虽然远程监控已很普遍，但远程监控基于网络和交换机端口，一旦网络堵塞或交换机死机就无法实现信息的监测和控制。而基于SNMP的嵌入式重启装置可以解决这一问题，它不需人工干预，便可在特殊情况下自动实现对交换机的重启工作。
1 设计思路
所设计的嵌入式系统应具备：RJ-45口和RS-232接口，RJ-45口与交换机的一个Ethernet口相连，通过SNMP协议获取交换机管理对象库 MIB信息[1]，检测交换机是否正常；RS-232接口与交换机的Console口相连，通过带外管理方式实现异常情况下对交换机重启功能。
2 硬件实现
嵌入式装置的硬件结构框图如图1所示。

2.1微处理器选择
传统的8位/16位微控制器由于速度慢、功耗大，并且实现网络协议困难，已越来越不能满足高速发展的网络管理需要，随着ARM(Advanced RISC Machine)RISC处理器的不断成熟和嵌入式Linux的不断完善,ARM+Linux嵌入式解决方案日益流行,因此，本系统微处理器选用 ARM920T。ARM920T具有5级指令流水线,采用哈佛结构，具有16/32位RISC体系结构和ARM指令集，处理速度为1．1 MIPS/MHz,内置MMU、独立的16 KB数据Cache、16 KB指令Cache和高速AMBA(Advanced Microcon-troller Bus Architecture)总线接口等功能[2]。
2.2 网卡接口设计
该系统需要连接交换机以太网端口，通过SNMP协议获取交换机管理对象库MIB信息。系统采用DAVICOM公司的DM9000AEP作为以太网MAC控制器与处理接口。该器件具有10 Mb/s和100 Mb/s的自适应物理层收发器，支持802．3x全双工控制流标准，具有4 KB的双字SRAM，可以减轻CPU的负担，因此使系统更稳定，处理和传输数据速度更快。RJ-45插座采用HanRun公司的内置网络变压器、状态显示灯和电阻网络的HR911105A，具有信号耦合、电气隔离、阻抗匹配、抑制干扰等优点。
ARM920T网络接口设计电路如图2所示。DM9000AEP芯片的SD0~SD15为16根数据线,与ARM920T数据线相连；命令选择引脚CMD 为高电平，访问数据端口，CMD为低电平,访问地址端口；IOR#为读信号引脚，与ARM920T的读信号LnOE引脚相连；IOW#为写信号引脚，与 ARM920T的写信号LnWE引脚相连；CS#为片选信号，与ARM920T的片选信号nGCS3引脚相连;INT为中断请求信号，高电平有效，与 ARM920T的IRQ-LAN相连；发送端TX+、TX-和接收端RX+、RX-分别连接到HR911105A的发送端和接收端。

2.3 串口接口设计
该系统用带外管理方式对交换机实现重启操作，需要RS-232接口与交换机Console口相连。ARM920T本身就具有串行通信接口，只需将TTL电平转化为RS-232电平即可。Sipex公司的SP3232芯片可以实现这一功能,而且SP3232芯片所需的供电电压低，适合嵌入式系统应用，其外围电路连接简单，仅需几个0.1 μF的电容即可。串口接口设计如图3所示。图3中TXD表示接收数据，RXD表示发送数据，RTS表示请求发送，CTS表示清除发送。当RTS请求发送数据时，需经CTS信号检测，只有CTS信号允许才能发送数据。

2.4 存储器设计
　存储器由SDRAM和Flash构成。SDRAM存储器用来存放操作系统(从Flash解压缩拷入)以及存放各类动态数据。设计中系统采用 SAMSUNG公司的K4S561632，容量为32 MB。用2片K4S561632实现位扩展，使数据总线宽度达到32 bit，总容量达到64 MB,将其地址空间映射在ARM920T的bank6;Flash存储器有NOR和NAND两种,用来存放Linux引导加载程序 (BootLoader)。NOR Flash的特点是芯片内执行(Execute In Place)，即程序可直接在Flash闪存内运行，不必把代码读到系统RAM中。NOR Flash的传输效率很高，在1~4 MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND Flash结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，应用NAND Flash的困难在于Flash的管理和需要特殊的系统接口。本系统采用Intel公司的NOR Flash 28F640芯片,其容量为8 MB,将其地址空间映射在ARM920T的bank0。
3 软件实现
3.1操作系统
ARM芯片获得了许多实时操作系统供应商的支持,有：Windows CE、Linux、Palm OS、VxWorks、pSOS、 Nucleus等。因Linux源代码的公开特性，Linux系统的应用越来越广泛。将Linux应用于ARM芯片，可以采用一些现成的针对ARM芯片的嵌入式Linux系统，也可根据需要自行对Linux内核进行裁剪。本系统采用自行裁剪的方法，使用make menuconfig命令对Linux内核进行配置，整个配置以维持系统运行的最小化为原则。需要注意的是内核应支持proc、ext2文件系统、 UNIX domain sockets、TCP/IP networking、UART等选项,以保证系统能实现RJ-45口和RS-232接口对外通信。实现这些功能的内核静态压缩映像大约为500 KB[3]。为了实现系统功能，还需编写相应的网络接口和串口驱动程序，建立根文件系统。