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篇1：嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计网络知识
引言 随着社会信息化进程和互联网的飞迅发展，对无线环境下提供数据服务的 需求 变得更加迫切，传统的无线移动 网络 通常以固定的基础设施为支撑，无法满足人们对日益增长的通信业务的要求，一种新型的无线网络――AdHoc网络应运而生。 Ad Hoc网络又称移动自
引言
随着社会信息化进程和互联网的飞迅发展，对无线环境下提供数据服务的需求变得更加迫切。传统的无线移动网络通常以固定的基础设施为支撑，无法满足人们对日益增长的通信业务的要求，一种新型的无线网络――AdHoc网络应运而生。Ad Hoc网络又称移动自组网、多跳网络，具备细网灵活、快捷，不受有线网络的影响等特点，可广泛应用于军事和救援等无法或不便预先铺设网络设施的场合。此外，Ad Hoc网络朝着网络互连的方向发展，Internet的接入是其中一项主要内容。
Ad Hoc无线网络具有自身的特殊性，在组建实际使用的无线工作网络时，必须充分考虑网络的应用规模和扩展性，以及应用的可靠程度及实时性要求，选择合适的网络拓扑结构。目前Ad Hoc无线网络正朝着大规模方向发展，逐渐呈现分级化的趋势，以两级式的网络为代表。在两级式网络中，拓扑如图1所示。网络分为骨干网、子网两级。子网级中，每个子网都可以构成独立的Ad Hoc网络，可采用不同的路由协议。骨干网由多协议路由器节点和普通节点构成，其中，普通节点主要完成骨干网中的数据和控制信息的分发；而多协议路由器除了具备普通节点的功能外还要负责实现对子网的管理、控制和数据交互，是骨干网的核心设备。
1 多协议路由器的功能
多协议路由器作为骨干网的一个节点，运行一定的Ad Hoc网络路由协议，实现骨干网络由寻址的功能。
在分级式Ad Hoc网络中，多协议路由器通过和子网网关进行交互实现对子网的管理。子网内的通信类似于一般的Ad Hoc网络；而子网间的通信需要通过子网网关节点和骨干网节点进行中转，可分为两种情况―同一路由器下同构/异构子网间的通信以及不同路由器下同构/异构子网间的通信。为了实现子网间的有效通信，路由器需要完成多种协议之间的相互转换。
Linux平台的多协议路由器的设计（图一）“ width=”485“ height=”245“ />
Internet接入的需求使得分级式Ad Hoc网络必须存在一个接入点AP（Aclearcase/” target=“_blank” >ccess Point）。考虑到网络环境，这个功能需要由多协议路由器实现。
综上所述，多协议路由器主要实现骨干网路由寻址、协议转换、Internet接入的AP三大功能。
2 多协议路由器的设计
一般情况下，Ad Hoc网中的路由器为车载式或背负式，所以多协议路由器必须有高集成度和移动性。考虑到以上因素，我们选用了现在最为流行的嵌入式系统设计方法，多协议路由器的硬件平台的微处理器采用Motorola公司的ColdFire嵌入式处理器MCF5272，选择uClinux作为平台的操作系统。这样不仅可以缩短研发周期，而且为软硬件的设计、调试带来极大的方便。
多协议路由器硬件设计如图2中的虚线框图所示。路由器的硬件结构分为两部分：一部分为核心模式（MCF5272）部分，由微控制器模块和存储器模块（包括SDRAM和Flash）组成；另一部分为通信接口模块部分，由异步串行控制和收发模块、以太网控制和收发模块及通用串行总线USB（Universal Serial Bus）接口模块组成。
核心模块部分，微处理器模块主要负责处理数据。存储器模块分为两部分：一部分为Flash（由两片Flash构成，共4MB），作为程序存储器，用于存储操作系统内核、各种路由协议和路由表常量；另一部分为SDRAM，作为数据存储器，用作操作系统和各种路由程序的运行空间。
通信接口模块中，异步串行控制和收发模块用于与多个骨干网节点无线连接的同时，连接多个子网网关PRU（即分组无线控制单元）。以太网控制和收发模块可以实现Internet接入功能。USB接口模块用作连接网络设备控制终端，以及实现路由器对USB设备（如USB标准的移动硬盘，用来存储重要的路由信息）的存储控制。
图2中的PRU（Packet Radio Unit），在这里相当于路由器的辅助处理器，用于对接收到的无线子网分组进行预处理。
3 多协议路由器的实现
3.1 硬件平台的建立
使用嵌入式系统，必须为硬件平台选择一个适合的微处理器，而选择适用于路由器的微控制器MCU一般要考虑以下几个方面：处理速度、总线宽度、集成度以及性价比。综合考虑了上述几个方面，我们最终选用Motorola ColdFire 5272（以下简称MCF5272）为主控CPU.MCF5272是Motorola推出的一款高集成度的32位ColdFire微处理器，有很强的通信处理能力和较高的性能价格比，很适合用于中小型网络的控制设备，
MCF5272采用ColdFire V2可变长RISC处理器核心和DigitalDNA技术，在66MHz时钟下能达到63Dhrystone2.1MIPS的优良处理能力。其内部SIM单元（System Integrated Module）集成了丰富的通用模块，如10/100Mbps快速以太网控制器、USB1.1接口等，并且能够与常用外围设备（如SDRAM、ISDN收发器）实现无缝连接。
MCF5272内部集成了4KB的SDRAM（静态RAM）、片外扩展的Flash（闪烁存储器）和SDRAM（同步动态RAM）。
MCF5272集成了丰富的外围设备及其接口，主要包括2个通用异步串口收发模块，1个自适应快速以太网媒体接入控制器模块，1个USB控制器（作为从设备）模块。
按照图2所示的路由器设计，需要在MCF5272的基础上进行一定的扩展。多协议路由器需要连接多个子网和骨干网节点，而MCF5272只集成了2个UART控制器，因此在异步串行扩展和收发模块中利用ST 16C554扩展了4个UART控制器，从而保证某个多协议路由器在与其它2个骨干网节点相连的同时，可以与4个子网相连。在USB接口模块中，使用MCF5272集成的USB控制器（从设备）作为网络管理控制终端，另外扩展了1个主USB控制器实现路由器对USB设备的存储控制。利用MCF5272集成的快速以太网媒体接入控制器，扩展一个外部适配器（收发器）后可以实现接入以太网的功能。
经以上步骤，我们得到了多协议路由器的硬件平台。
3.2 操作系统uClinux
由于硬件的限制，嵌入式系统通常只具有极稀少的硬件资源，如主频较低的CPU、较小的内存等。Linux是一种很受欢迎的类Unix操作系统。它免费并开放源代码，在个人计算机、服务器领域应用广泛。更重要的是，Linux采用模块化设计，实际应用中可以定制，因此Linux也适用于嵌入式领域。
MCF5272是一种没有MMU的微处理器，故我们选择了专为嵌入式NOMMU微处理器定制的操作系统uCLinux、uClinux正是Linux的一个嵌入式版本，其内核的二进制映像文件可以做到小于512KB.UClinux支持多任务，支持多种文件系统，具有完备的TCP/IP协议栈，并支持多种网络协议，可满足Ad Hoc网络节点接入Internet的需要。另外，uClinux可移植性很强，用户通过重新配置、编译内核，能很方便地将其移植到多种处理器计算平台。
嵌入式Linux移植技术是从事嵌入Linux开发的一项关键技术，要求开发人员对Linux内核有相当程度的理解，具备修改内核的能力。下面简单介绍uClinux的移植过程。
（1）精简内核M
精简内核构造内核的常用命令包括：make config、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install.可使用这些命令把所有可以去掉的选项都去掉，尽可能地精简内核。
（2）修改硬件相关代码
作为源代码公开的操作系统，uClinux源码可以从www.uClinux.org获得。系统启动过程中，需要添加三个文件：crt0_rom.s、sysinit.c和rom.ld.crt0_rom.s可以由crt0_ram.s修改得到，它提供一个ROM矢量表以供CPU上电时读取，初始化CPU寄存器，设置程序堆栈，并最终跳转到uClinux内核。Sysinit.c针对实际情况做必要的修改，主要就实际占用的片选资源CS0～CS7、SDRAM控制寄存器SDCR、SDTR作一些修改以适应硬件平台。rom.ld文件用于计算ROMFS文件系统的二进制映像romfs.img在ROM中的实际存放地址。
（3）修改启动脚本
在uClinux完成内核初始化之后，由init（void *）内核调用/bin/init，然后执行/etc/re脚本的命令。
可以利用这个脚本完成系统上电后的自动配置，或运行用户程序。
（4）内核配置与编译
需要建立一个交叉编译环境来完成内核和应用程序的编译，生成ROMFS文件系统，并最终形成一个固化文件。www.uClinux.org也提供这样一个工具包。正确安装后，就可以进行编译了。首先进入源代码目录uClinuxdist，执行make xconfig,在弹出的对话框中选择“Target Platform. Selection”,然后进行相应配置。配置完毕后，在源代码目录执行“make dep”以及“make”，就得到了所要的二进制内核映像image.bin，可以直接下载到硬件平台运行。
3．3 路由器软件
移植成功后的uClinux操作系统只向用户提供了一个最基本的系统平台，针对实际应用还必须编写用户所必需的驱动程序和应用软件。MCF5272集成了2个UART控制器、1个从USB控制器和1个以太网控制器。我们又扩展了1个主USB控制器和4个UART控制器，为这些设备编写相应的驱动程序，并且在uClinux和驱动程序的基础上，实现路由器软件（包括路由模块、协议转换模块和无线网络节点浏览Internet代理模块）。
原文转自：www.ltesting.net
篇2：基于嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计
一般情况下，Ad Hoc网中的路由器为车载式或背负式，所以多协议路由器必须有高集成度和移动性。考虑到以上因素，我们选用了现在最为流行的嵌入式系统设计方法，多协议路由器的硬件平台的微处理器采用Motorola公司的ColdFire嵌入式处理器MCF5272，选择uClinux作为平台的操作系统。这样不仅可以缩短研发周期，而且为软硬件的设计、调试带来极大的方便。
多协议路由器硬件设计如图2中的虚线框图所示。路由器的硬件结构分为两部分：一部分为核心模式（MCF5272）部分，由微控制器模块和存储器模块（包括SDRAM和Flash）组成；另一部分为通信接口模块部分，由异步串行控制和收发模块、以太网控制和收发模块及通用串行总线USB（Universal Serial Bus）接口模块组成。
核心模块部分，微处理器模块主要负责处理数据。存储器模块分为两部分：一部分为Flash（由两片Flash构成，共4MB），作为程序存储器，用于存储操作系统内核、各种路由协议和路由表常量；另一部分为SDRAM，作为数据存储器，用作操作系统和各种路由程序的运行空间。
通信接口模块中，异步串行控制和收发模块用于与多个骨干网节点无线连接的同时，连接多个子网网关PRU（即分组无线控制单元）。以太网控制和收发模块可以实现Internet接入功能。USB接口模块用作连接网络设备控制终端，以及实现路由器对USB设备（如USB标准的移动硬盘，用来存储重要的路由信息）的存储控制。
图2中的PRU（Packet Radio Unit），在这里相当于路由器的辅助处理器，用于对接收到的无线子网分组进行预处理。
3 多协议路由器的实现
3．1 硬件平台的建立
使用嵌入式系统，必须为硬件平台选择一个适合的微处理器，而选择适用于路由器的微控制器MCU一般要考虑以下几个方面：处理速度、总线宽度、集成度以及性价比。综合考虑了上述几个方面，我们最终选用Motorola ColdFire 5272（以下简称MCF52
72）为主控CPU。MCF5272是Motorola推出的一款高集成度的32位ColdFire微处理器，有很强的通信处理能力和较高的性能价格比，很适合用于中小型网络的控制设备。
MCF5272采用ColdFire V2可变长RISC处理器核心和DigitalDNA技术，在66MHz时钟下能达到63Dhrystone2.1MIPS的优良处理能力。其内部SIM单元（System Integrated Module）集成了丰富的通用模块，如10/100Mbps快速以太网控制器、USB1.1接口等，并且能够与常用外围设备（如SDRAM、ISDN收发器）实现无缝连接。
MCF5272内部集成了4KB的SDRAM（静态RAM）、片外扩展的Flash（闪烁存储器）和SDRAM（同步动态RAM）。
MCF5272集成了丰富的外围设备及其接口，主要包括2个通用异步串口收发模块，1个自适应快速以太网媒体接入控制器模块，1个USB控制器（作为从设备）模块。
按照图2所示的路由器设计，需要在MCF5272的基础上进行一定的扩展。多协议路由器需要连接多个子网和骨干网节点，而MCF5272只集成了2个UART控制器，因此在异步串行扩展和收发模块中利用ST 16C554扩展了4个UART控制器，从而保证某个多协议路由器在与其它2个骨干网节点相连的同时，可以与4个子网相连。在USB接口模块中，使用MCF5272集成的USB控制器（从设备）作为网络管理控制终端，另外扩展了1个主USB控制器实现路由器对USB设备的存储控制。利用MCF5272集成的快速以太网媒体接入控制器，扩展一个外部适配器（收发器）后可以实现接入以太网的功能。
经以上步骤，我们得到了多协议路由器的硬件平台。
3．2 操作系统uClinux
由于硬件的限制，嵌入式系统通常只具有极稀少的硬件资源，如主频较低的CPU、较小的内存等。Linux是一种很受欢迎的类Unix操作系统。它免费并开放源代码，在个人计算机、服务器领域应用广泛。更重要的是，Linux采用模块化设计，实际应用中可以定制，因此Linux也适用于嵌入式领域。
MCF5272是一种没有MMU的微处理器，故我们选择了专为嵌入式NOMMU微处理器定制的操作系统uCLinux、uClinux正是Linux的一个嵌入式版本，其内核的二进制映像文件可以做到小于512KB。UClinux支持多任务，支持多种文件系统，具有完备的TCP/IP协议栈，并支持多种网络协议，可满足Ad Hoc网络节点接入Internet的需要。另外，uClinux可移植性很强，用户通过重新配置、编译内核，能很方便地将其移植到多种处理器计算平台。
嵌入式Linux移植技术是从事嵌入Linux开发的一项关键技术，要求开发人员对Linux内核有相当程度的理解，具备修改内核的能力。下面简单介绍uClinux的移植过程。
（1）精简内核
精简内核构造内核的常用命令包括：make config、dep、clean、mrproper、zImage、bzImage、modules、modules_install。可使用这些命令把所有可以去掉的选项都去掉，尽可能地精简内核。
（2）修改硬件相关代码
作为源泉代码公开的操作系统，uClinux源码可以从www.uClinux.org获得。系统启动过程中，需要添加三个文件：crt0_rom.s、sysinit.c和rom.ld。crt0_rom.s可以由crt0_ram.s修改得到，它提供一个ROM矢量表以供CPU上电时读取，初始化CPU寄存器，设置程序堆栈，并最终跳转到uClinux内核。Sysinit.c针对实际情况做必要的'修改，主要就实际占用的片选资源CS0～CS7、SDRAM控制寄存器SDCR、SDTR作一些修改以适应硬件平台。rom.ld文件用于计算ROMFS文件系统的二进制映像romfs.img在ROM中的实际存放地址。
（3）修改启动脚本
在uClinux完成内核初始化之后，由init(void *)内核调用/bin/init，然后执行/etc/re脚本的命令。可以利用这个脚本完成系统上电后的自动配置，或运行用户程序。
图2
（4）内核配置与编译
需要建立一个交叉编译环境来完成内核和应用程序的编译，生成ROMFS文件系统，并最终形成一个固化文件。www.uClinux.org也提供这样一个工具包。正确安装后，就可以进行编译了。首先进入源代码目录uClinuxdist，执行make xconfig,在弹出的对话框中选择“Target Platform Selection”,然后进行相应配置。配置完毕后，在源代码目录执行“make dep”以及“make”，就得到了所要的二进制内核映像image.bin，可以直接下载到硬件平台运行。
3．3 路由器软件
移植成功后的uClinux操作系统只向用户提供了一个最基本的系统平台，针对实际应用还必须编写用户所必需的驱动程序和应用软件。MCF5272集成了2个UART控制器、1个从USB控制器和1个以太网控制器。我们又扩展了1个主USB控制器和4个UART控制器，为这些设备编写相应的驱动程序，并且在uClinux和驱动程序的基础上，实现路由器软件（包括路由模块、协议转换模块和无线网络节点浏览Internet代理模块）。
在路由模块中，可根据具体的情况选择适当的路由协议进行加载。根据实际情况，在骨干网中采用按需路由协议AODV。其基本实现思想是：当骨干网某一路由请求节点有分组发送并发现没有到达目的节点的有效路由时，它将启动路由建立过程，即组建一个路由寻找分组RREQ（Route Request Message）并在网络中泛洪寻址。路由表中有到目的节点有效路由，并组建一个路由响应分组RREP（Route Reply Message）并反向回播给路由请求节点建立路由，否则继续泛洪RREQ分组。如果路由请求节点再收到RREP分组，说明网络中已经建立到目的节点的路由，可以直接发送数据分组，否则可能继续发起下一次路由建立过程，也可以对数据丢弃处理。这里值得注意的是，每一个节点在接收RREQ的时候会反向建立到路由发起节点的路由（反向建链过程），以使得RREP可以沿此路径返回源节点；同时，每个节点在接收RREP的时候会正在向建立到目的节点的路由（正向建链过程）以使得分组可以沿此路径将分组传输给目的节点。在上述寻找路由的过程中，RREQ和RREP中均包含路由信息和节点的序号标识，以用来进行路由更新及避免路由闭环。
结语
近年来，嵌入式系统与Linux系统的有机结合，已广泛应用于网络通信、工业控制、机顶盒 、PDA等诸多领域。本文提出了一种基于嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计方案，目前该设计方案已经实现。实践证明，此多协议路由器易于实现、性能稳定、运行效率较高，可应用于分级式Ad Hoc网络。
篇3：基于嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计
来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：朱雅琼 李建东 盛 敏
摘要：介绍在分级Ad Hoc网络中多协议路由器的地位及功能，在此基础上提出一种多协议路由器设计方案。结合设计方案，介绍实现方案中所采用的Motorola公司的ColdFire嵌入式处理器MCF5272、uClinux操作系统，以及在该平台上运行的路由协议A0DV。
关键词：路由器 MVF5272 uClinux A0DV
引言
随着社会信息化进程和互联网的飞迅发展，对无线环境下提供数据服务的需求变得更加迫切。传统的无线移动网络通常以固定的基础设施为支撑，无法满足人们对日益增长的通信业务的要求，一种新型的无线网络――AdHoc网络应运而生。Ad Hoc网络又称移动自组网、多跳网络，具备细网灵活、快捷，不受有线网络的影响等特点，可广泛应用于军事和救援等无法或不便预先铺设网络设施的场合。此外，Ad Hoc网络朝着网络互连的方向发展，Internet的接入是其中一项主要内容。
Ad Hoc无线网络具有自身的特殊性，在组建实际使用的无线工作网络时，必须充分考虑网络的应用规模和扩展性，以及应用的可靠程度及实时性要求，选择合适的网络拓扑结构。目前Ad Hoc无线网络正朝着大规模方向发展，逐渐呈现分级化的趋势，以两级式的网络为代表。在两级式网络中，拓扑如图1所示。网络分为骨干网、子网两级。子网级中，每个子网都可以构成独立的Ad Hoc网络，可采用不同的路由协议。骨干网由多协议路由器节点和普通节点构成，其中，普通节点主要完成骨干网中的数据和控制信息的分发；而多协议路由器除了具备普通节点的功能外还要负责实现对子网的管理、控制和数据交互，是骨干网的核心设备。
1 多协议路由器的功能
多协议路由器作为骨干网的一个节点，运行一定的`Ad Hoc网络路由协议，实现骨干网络由寻址的功能。
在分级式Ad Hoc网络中，多协议路由器通过和子网网关进行交互实现对子网的管理。子网内的通信类似于一般的Ad Hoc网络；而子网间的通信需要通过子网网关节点和骨干网节点进行中转，可分为两种情况―同一路由器下同构/异构子网间的通信以及不同路由器下同构/异构子网间的通信。为了实现子网间的有效通信，路由器需要完成多种协议之间的相互转换。
Internet接入的需求使得分级式Ad Hoc网络必须存在一个接入点AP（Access Point）。考虑到网络环境，这个功能需要由多协议路由器实现。
综上所述，多协议路由器主要实现骨干网路由寻址、协议转换、Internet接入的AP三大功能。
篇4：基于嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计
一般情况下，Ad Hoc网中的路由器为车载式或背负式，所以多协议路由器必须有高集成度和移动
[1] [2] [3] [4]
篇5：嵌入式Linux平台的多协议路由器的设计
引言
随着社会信息化进程和互联网的飞迅发展，对无线环境下提供数据服务的需求变得更加迫切，传统的无线移动网络通常以固定的基础设施为支撑，无法满足人们对日益增长的通信业务的要求，一种新型的无线网络DDAdHoc网络应运而生。Ad Hoc网络又称移动自组网、多跳网络，具备细网灵活、快捷，不受有线网络的影响等特点，可广泛应用于军事和救援等无法或不便预先铺设网络设施的场合。此外，Ad Hoc网络朝着网络互连的方向发展，Internet的接入是其中一项主要内容。
Ad Hoc无线网络具有自身的特殊性，在组建实际使用的无线工作网络时，必须充分考虑网络的应用规模和扩展性，以及应用的可靠程度及实时性要求，选择合适的网络拓扑结构。目前Ad Hoc无线网络正朝着大规模方向发展，逐渐呈现分级化的趋势，以两级式的网络为代表。在两级式网络中，拓扑如图1所示。网络分为骨干网、子网两级。子网级中，每个子网都可以构成独立的Ad Hoc网络，可采用不同的路由协议。骨干网由多协议路由器节点和普通节点构成，其中，普通节点主要完成骨干网中的数据和控制信息的分发；而多协议路由器除了具备普通节点的功能外还要负责实现对子网的管理、控制和数据交互，是骨干网的核心设备。
1 多协议路由器的功能
多协议路由器作为骨干网的一个节点，运行一定的Ad Hoc网络路由协议，实现骨干网络由寻址的功能。
在分级式Ad Hoc网络中，多协议路由器通过和子网网关进行交互实现对子网的管理。子网内的通信类似于一般的Ad Hoc网络；而子网间的通信需要通过子网网关节点和骨干网节点进行中转，可分为两种情况D同一路由器下同构/异构子网间的通信以及不同路由器下同构/异构子网间的通信。为了实现子网间的有效通信，路由器需要完成多种协议之间的相互转换。
Internet接入的需求使得分级式Ad Hoc网络必须存在一个接入点AP（Access Point）。考虑到网络环境，这个功能需要由多协议路由器实现。
综上所述，多协议路由器主要实现骨干网路由寻址、协议转换、Internet接入的AP三大功能。
2 多协议路由器的设计
一般情况下，Ad Hoc网中的路由器为车载式或背负式，所以多协议路由器必须有高集成度和移动性。考虑到以上因素，我们选用了现在最为流行的嵌入式系统设计方法，多协议路由器的硬件平台的微处理器采用Motorola公司的ColdFire嵌入式处理器MCF5272，选择uClinux作为平台的操作系统。这样不仅可以缩短研发周期，而且为软硬件的设计、调试带来极大的方便。
多协议路由器硬件设计如图2中的虚线框图所示。路由器的硬件结构分为两部分：一部分为核心模式（MCF5272）部分，由微控制器模块和存储器模块（包括SDRAM和Flash）组成；另一部分为通信接口模块部分，由异步串行控制和收发模块、以太网控制和收发模块及通用串行总线USB（Universal Serial Bus）接口模块组成。
核心模块部分，微处理器模块主要负责处理数据。存储器模块分为两部分：一部分为Flash（由两片Flash构成，共4MB），作为程序存储器，用于存储操作系统内核、各种路由协议和路由表常量；另一部分为SDRAM，作为数据存储器，用作操作系统和各种路由程序的运行空间，
通信接口模块中，异步串行控制和收发模块用于与多个骨干网节点无线连接的同时，连接多个子网网关PRU（即分组无线控制单元）。以太网控制和收发模块可以实现Internet接入功能。USB接口模块用作连接网络设备控制终端，以及实现路由器对USB设备（如USB标准的移动硬盘，用来存储重要的路由信息）的存储控制。
图2中的PRU（Packet Radio Unit），在这里相当于路由器的辅助处理器，用于对接收到的无线子网分组进行预处理。
3 多协议路由器的实现
3.1 硬件平台的建立
使用嵌入式系统，必须为硬件平台选择一个适合的微处理器，而选择适用于路由器的微控制器MCU一般要考虑以下几个方面：处理速度、总线宽度、集成度以及性价比。综合考虑了上述几个方面，我们最终选用Motorola ColdFire 5272（以下简称MCF5272）为主控CPU.MCF5272是Motorola推出的一款高集成度的32位ColdFire微处理器，有很强的通信处理能力和较高的性能价格比，很适合用于中小型网络的控制设备。
MCF5272采用ColdFire V2可变长RISC处理器核心和DigitalDNA技术，在66MHz时钟下能达到63Dhrystone2.1MIPS的优良处理能力。其内部SIM单元（System Integrated Module）集成了丰富的通用模块，如10/100Mbps快速以太网控制器、USB1.1接口等，并且能够与常用外围设备（如SDRAM、ISDN收发器）实现无缝连接。
MCF5272内部集成了4KB的SDRAM（静态RAM）、片外扩展的Flash（闪烁存储器）和SDRAM（同步动态RAM）。
MCF5272集成了丰富的外围设备及其接口，主要包括2个通用异步串口收发模块，1个自适应快速以太网媒体接入控制器模块，1个USB控制器（作为从设备）模块。
按照图2所示的路由器设计，需要在MCF5272的基础上进行一定的扩展。多协议路由器需要连接多个子网和骨干网节点，而MCF5272只集成了2个UART控制器，因此在异步串行扩展和收发模块中利用ST 16C554扩展了4个UART控制器，从而保证某个多协议路由器在与其它2个骨干网节点相连的同时，可以与4个子网相连。在USB接口模块中，使用MCF5272集成的USB控制器（从设备）作为网络管理控制终端，另外扩展了1个主USB控制器实现路由器对USB设备的存储控制。利用MCF5272集成的快速以太网媒体接入控制器，扩展一个外部适配器（收发器）后可以实现接入以太网的功能。
经以上步骤，我们得到了多协议路由器的硬件平台。
3.2 操作系统uClinux
由于硬件的限制，嵌入式系统通常只具有极稀少的硬件资源，如主频较低的CPU、较小的内存等。Linux是一种很受欢迎的类Unix操作系统。它免费并开放源代码，在个人计算机、服务器领域应用广泛。更重要的是，Linux采用模块化设计，实际应用中可以定制，因此Linux也适用于嵌入式领域。
MCF5272是一种没有MMU的微处理器，故我们选择了专为嵌入式NOMMU微处理器定制的操作系统uCLinux、uClinux正是Linux的一个嵌入式版本，其内核的二进制映像文件可以做到小于512KB.UClinux支持多任务，支持多种文件系统，具有完备的TCP/IP协议栈，并支持多种网络协议，可满足Ad Hoc网络节点接入Internet的需要。另外，uClinux可移植性很强，用户通过重新配置、编译内核，能很方便地将其移植到多种处理器计算平台。
篇6：路由器OSPF协议配置命令网络知识
1.default redistribute cost 配置引入外部路由时缺省的花费值，no default redistribute cost命令取消配置， default redistribute cost cost no default redistribute cost 【参数说明】 cost为花费值，范围1~65535之间的整数。 【命令模式】 OSPF协议配置
1.default redistribute cost
配置引入外部路由时缺省的花费值，no default redistribute cost命令取消配置。
default redistribute cost cost
no default redistribute cost
【参数说明】
cost为花费值，范围1~65535之间的整数。
【命令模式】
OSPF协议配置模式
【使用指南】
在OSPF将路由器上其它路由协议发现的路由引入作为自己的自治系统外部路由信息时，还需要一些额外的参数，包括：路由的缺省花费和缺省的标记等。
【举例】
配置OSPF引入外部路由时缺省的花费值为10。
Quidway(config-router-ospf)#default redistribute cost 10
【相关命令】
default redistribute tag
default redistribute type
2. default redistribute interval
配置OSPF引入外部路由的时间间隔，no default redistribute interval命令恢复缺省值。
default redistribute interval time
no default redistribute interval
【参数说明】
time为引入外部路由的时间间隔，以秒为单位，范围1~65535之间的整数。
【缺省情况】
OSPF引入外部路由的时间间隔缺省为1秒。
【命令模式】
OSPF协议配置模式
【使用指南】
由于OSPF总是要不停的引入外部的路由信息并将它们传播到整个自治系统中去，因此，有必要规定协议引入外部路由的时间间隔。
【举例】
指定OSPF引入外部路由的时间间隔为2秒。
Quidway(config-router-ospf)#default redistribute interval 2
【相关命令】
default istribute limit
3. default redistribute limit
配置OSPF可引入路由数量的上限，no default redistribute limit命令恢复缺省值。
default redistribute limit routes
no default redistribute limit
【参数说明】
routes为引入路由数量的上限值，范围1~65535之间的整数。
【缺省情况】
OSPF引入外部路由数量的上限缺省为150。
【命令模式】
OSPF协议配置模式
【使用指南】
由于OSPF总是要不停的引入外部的路由信息并将它们传播到整个自治系统中去，因此，有必要规定在一次传播中外部路由信息的最大条数。
【举例】
指定OSPF引入外部路由数量的上限为200。
Quidway(config-router-ospf)#default redistribute limit 200
【相关命令】
default redistribute interval
4. default redistribute tag
配置引入外部路由时缺省的标记值，no default redistribute tag命令取消该配置。
default redistribute tag [ as ] tag
no default redistribute tag
【参数说明】
as表示为自治系统标号。
tag为标记值。
【命令模式】
OSPF协议配置模式
【使用指南】
在OSPF将路由器上其它路由协议发现的路由引入作为自己的自治系统外部路由信息时，还需要一些额外的参数，包括：路由的缺省花费和缺省的标记等。 路由标记可以用来标识协议相关的信息，如OSPF引入EGP/BGP协议时用来区分自治系统的编号。
【举例】
设置OSPF引入自治系统外部路由的缺省标记为10。
Quidway(config-router-ospf)#default redistribute tag 10
【相关命令】
default redistribute cost
default redistribute type
5. default redistribute type
配置引入外部路由时缺省的类型，no default distribute type命令恢复缺省值。
default redistribute type { 1 | 2 }
no default redistribute type
【参数说明】
1 和 2 分别表示第一类外部路由和第二类外部路由。
【缺省情况】
没有配置引入外部路由时缺省类型时，默认为第二类外部路由，
【命令模式】
OSPF协议配置模式
【使用指南】
OSPF在协议中规定了两类外部路由信息的花费选择方式，可以用本节所述命令规定缺省的花费类型。
【举例】
指定OSPF引入外部路由时缺省类型为第一类路由。
Quidway(config-router-ospf)#default redistribute type 1
【相关命令】
default redistribute cost
default redistribute tag
6. ip ospf authentication
指定接口上接受OSPF报文所需要的验证方式，no ip ospf authentication命令恢复为缺省值。
ip ospf authentication { simple auth_key| md5 auth_key key_id}
no ip ospf authentication
【参数说明】
simple为简单验证方式。
md5为MD5加密验证方式。
auth_key 验证密钥，为连续的字符串，简单验证方式下最大长度为8字节；MD5 验证方式下最大长度为16字节；
key_id为MD5 验证方式时的验证字id，范围1~255之间的整数。
【缺省情况】
接口上接受OSPF报文缺省不需要验证。
【命令模式】
接口配置模式
【使用指南】
authentication的值将写入OSPF报文中。必须保证和该接口相邻的路由器之间的authentication参数一致。
【举例】
配置接口Serial0上接受OSPF报文采用简单验证，验证密钥为abcdefgh。
Quidway(config-if-Serial0)#ip ospf authentication simple abcdefgh
7. ip ospf cost
指定接口运行OSPF协议所需的花费，no ip ospf cost 命令恢复缺省值。
ip ospf cost cost
no ip ospf cost
【参数说明】
cost为OSPF协议所需花费的值，范围1~65535之间的整数。
【缺省情况】
接口缺省的OSPF 协议所需花费的值为1。
【命令模式】
接口配置模式
【举例】
配置接口Serial0上OSPF协议所需花费的值为2。
Quidway(config-if-Serial0)#ip ospf cost 2
8. ip ospf dead-interval
指定认定相邻路由器死亡的时间长度，no ip ospf dead-interval命令恢复缺省值。
ip ospf dead-interval time
no ip ospf dead-interval
【参数说明】
time为相邻路由器死亡的时间长度，以秒为单位，合法的范围是1~65535。
【缺省情况】
接口上相邻路由器死亡的时间长度缺省为40秒。
【命令模式】
接口配置模式
【使用指南】
dead-interval的值将写入Hello报文中，并随Hello报文传送。必须保证和该接口相邻的路由器之间的dead-interval参数一致，且至少为hello-interval值的4倍。
【举例】
配置接口Serial0上相邻路由器的死亡时间为60秒。
Quidway(config-if-Serial0)#ip ospf dead-interval 60
【相关命令】
ip ospf hello-interval
9. ip ospf demand-circuit
配置OSPF按需拨号，no ip ospf demand-circuit命令恢复缺省设置。
[no] ip ospf demand-circuit
【缺省情况】
在接口上OSPF缺省不配置按需拨号。
【命令模式】
接口配置模式
【使用指南】
OSPF 按需拨号(OSPF over On Demand Circuits)是对OSPF协议的一种改进，它使得协议在ISDN、X.25 SVCs 和 拨号线等按需拨号网上运行效率更高。
在基于广播和NBMA的网络上配置这种属性时，连接状态传输报文可以被抑制，但 HELLO 报文不能被抑制，因为HELLO报文用来维持“选举路由器”。
【举例】
在接口Serial0上配置OSPF按需拨号。
Quidway(config-if-Serial0)#ip ospf demand-circuit
10. ip ospf enable area
配置一个接口，使其属于某个区域，用 no ip ospf enable area 命令取消该配置。
[ no ] ip ospf enable area area_id
【参数说明】
area_id为该接口所属区域的区域号。
【缺省情况】
接口缺省没有配置成属于某个区域。
【命令模式】
接口配置模式
【使用指南】
要在某一个接口上运行OSPF协
原文转自：www.ltesting.net
篇7：网络工程师应掌握的路由器协议知识
网络工程师应该掌握的路由器协议知识，距离向量路由器协议是为小型网络环境设计的，在大型网络环境下，这类路由器协议在学习路由及保持路由将产生较大的流量，占用过多的带宽。
如果在9 0秒内没有收到相邻站点发送的路由选择表更新，它才认为相邻站点不可达。每隔30秒，距离向量路由器协议就要向相邻站点发送整个路由选择表，使相邻站点的路由选择表得到更新。这样，它就能从别的站点（直接相连的或其他方式连接的）收集一个网络的列表，以便进行路由选择。距离向量路由协议使用跳数作为度量值，来计算到达目的地要经过的路由器数。例如，R I P使用B e l l m a n - F o r d算法确定最短路径，即只要经过最小的跳数就可到达目的地的线路。最大允许的跳数通常定为1 5。那些必须经过1 5个以上的路由器的终端被认为是不可到达的。距离向量路由器协议有如下几种： IP RIP、IPX RIP、A p p l e Talk RT M P和I G R P。
什么是链接状态路由器协议？
链接状态路由器协议更适合大型网络，但由于它的复杂性，使得路由器需要更多的C P U资源。它能够在更短的时间内发现已经断了的链路或新连接的路由器，使得协议的会聚时间比距离向量路由协议更短。通常，在1 0秒钟之内没有收到邻站的H E L LO报文，它就认为邻站已不可达。一个链接状态路由器向它的邻站发送更新报文，通知它所知道的所有链路。它确定最优路径的度量值是一个数值代价，这个代价的值一般由链路的带宽决定。具有最小代价的链路被认为是最优的。在最短路径优先算法中，最大可能代价的值几乎可以是无限的。如果网络没有发生任何变化，路由器只要周期性地将没有更新的路由选择表进行刷新就可以了（周期的长短可以从3 0分钟到2个小时）。链接状态路由器协议有如下几种： IP OSPF、IPX NLSP和I S - I S。一个路由器可以既使用距离向量路由协议，又使用链接状态路由协议吗？可以。每一个接口都可以配置为使用不同的路由器协议；但是它们必须能够通过再分配路由来交换路由信息。（路由的再分配将在本章的后面进行讨论。）
什么是访问表？
访问表是管理者加入的一系列控制数据包在路由器中输入、输出的规则，
它不是由路由器自己产生的。访问表能够允许或禁止数据包进入或输出到目的地。访问表的表项是顺序执行的，即数据包到来时，首先看它是否是受第一条表项约束的，若不是，再顺序向下执行；如果它与第一条表项匹配，无论是被允许还是被禁止，都不必再执行下面表项的检查了。
为什么确定毗邻路由器很重要？
在一个小型网络中确定毗邻路由器并不是一个主要问题。因为当一个路由器发生故障时，别的路由器能够在一个可接受的时间内收敛。但在大型网络中，发现一个故障路由器的时延可能很大。知道毗邻路由器可以加速收敛，因为路由器能够更快地知道故障路由器，因为hello报文的间隔比路由器交换信息的间隔时间短。使用距离向量路由协议的路由器在毗邻路由器没有发送路由更新信息时，才能发现毗邻路由器已不可达，这个时间一般为10～90秒。而使用链接状态路由协议的路由器没有收到hello报文就可发现毗邻路由器不可达，这个间隔时间一般为10秒钟。距离向量路由协议和链接状态路由协议如何发现毗邻路由器？
使用距离向量路由协议的路由器要创建一个路由表（其中包括与它直接相连的网络），同时它会将这个路由表发送到与它直接相连的路由器。毗邻路由器将收到的路由表合并入它自己的路由表，同时它也要将自己的路由表发送到它的毗邻路由器。使用链接状态路由器协议的路由器要创建一个链接状态表，包括整个网络目的站的列表。在更新报文中，每个路由器发送它的整个列表。当毗邻路由器收到这个更新报文，它就拷贝其中的内容，同时将信息发向它的邻站。在转发路由表内容时没有必要进行重新计算。注意使用IGRP和EIGRP的路由器广播hello报文来发现邻站，同时像OSPF一样交换路由更新信息。 EIGRP为每一种网络层协议保存一张邻站表，它包括邻站的地址、在队列中等待发送的报文的数量、从邻站接收或向邻站发送报文需要的平均时间，以及在确定链接断开之前没有从邻站收到任何报文的时间。
什么是自治系统？
一个自治系统就是处于一个管理机构控制之下的路由器和网络群组。它可以是一个路由器直接连接到一个LAN上，同时也连到Internet上；它可以是一个由企业骨干网互连的多个局域网。在一个自治系统中的所有路由器必须相互连接，运行相同的路由器协议，同时分配同一个自治系统编号。自治系统之间的链接使用外部路由器协议，例如B G P。
什么是BGP？
BGP(Border GatewayProtocol)是一种在自治系统之间动态交换路由信息的路由器协议。一个自治系统的经典定义是在一个管理机构控制之下的一组路由器，它使用IGP和普通度量值向其他自治系统转发报文。在BGP中使用自治系统这个术语是为了强调这样一个事实：一个自治系统的管理对于其他自治系统而言是提供一个统一的内部选路计划，它为那些通过它可以到达的网络提供了一个一致的描述。
篇8：宽带路由器：WAN口“多”到几个合适网络知识
泥越多，佛就塑得越大，根基也就越牢固，故有“泥多佛大”一说；多WAN口宽带路由器的出现，使用户可以获得的总带宽增大，网络也因此更稳定，故“口多量大”就是今天所要讲的关键， 市场经过大发展之后面对的将是激烈的竞争，对网吧等一些用户也一样，如何通
泥越多，佛就塑得越大，根基也就越牢固，故有“泥多佛大”一说；多WAN口宽带路由器的出现，使用户可以获得的总带宽增大，网络也因此更稳定，故“口多量大”就是今天所要讲的关键。
市场经过大发展之后面对的将是激烈的竞争，对网吧等一些用户也一样，如何通过低成本来实现高速、稳定的接入是在竞争中获胜的关键，多WAN口宽带路由器可以立大功。那么，多WAN口宽带路由器到底是什么东西？是昙花一现还是常青树？它又是如何满足应用需求的？多WAN口到底“多”到几个更合适？……
1） 什么是多WAN口
路由器与广域网连接的接口称之为广域网接口，即通常所说的WAN口。多WAN口的宽带路由器把“一对多”的宽带接入方式变成了“多对多”的方式，充分满足了企业用户不花费太大代价就能拥有更多带宽的渴望。这种路由器允许用户在一个局域网内共享多条的宽带外线，不必把内部网络按照WAN口数量分成独立的几个部分。实际上，它的工作原理就是把局域网内的各种传输请求数据，以事先设定的负载均衡策略分配到不同的宽带出口，从而实现智能化的信息动态分流。由于局域网的会话请求是分散且持续的，经过分配后，就像是扩大了整个局域网的出口带宽，起到了带宽成倍增加的作用。
2） 为什么要开发多WAN口， 它的技术特性， 它与单WAN口有什么区别？
多个宽带接入是有机结合还是单独运行？大多数人都会选择前者，多WAN口宽带路由器则是实现有机结合这种构想的关键设备，也是近期网络方面的热点话题。多WAN口宽带路由器它把“一对多”的宽带接入方式变成了“多对多”的方式，这种路由器允许用户在一个局域网内共享多条宽带接入，不必把内部网络按照WAN口数量分成独立的几个部分。实际上，它的工作机理就是把局域网内的各种传输请求数据，以事先设定的负载均衡策略，平均分配到不同的宽带出口，而请求来的数据再从该出口回来，从而实现智能化的信息动态分流。由于局域网的会话请求是分散的、源源不断的，经过分配后，起到了扩大整个局域网的出口带宽，带宽成倍增加的作用。
随着Inte.net在我国的发展，提供上网服务的网吧也在蓬勃的发展着。众多的网吧经营者与企业们的网管在选择Internet接入方式上也在面临着一个难题：是选择昂贵的功能齐全的企业级路由器，还是选择在功能上相对单一的ADSL modem+代理服务器？此问题似乎是一个头疼的问题，令人有了鱼和熊掌不可兼得的感觉。一些厂商及时推出了网吧路由器产品，在一定程度上满足了网吧用户共享上网和替代昂贵的传统企业级路由器的要求。在选择接入方式的问题上往往使网吧经营者们陷入了两难的境地。因此替代传统路由器和代理服务器的方案应运而生，一些宽带路由器厂商针对网吧特点专门生产了网吧路由器。概括的讲使用多WAN口路由器有三个好处
A、增加出口带宽
以双WAN口宽带路由器为例，使用两条ADSL或以太网宽带线路，由于这两个WAN口间可以做负载均衡，所以相当于总出口带宽拓宽到原来的两倍，目前无论是ADSL还是10M以太网宽带，包月费用都很低，多申请几条费用也很有限，用有限的费用换来带宽的成倍增长，对于较大型的网络是很划得来的。
B、线路备份
使用多WAN口路由器，申请多条线路，使用多个Modem，这多条线路还可以是不同运营商的，例如一条中国电信的ADSL，一条网通的10M以太网，就能在某个ISP、某条电缆、某个Modem出现故障时，把数据流量重新分配到没有故障的口上，整个网络不会中断，
C、提供更多的内容服务
不同的ISP提供不同的游戏、聊天、视频点播等服务，这些不同的内容服务放在ISP的服务器里，要享受这些服务就必须申请相应ISP接入。要提供多ISP的内容服务，就要申请多ISP的接入，就必须使用多WAN口路由器。
D： 负载均衡是关键
多WAN口宽带路由器之间的技术差别已不是很大，负载均衡能力是区别于单WAN口宽带路由器的主要特征，也是考察多WAN口宽带路由器性能优劣的重要指标。根据策略的不同，负载均衡的实现也不同，不同于单WAN口宽带路由器，由于多WAN口的存在，如何分配各WAN口的数据流量成了多WAN口宽带路由器必须解决的问题，各种负载均衡策略也应运而生。不同的负载均衡策略的处理方式不一样，即使采用相同的硬件配置，如果采用不同的负载均衡策略，在工作中整机的表现也会完全不一样。
3） 2个WAN口足已？还是多多益善？我们需要几个WAN口呢？
多WAN口宽带路由器中的“多”，一般以2个的最多。从应用的角度来讲，3个甚至4个的WAN口，意义大吗？这么多的WAN口，对宽带路由器本身的性能是不是也是一种挑战？增加带宽、线路备份以及提供更多的内容服务，这些都是可以通过宽带路由器的多WAN口来实现的。显然，从理论上讲，越多的WAN口就越有优势，事实上，也未必完全是这样，也有一个平衡的问题。事实上，对于这个问题，也是仁者见仁，智者见智。
如何能以最经济的方式来达到增加带宽的目的是国内很多用户一直追求的，而且很多用户并不满足于由2M变为4M，或由10M变为20M.而且有些地方一条10M以太网接入的费用比4条2M ADSL高，一条100M接入的费用比4条10M宽带接入高，这就加剧了用户对4个WAN口的渴望。另外，电信运营商为了吸引用户，为用户提供特色服务，如电信有“互连星空”、网通有“天天在线”等。这样，利用4个WAN口宽带路由器，用户可同时申请电信、网通以及长宽等多种宽带接入，也就能享受到更多的特色服务。所以，无论是2个WAN口还是3个甚至4个WAN口都有其用户存在。
通过调查一般是2个，也有3个的，一般来说2～3个比较合适，再多也就没有必要了。华为3Com表示出类似的观点，一方面，多WAN口的宽带路由器其性能的发挥受路由器本身性能的影响，路由器性能足够好才能使多WAN口发挥出作用；另一方面，多WAN口可以增加出口带宽、线路备份和提供更多的内容服务。在应用中，一般2~4个WAN口即可满足需求。
但我们不容忽视的是，3个甚至4个WAN口，对宽带路由器本身的性能也是一种挑战。首要的问题是超多WAN口宽带路由器对路由器本身的硬件性能有很高的要求，但现在市场上也不乏高性能的处理器，如Intel就推出了基于Intel Xscale技术的高性能网络处理器，主频高达266～533MHz，用它来构建4个WAN口宽带路由器还是绰绰有余的。 到底是多少个WAN口最合适？还是最好看用户的需求是什么样的？存在就是合理，如果对于3个、4个甚至更多WAN口的宽带路由器依然有用户需求存在，自然就有这些产品存在的价值。当然，多个WAN口也就意味着价钱会高一些，只要用户能够接受这个价格，问题就不会存在。
4） 多WAN口的市场分析
中国的信息化程度只会越来越高，不管是企业还是运营网吧，甚至于以后的个人用户来说，对网络系统的依赖越来越大，业务网络已经须臾不能离开，不论从资费上还是担忧宽带服务质量上，以及网络安全备份上，选择多WAN口路由器来扩展网络都是一个明智之举。各大厂商都在推出自己的多WAN口的产品，以后多WAN口将是一种潮流，一种趋势，也将逐渐吞食掉本来属于单WAN口的市场，明天将会是多WAN口的天下！
原文转自：www.ltesting.net
篇9：多模智能移动终端中GSM和蓝牙的设计网络知识
作者：刘伟 黄佩伟 引言 GSM和蓝牙作为两种不同的无线制式,在智能手机空间非常紧凑且PCB狭小的情况下,要求在实时语音业务中同时满足收发工作,由GSM收发子系统完成从智能终端到移动 网络 的话音接入服务,由蓝牙收发子系统完成从智能终端到蓝牙无线耳机或者车
作者：刘伟 黄佩伟
引言
GSM和蓝牙作为两种不同的无线制式,在智能手机空间非常紧凑且PCB狭小的情况下,要求在实时语音业务中同时满足收发工作,由GSM收发子系统完成从智能终端到移动网络的话音接入服务,由蓝牙收发子系统完成从智能终端到蓝牙无线耳机或者车载免提的短距离语音服务,就必然存在共存性设计问题，
本文基于在某智能移动终端产品设计中的工程实践,总结了设计多模无线共存系统的理论考虑和工程上的分析思路。
系统设计思路
对于纯粹的分立GSM和蓝牙系统来说,因为频段相距较远,在同一时段内只有一个是大功率发射,而另一个是微功率发射系统,其共存性的设计挑战并不像IEEE802.11b/g和蓝牙系统共存那么严峻。但是,由于在多模智能移动终端中,紧凑的电路板和布局使传导性干扰和噪声耦合更加强烈。移动终端内置GSM天线成为潮流,而传统的蓝牙PCB天线或陶瓷贴片天线也是内置的情况下,则在整个狭小的空间内装备了两个同时工作的天线。移动台在各种恶劣环境和复杂的无线信道中都必须满足的实时通信需求,以及蓝牙耳机要求蓝牙设备和GSM系统同时收发的应用特性,这些因素共同造成了GSM和蓝牙在多模移动终端中的共存性设计仍要面对工程性的困难和挑战。
在设计移动终端的实践中,首先要考虑无线接口,两种制式同时工作时,相互的收和发是否存在干扰。然后考虑电路设计,即这两个子系统在如此紧凑的电路板和高密度的布线中,GSM系统的收发器架构和频率规划与蓝牙子系统的关系造成的频率源,滤波,屏蔽方面的考虑。此外,作为无线收发设备,在紧凑的空间中,这两个制式的天线耦合特性和辐射模型造成的共存性问题也要妥善解决。最后还要考虑两个子系统的电源供电思路,以及可能存在的系统频率源的共享和分配方案。
GSM和蓝牙双模系统
共存的考虑要素
1.对于双模收发频段的相互干扰,主要考虑两个方面,蓝牙发射带外杂散对GSM接收带内的影响和GSM发射带外杂散对蓝牙接收带内的影响。
蓝牙的射频系统工作在2.4GHz的ISM频段,对于工作在850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz的GSM来说,这个频带间距似乎都是安全的。然而,在不低于-102dBm的接收灵敏度容限下,典型的GSM手机在天线输入端只在最大为-111dBm的杂散信号存在,且同频载干比C/I不超过-9dB时,才能保证GSM接收性能不会有损失。在实际系统中,如果根据经验假定GSM和蓝牙天线之间的空间损耗在10～15dB左右,就意味着只要蓝牙发射器(在蓝牙天线端测量到的)在GSM全频段上的最大发射带外杂散不超过－101～-96dBm,GSM子系统的接收性能就能得以保证。
然而在蓝牙BQB认证时,在GSM带内的杂散指标要求的标竿是远高于此的,就是说,只满足BQB蓝牙测试的发射器要求,未必能达到不使共存的GSM系统接收性能恶化的要求。因此,在设计蓝牙子系统时要格外当心。首先,芯片设计厂家会采取措施防止强的本振信号和各阶交调分量落在GSM频段内,同时,在板级设计的布局布线时也要注意隔离和防止泄漏。另外,有些比较优秀的蓝牙芯片设计公司,还采用了主动引入频率源时钟抖动的方式,通过频谱扩展,相对于普通方波频率源输入,将GSM带内的杂散功率谱密度降低了至少10dB。
再来看GSM发射器对蓝牙接收器的影响。虽然接收灵敏度的要求是-70dBm,但业界的蓝牙芯片都可以达到-80dBm,甚至更好的指标。一般鉴频器的C/I单音需求是优于-18dB的。因此,从蓝牙天线端来看,其要求能容许的最大带内单音干扰是-98dBm左右。同样假定这个双模终端中GSM天线到蓝牙天线的空间损耗是10～15dB,这样,GSM天线上测量到的处于蓝牙带内的发射杂散就不能超过-88～-83dBm。在GSM的FTA认证中,其EMI指标在ISM带内的发射杂散容限标竿同样比这个宽松。
因此,如果只满足GSM发射器要求,可能会造成共存系统中蓝牙接收器的性能恶化。故必须谨慎地分析GSM子系统的本振和频综的架构,并采取其它方式,尽可能消除本振泄漏和一些高阶分量对蓝牙接收带内的影响,特别是GSM子系统工作在PCS频段的时候。根据实际设计的情况,考虑过增加Tx声表滤波器来提高带外的抑制度,加强子系统的隔离,但同时又需要考虑由此引发的其它发射功率和效率问题。
2.对于板级设计的频率隔离,滤波和屏蔽,本文主要考虑三个方面,包括蓝牙本振相噪对GSM相应频点的影响,GSM和蓝牙子系统的屏蔽以及GSM系统的射频架构和频率规划与蓝牙子系统的关系。
前面已经提到过两个子系统在对方频带中的杂散所造成的危害,实际上有些时候板上的耦合途径比天线的耦合造成的影响更大。所以本系统开发时首先分析了板级设计中的耦合途径。第一是GSM功率放大器到蓝牙接收器前端的耦合,或者是GSM/蓝牙发射信号有泄漏,以某种方式通过GSM和蓝牙系统之间的PCM接口或者UART互连线直接耦合到对方系统中。如果不谨慎处理PCB走线时的EMI设计,这些接口数据线的天线效应可能会是板上辐射耦合的重要来源。第二,GSM子系统的本振信号有可能通过某些高速信号线,如存储器总线等泄漏出来,将开关噪声或杂散引入到蓝牙子系统。第三,GSM和蓝牙子系统之间的共电源和共地也要合理的考虑,防止电源和地造成的带内杂散的相互耦合和干扰。
对于这些板级耦合干扰问题,本文采取以下思路来处理。首先尽量将两个子系统的距离拉远些,这样也方便留出足够的空间来制作屏蔽罩,以实现空间上的屏蔽和隔离;另一个考虑是用屏蔽的方式将强发射信号和弱信号分开。这两个子系统的射频部分都适合单独做一个地,再分别连到系统的主地上,以减小共地造成的耦合。对于系统的主地,要尽量降低其阻抗,在选取一个尽量大的、完整的地平面的同时,还要在射频信号途径旁边的地上,多采用过孔来降低回流途径的阻抗,并减小完整信号从出发到终止点的路径所包围的面积,降低天线效应，
对于GSM子系统,因为其发射功率远大于蓝牙子系统,对它的地,以及天线的参考地,都需要特别注意,着重防止它造成的地弹噪声对蓝牙子系统的影响。再者,从电路设计方面考虑,一般蓝牙和GSM的前端LNA输入等都是差分的,要注意前端差分线的布线和匹配电路布局的对称性,从而提高共模抑制。如果实验室有足够的条件,建议分析GSM频率分配方案和频综的架构,计算出本振和各个杂散频率和交调分量是否正好落在某个蓝牙的频点上,然后采用cable传导的方式,直接验证并测试这些可疑频点上GSM以最大功率工作时蓝牙的性能。如果有特别差的频点,还需要有针对性地分析布局布线或电路设计时引入的板上耦合途径。
3.双天线系统辐射和耦合
在智能手机这么狭小的空间中,尤其是GSM子系统普遍采用内置天线的情况下,两个天线的距离进一步缩短,因此耦合情况更加复杂。在这个方面,本文主要考虑GSM/蓝牙天线耦合特性造成的链路预算问题、蓝牙和GSM两个系统的收发频带滤波,以及GSM/蓝牙天线的辐射模型。
前文已经描述了GSM的最大输出功率是＋33dBm,这会导致蓝牙接收器的阻塞。假定两个天线耦合因子是15dB,蓝牙接收器设置在最大增益模式(蓝牙弱信号情况)。同时,因为GSM频段离ISM频段比较远,所以主要考虑离ISM最近的DCS(1.8GHz)和PCS(1.9GHz)频段。这两个频段的最大输出功率都是30dBm。蓝牙接收的ISM频带滤波器中心带宽是2.442GHz,带宽为100MHz,那么PCS的发射载波处于蓝牙频带滤波器的约3.4倍频程处,DCS的发射载波处于蓝牙频带滤波器约4.4倍频程处。考虑最近的PCS频段,以德州仪器的BRF6100蓝牙基带＋收发器二合一芯片为例,其接收器1dB压缩点是-26dBm,算上3dB的容限,在PCS频段的输入功率不能超过-29dBm。假设在最差情况下,两个子系统天线的耦合系数只有-10dB,那么GSM子系统在PCS频段以最大功率发射时,蓝牙的频带滤波器在PCS频段上就需要有49dB的衰减,才能满足蓝牙接收器的带外阻塞性能指标要求。如果在两天线相互干扰较弱的情况下,双模的天线耦合因子能降低到-15dB～-20dB,那么蓝牙的接收前端声表滤波器就只需要44dB～39dB的衰减,便可以满足蓝牙接收链路预算的要求。
同样,对于GSM子系统,也需要对蓝牙输出端对GSM造成的带外干扰做抑制。如果考虑最接近ISM的PCS频段,按照GSM带内底噪-71dBm/100KHz的要求,PCS输出噪声功率密度为-121dBm/Hz。按PCS频段Tx滤波器的中心在Fo＝1.96GHz、带宽为75MHz计算,蓝牙芯片的NF是17dB,两个子系统天线耦合因子按-20dB计算,那么在PCS输出滤波器的3.6倍频程处的ISM频带上,蓝牙接收器的等效输入噪声为-157dBm/Hz。如果蓝牙要求的耦合噪声容限是-10dB的话,对于GSM子系统,为了满足PCS最大输出功率的要求,输出频段的ISM带外抑制就应该达到26dB。
除了链路预算以外,在实际的系统设计阶段,还发现可以对GSM发射器的VCO的噪声、I/Q调制器的噪声以及内部PLL造成的频率杂散多做些考虑。当然,这些难以直接计算,所以还是靠前面提及的板级设计隔离和屏蔽、合理的PCB走线及EMC设计来避免。同时要对蓝牙易受干扰的接收频点做实际测量。一般来说,辐射干扰的最差情况发生在连续GPRS操作时,此时有可能同时阻塞蓝牙的2个信道,导致误包率上升,但是,考虑到连续GPRS和蓝牙同时操作并非目前智能终端应用的主流(IPphoneover GPRS还不太成熟),对实际性能影响不大,本文主要考虑单发单收的GSM话音业务,这样处理较为简便。对于GSM的Tx谐波,主要注意2阶和3阶分量, 它们一般落在蓝牙的带内,要注意按照上文的分析,给予足够的衰减。
在实际设计中应该使蓝牙和GSM子系统的频带滤波器各自在对方的带内分别达到35dB和26dB以上的衰减,取得了较好的效果。
然而,一味引入更大衰减的频带滤波器也不是最好的选择,这样会增大带内有用信号的插损,降低了实际的发射效率,增加了功耗,并可能带来输出功率不符合型号认证的问题。所以从前面的分析可知,设法降低两个子系统天线的耦合度,是一个更好的办法。
本系统将两个子系统和天线放置得尽可能远,以增加物理空间损耗。同时,在天线匹配电路的设计上,在蓝牙端尽量采用高通滤波网络来匹配,而GSM子系统的天线匹配策略采用低通网络的方式,这样达到了附加的抑制效果。有设备条件或者和专业天线厂家合作的情况下,还可以调整天线的极化和方向图,比如让GSM的天线处于XY平面,而蓝牙天线极化方向处于XZ平面,在测试方向图时注意观察和调整,同时在设计天线摆放位置和电流流向时加以恰当考虑,也能对降低耦合因子有一定效果。选用尽量窄带的天线也能减小两个子系统天线间的耦合因子,但这会提高天线设计的难度。如果有条件可进行仿真和计算,但是在实际开发过程中,这些都以工程测试的结果为准。
4.系统级共存设计考虑
对于这两个子系统的供电设计,在开发过程中首要考虑的是如何降低这两个收发器之间开关噪声通过电源系统造成的耦合,然后是大功率的GSM发射时造成的电源瞬间压降对蓝牙系统的影响,最后就是地弹噪声的处理。在各个电源处合理采用退耦电容是常识,而对于GSM子系统,因为对电源瞬态响应要求高,需要大幅加宽电源线,并提供大的电容做稳压。对于蓝牙子系统,为了降低电源上的瞬态压降,也需要尽量降低电源线阻抗,并提供大电容稳压。在便携系统设计中,走线密度往往过高,造成单独电源面的制作比较困难,所以要注重电源线的布线,让它和主地之间的回流途径尽可能靠近,如果电源线能走在主地的邻接层,其EMI特性会更加理想。对于蓝牙芯片供电,除了要采用高PSRR的LDO,还要注意这个稳压器的布线优化,并增大它的输出电容,本文的做法是实际的电源优化要在大功率工作的同时进行,在工程实践中调整。为了减小地弹噪声,还要注意主地层的完整,以及前文提到的单独做两个射频地或者其它分割策略。
对于系统频率源的共享和分配,考虑到小体积的智能移动终端电路板面积极为紧张,因此最好能共享一个频率源。此时要防止共源造成的噪声和杂散传导耦合,因此,必要的滤波和匹配是不可或缺的。同时,要注意两个子系统对频率源的稳定性要求,通常,GSM子系统的频率源在同步信道解调成功后是受控的,而蓝牙子系统只是利用频率源产生本振后,和同步信道简单匹配来判断设备是否同步,并没有特别的AFC机制来控制频率源,所以,当GSM系统为了省电需要关闭GSM输入的时钟源而蓝牙仍需要稳定工作时,还需要设计一个简单合理的门控时钟来提供请求与仲裁机制,以保证两者都可以按需使用时钟,而两者都不用时,系统能完成时钟的关断,同时,GSM不工作时还需要保持时钟源的稳定性,以满足蓝牙的初始时钟稳定性要求。
结语
本文的智能终端设计,在常规的手机空间中满足了GSM和蓝牙型号认证发射和接收的各项指标要求,在GSM最大功率发射时,也能在5～7米的距离内用蓝牙耳机清晰地通话,通过以上思路和措施,合理完成了这个双模系统的共存性设计。本文总结了开发过程中的思考方法和工程经验,希望起到抛砖引玉的作用,给无线便携系统设计工程师提供一些参考。
原文转自：www.ltesting.net
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