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，后詳細地介紹了其i/o和UART及存儲介質(zhì)三部分功能的具體實現(xiàn)，達到設(shè)計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)備越來越智能化的今天，傳統(tǒng)的路由器無論在性能上還是可拓展性上都難以滿足用戶越來越高的需求，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)計了S3C2410家用路由器。

0 引言

據(jù)預(yù)測，到2015年全球路由器市場的規(guī)模將達到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，不過亞洲地區(qū)已經(jīng)成為家用路由器市場增長最快的地區(qū)。所以在未來幾年，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格在市場上將會繼續(xù)存在一段時間，但路由器的發(fā)展趨勢是智能化，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，所以ARM內(nèi)核路由器將在未來不久的時間內(nèi)，占據(jù)家用路由器市場的一席之地，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價比，相比于其他家用路由器將更有競爭力。

1 ARM技術(shù)

ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，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[1].

（3）ARM存儲系統(tǒng)：ARM存儲系統(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。最簡單的存儲系統(tǒng)使用平板式的地址映射機制，就像一些簡單的單片機系統(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)，從而提供功能更強的存儲系統(tǒng)。

（4）異常中斷：當異常中斷發(fā)生時，系統(tǒng)執(zhí)行完當前指令后，將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處執(zhí)行。當異常中斷程序執(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，如維護路由器所需的各種表格以及路由運算等。路由器對數(shù)據(jù)包的處理速度很大程度上取決于CPU的類型和性能。

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

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

（4）控制臺端口：根據(jù)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一45的控制臺端口。

3 S3C2410路由器的設(shè)計

（一）整體結(jié)構(gòu)圖

本文所設(shè)計的家用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GPFO'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(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端口組的上拉寄存器的使能或禁止。當對應(yīng)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。

1）數(shù)據(jù)發(fā)送操作這些可以通過線性控制器（uLCONn）來設(shè)置。

2）數(shù)據(jù)接收：它們都是通過線性控制器（ULCONn）來設(shè)置的。

3）波特率發(fā)生器：波特率由時鐘源（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）存儲設(shè)備部件

SDRAM與Flash存儲器相比，SDRAM不具有掉電保持數(shù)據(jù)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(tǒng)中主要用于程序的運于空間、數(shù)據(jù)及堆棧。當系統(tǒng)啟動時，CPU首先從復(fù)位地址OxO片讀取啟動代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼調(diào)入SDRAM中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度。

NAND Flash and NOR Flash:NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)。NOR的特點是芯片內(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(jié)構(gòu)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(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的寫入速度比NOR快很多。

●NAND的4ms擦除速度遠比NOR的5s快。

●大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作。

●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203MHz的運算頻率，其上可移植主流嵌入式操作系統(tǒng)。廠家可以根據(jù)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(yīng)的功能軟件，無論從硬件上，還是軟件上，S3C2410路由器與現(xiàn)在市場上主流家用路由器相比都擁有非常強的性能優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的不斷改革，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度也會不斷加快，同時隨著網(wǎng)絡(luò)的一體化，網(wǎng)絡(luò)安全問題逐漸凸顯出來，對路由器的操作系統(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(yōu)勢會更加明顯。83C2410路由器的設(shè)計符合路由器市場的發(fā)展要求，可以滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)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。