摘要：針對目前網管光纖收發器網管模式比較單一，且網絡管理功能不完善，存在穩定性較差、價格偏高等問題，提出了一種以LPC2210嵌入式處理器和IP113S光電介質轉換芯片為核心，以嵌入式多任務探作系統μCLinux為操作平臺的新型可網管機架式光纖收發器。該系統硬件主要包括光電轉換、網管控制和電源等三大部分，而系統軟件支持多種網絡管理模式。實驗結果表明，該系統設計達到預期目標，與傳統產品相比，該系統的穩定性得到明顯地提高，管理功能能夠實時監控系統，適用于電信級業務應用。
關鍵詞：BOA；嵌入式；網絡管理；光纖收發器
隨著信息化建設的突飛猛進，人們對于數據、語音、圖像等多媒體通信的需求日益增加，以太網寬帶接入方式被提到重要位置。但是傳統的5類線電纜只能將以太網電信號傳輸100 m，在傳輸距離和覆蓋范圍方面已不能適應實際網絡環境的需要。與此同時，光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼、傳輸距離長等優點得到了廣泛應用，光纖收發器是利用了光纖這一高速傳播介質很好地解決了以太網在傳輸方面的問題。現在市場上廣泛應用的光纖收發器其結構一般分成獨立式和機架式，支持速率為10／100／1000 Mb／s。電信級業務中為了管理和布線方便多采用機架式光纖收發器，支持多塊業務卡同時工作，但是也存在著很多問題，如需要安裝特定客戶端軟件，不能遠距離控制等。針對這些問題該系統采用基于Web技術的B／S模式和基于GUI的C／S模式的液晶顯示，使用通用的瀏覽器登錄系統，無需安裝應用軟件，就可以把采集到的數據以動態網頁的形式在瀏覽器上顯示并且在液晶顯示屏上顯示數據，做到本地和遠端都能有效地監控。該系統還支持RFP功能，這樣在發生故障時數據包不會沿著已經發生故障的線路繼續轉發數據，造成大量丟包。
1 系統總體設計
該系統采用標準機架式結構，便于網管模塊對各個光電轉換模塊統一管理和供電。系統主要可分為光電轉換電路、網管控制電路、溫度檢測電路、液晶顯示電路和供電電源電路設計，系統整體結構圖如圖1所示。
光電轉換電路主要功能是將適合在電纜中傳輸的電信號轉換成在光纖中傳輸的光信號；網管控制電路主要功能是PC機通過網絡遠程監控和控制光電轉換部分，即一個網管模塊控制多個光電轉換模塊；液晶顯示電路主要功能是把數據實時在液晶屏上顯示，以便進行本地監控；供電電源電路主要為所有的光電轉換電路和網絡控制電路提供必要的電源。
2 系統硬件設計
2．1 光電轉換電路
本方案采用IP113S光電介質轉換芯片為核心，硬件結構如圖2所示。IP113S是一款單芯片快速以太網媒體轉換器，包含3端口10／100 Mb ／s物理層收發器、3個完整的MAC單元(帶有1個二層交換器)以及緩存的高性能以太網快速交換電路，支持10Base-TX、100Base-TX和100Base-FX，支持10 M／100 M和全雙工／半雙工自適應功能，16 KBx32的SRAM(靜態隨機存取存儲器)緩沖區，其帶寬可達1 Gb／s，具有低功耗、功能齊全和易于調試等特點。光電轉換部分所有狀態信息以及控制工作方式都是通過對IP113S內部的128個寄存器的讀寫操作完成的。本方案選用了CPUC／CPUIO方式，把光電轉換部分上的IP113S作為從設備，網管控制部分上的LPC2210作為主設備，使網管控制部分可以通過CPU接口監控光電轉換部分。另外可以根據需要擴展多個光電轉換部分，與遠程的上位機進行通信。
2．2 網管控制電路
網管控制電路部分包括ARM最小系統，以太網接口電路，鍵盤、LCD接口電路和溫度檢測電路，其硬件結構圖如圖3所示。采用LPC2210處理器進行控制，該處理器是NXP公司16／32位144引腳ARM7TDMI-S微控制器，支持實時仿真和嵌入式跟蹤的處理器，資源豐富，應用廣泛。復位電路使用了帶I2C存儲器的監控芯片CAT1025JI-30，復位門檻電壓3．0～3．15 V，提高了系統的可靠性。該處理器片內只有16 KB片內靜態RAM，需要擴展RAM，本系統擴展了8 MB的PSRAM(MT45W4MW16)作為程序的運行空間。該控制器沒有片內Flash，因此需要外部擴展存儲器，本系統所擴展的存儲器有2 MB的NOR Flash(SST39VFl60)，用來存儲引導程序，系統啟動時引導內核和文件系統。16MB的NAND Flash(K9F2808-UOC)，用來存儲μCLinux內核，文件系統和應用程序。采用了2．2英寸的TFT6758液晶模塊，其工作電壓為3．3 V，與整個系統的供電相同，便于供電。為了得到更高的數據傳輸速率，采用16位總線接口。溫度檢測電路以溫度傳感器LM75為核心，通過I2C接口和LPC2210連接。LM75可測量的溫度為-55～125℃，工作電壓為3．3～5．5 V，可以將溫度直接轉換為數字值，通過微控制器直接讀取，使用方便。
在電子裝置中，可靠的電源電路設計關系到整個系統的正常工作，所以為了保證本控制單元可靠工作，在設計中采用2組電源冗余工作方式，只要有一路電源能正常工作，整個系統就能正常工作。
3 系統軟件結構設計
3．1 構建嵌入式軟件平臺
本方案采用源代碼開放的μCLinux內核作為操作系統。μCLinux是一個GNU的項目，代碼完全開放，是專門應用于沒有MMU的CPU。μCLinux內核的二進制代碼和源代碼都經過了重新編寫，以緊縮和裁剪基本的代碼，這就使得μCLinux的內核同標準的Linux內核相比非常之小，但是它仍保持了Linux操作系統的主要的優點，如穩定性、強大的網絡功能和出色的文件系統支持等。μClinux只包含Linux常用的API、小于512 KB的內核和相關的工具，操作系統所有的代碼加起來小于900 KB，而且μCLinux有一個完整的TCP協議棧，同時對其他許多的網絡協議都提供支持，這些網絡協議都在μCLinux上得到了很好的實現。軟件的開發環境是標準的交叉開發環境，包括主機和目標機2部分，主機為一臺運行Redhat Linux9．0的PC機，目標機為網管控制部分。
3．2 主控程序設計
主控程序實現了網管部分對光電轉換部分上IP113S寄存器的可讀／寫功能，從而使網管可以實時監控各光電轉換部分的工作。本方案把監控程序寫入CGI程序中，更好地實現其功能。信息采集程序負責采集每塊光電卡的狀態信息，其主要任務是根據客戶的命令輪詢機架上的光電卡，通過光電卡上的光電介質轉換芯片IP113S來獲取各寄存器的信息。控制程序主要功能是客戶把控制數據寫入IP113S的寄存器中，從而控制光電卡的一些狀態，比如用于設置光電轉換部分的工作模式，實現光纖收發的遠程管理，包括：遠端卡信息查詢、設置、通路檢測和流量限速等，其監控系統的主程序流程圖如圖4所示。
3．3 液晶顯示程序
當網絡控制模塊取得光纖收發模塊、機箱溫度等數據時，需要在本地實時地在液晶顯示屏上顯示，做到實時監控。目前市場上成熟的GUI有很多，但它們均存在一些不足，嵌入式GUI要求小型化、占用資源少、反應快捷、可靠性高、成本低，這里在設計時GUI系統時充分考慮了這些要求，采用了線程消息機制。該GUI體系主要采用C／S多線程的體系結構，在系統中服務器線程主要實現對輸入設備(鍵盤和觸摸屏)事件的獲取，而客戶端線程主要完成對事件的響應，包括輸出設備的控制。在該微型可配置GUI體系結構中，主要分為輸入抽象層、圖形抽象層、消息相應層、圖形設備接口層、控件層等。該系統具有良好的層次性，并且開放了底層的圖形設備接口層，使用戶能根據自己需要簡單自由配置，在控件層定義了統一的控件結構體，使用戶對控件的管理更直觀便捷。
3．4 Web網絡管理
3．4．1 BOA服務器
本系統采用瘦服務器-胖客戶端的模式，使用C語言實現一個簡化的HTTP機制，設計高效精簡的Web服務器。嵌入式Web服務器不同于一般的服務器，考慮到系統的資源有限，因此設計具有很強的針對性。本文采用BOA+CGI技術，通過編寫CGI外部擴展程序，實現Web技術。可以將獲取／設置系統的信息和光電轉換部分的狀態信息發給客戶端。BOA的執行流程圖如圖5所示。
3．4．2 CGI程序設計
CGI(Common Gateway Interface)是外部應用擴展程序與WWW服務器交互的一個標準接口，其流程圖如圖6所示。CGI程序通過Web服務器的調用實現與Web瀏覽器的交互，Web服務器將Web瀏覽器發送來的信息傳送給CGI程序，由CGI程序進行處理，CGI程序在處理完后將響應結果再回送給Web服務器，然后再由Web服務器發送到Web瀏覽器。如果需要調用其他外部應用，如數據庫服務等，均由CGI程序去與外部應用進行交互。本方案模塊中涉及到的Web頁面通過Deamweaver8來設計完成，如：login．htm、relogin．htm、menu．htm等。
4 結論
針對目前網絡監控中心不能實時，有效地對光纖收發器的狀態進行遠程監控的問題，采用基于32位ARM7處理器的在線檢測系統，經軟硬件聯調，實驗表明，該系統達到預期要求，具有界面友好、操作方便、多功能等特點，并充分結合了B／S模式與C／S模式的優點，具有較大的社會價值，比較適用于電信級的應用。但是該系統還有很多的不足，需要在功能、效率以及穩定性上改進，如增加對數據庫的支持、多進程的支持、實時性支持等。