基于嵌入式Linux平台的家庭网关设备的研究与设计

摘要

随着以网络为代表的信息技术的不断发展，嵌入式计算机的应用越来越广，几乎无处不在，嵌入式系统与嵌入式软件的研究掀起了新的高潮，出现了许多热点问题，其中家庭数字化就是热点之一。如何实现家庭数字化呢?家庭网关是数字家庭的核心。它是连接内外的桥梁，一方面是使住宅用户可以获得各种家庭服务的平台；另外一个方面是家庭内部网络连接到外部的一种物理接口。 开发任何产品首先都应该由其市场需求来驱动的，本文先介绍了数字家庭的概念以及目前国内外的发展现状，阐述了发展家庭网络的必要性和迫切性。然后从家庭组网的特殊性要求出发，得出一个结论，即家庭网关将是当前及未来家庭数字化的一个关键设备。 本文以嵌入式家庭网关为研究对象，首先简单概述了嵌入式系统的特点以及开发设计的相关知识，以指导家庭网关的开发和设计。在硬件方面，选用的是Broadcom公司的BCM6348芯片组，文中详细介绍了该芯片组及其外围器件，同时针对该系统设计实现了引导Linux内核正常启动的BootLoader软件模块。然后从Linux内核和应用角度来讨论整个家庭网关的软件设计框架，从而将软硬件设计很好的结合起来。 最后从电信运营的可维护可管理的角度出发，使用最新提出的CPE终端广域网管理协议TR-069，详细设计了家庭网关的远程管理模块。并在这个管理模块的基础上讨论了如何实现家庭网关软件及其相关组件的远程升级备份方案。通过该远程管理模块把“可管理、可运营”的理念引入到宽带终端领域，在局端实现对家庭网关终端设备的统一管理、维护和数据配置、软件加载，适应规模建设，降低维护压力。从而使设备供应商和电信运营商能达到双赢的目的。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1选题依据和研究意义

1.2数字家庭网络概述

1.3家庭网关的提出及其研究现状

1.4家庭网关的主要上行方式及组网应用模型

1.5本文内容和章节安排

第二章嵌入式linux开发环境

2.1什么是嵌入式系统

2.2嵌入式系统的特点

2.3典型的嵌入式操作系统

2.3.1嵌入式Linux

2.3.2 winCE

2.3.3 VxWorks

2.4嵌入式系统的选型

2.5本章小结

第三章家庭网关的硬件设计

3.1 MIPS架构CPU

3.1.1 CPU地址分配

3.1.2 CPO寄存器

3.1.3指令系统

3.1.4异常和中断理论分析

3.2 ADSL与ATM模块的设计

3.3网络接口模块的设计

3.4外围设备分析

3.4.1串口系统分析

3.4.2 FLASH系统分析

3.4.3硬件看门狗设计

3.5本章小结

第四章嵌入式网关软件平台的设计与实现

4.1软件总体功能框架

4.1.1 BootLoader软件总体框架设计

4.1.2网关的软件功能框架

4.2 ATM网络层的实现

4.2.1 ATM(Asynchronous Transfer Mode)网络的简介

4.2.2 LINUX内核对ATM网络协议簇的支持

4.2.3 ATM网络适配层的用户态程序设计

4.3路由策略的选择与设计

4.3.1桥接模式的实现

4.3.2单PVC上桥接与路由混合组网的实现

4.4 Netfilter功能的实现

4.4.1 Netfilter框架分析

4.4.2家庭网关NAT功能的分析与设计

4.4.3 NetFilter功能的分析和设计

4.5 WEB功能的实现

4.5.1WEB SERVER的实现框架

4.5.2 HTML等静态文本类型的处理实现

4.5.3 cgi等动态交互动作的实现

4.6 CLI主进程的实现

4.6.1 CLI的主框架结构

4.6.2家庭网关的初始化

4.6.3命令行的处理

4.7本章小结

第五章家庭网关远程配置管理特性设计与实现

5.1DSL-FORUM的ADSL CPE终端管理的框架体系

5.2 TR-069广域网络自动管理协议

5.2.1应用层管理模型

5.2.2 TR-069协议栈结构

5.2.3 TR-069简单工作过程

5.2.4家庭网关上的TR-069协议栈的实现

5.3远程升级备份方案

5.3.1家庭网关升级备份需求分析

5.3.2软硬件支持

5.3.3两种升级备份方案及其比较

5.4双备份方案

5.5 miniLinux最小系统升级方案

5.5.1最小系统升级方案概述

5.5.3 miniLinux最小系统的设计

5.5.4升级时机

5.5.5升级流程

5.6本章小结

第六章结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果