[优秀嵌入式毕业设计]基于嵌入式Linux系统的PPPoE实现方案的研究.doc
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1、摘 要嵌入式系统技术是近几年发展较快的一种新兴技术,嵌入式系统产品已经被广泛的应用在科技、工业、通信、生活等各个领域。随着信息化、智能化、网络化的发展,嵌入式系统将成为通信和消费类产品的共同发展方向。目前,嵌入式处理器和嵌入式操作系统的发展日臻完善,结合成熟的网络技术,嵌入式产品的网络化将成为嵌入式技术的发展趋势。PPPoE是宽带接入方式中广泛应用的技术,为了实现嵌入式多媒体终端的宽带接入,本文提出了嵌入式系统PPPoE协议的开发。现在大多数ISP都不提供Linux操作系统PPPoE客户端,而只提供windows客户端支持。本文会先简要介绍嵌入式Linux系统,接着详细分析PPPoE协议和PP
2、P协议的原理,最后通过硬件与软件设计给出了在嵌入式Linux操作系统上的PPPoE的实现方案,最终通过在Ubuntu与目标板的实际操作,实现嵌入式Linux系统上的PPPoE的拨号上网。关键词 嵌入式系统 PPPoE PPP LinuxABSTRACTThe embedded system is a potential technology developing fastly. The embedded productions have been widely used in various fileds such as research,industry,communication,life
3、s and so on. Now,the embedded operation system,embedded processors are becoming mature. The embedded production will develop together with Internet. PPPoE is the main protocol of broadband access technology. In order to make the embedded system communicated through broadband access mode,we research
4、PPPoE protocol in embedded system.Now most ISP dont supply PPPoE cilent for Linux,but do PPPoE cilents only for windows. Firstly this paper briefly describes the embedded Linux system,then describes in detail the PPPoE protocol and PPP protocol,lastly achieve the PPPoE software implementations in th
5、e Linux operating system.Finally,according to the actual operation on the Ubuntu and target to complete PPPoE dial-up Internet access of the embedded Linux system.Key words Embedded system,PPPoE,PPP,Linux目 录第一章 绪论11.1 课题的研究背景11.2 课题的研究方案21.3 课题的研究内容2第二章 嵌入式系统22.1 什么是嵌入式系统22.1.1 嵌入式系统定义22.1.2 嵌入式系统的体
6、系结构22.2 嵌入式操作系统32.2.1 常见的嵌入式操作系统32.3 实时操作系统42.3.1 实时性42.3.2 实时操作系统概括42.4 嵌入式Linux操作系统42.4.1 Linux发展概述42.4.2 Linux作为嵌入式操作系统的优势52.4.3 Linux的版本5第三章 PPP协议分析与研究63.1 PPP协议概述63.2 PPP的层次结构63.3 PPP的链路建立过程73.4 PPP的帧结构83.5 PPP的身份验证9第四章 PPPOE协议分析与研究104.1 PPPoE协议概述104.2 PPPoE协议原理114.3 PPPoE协议分析124.3.1 PPPoE的包格式1
7、24.3.2 PPPoE的消息类型和协商过程134.4 PPPoE协议的相关问题144.4.1 超时重传机制144.4.2 PPPoE的MTU设置14第五章 PPPOE的实现方案155.1 硬件设计155.2 软件设计15第六章 PPPOE在嵌入式LINUX系统上的实现216.1 ICETEK-OMAP3530-Mini板简介216.1.1 ICETEK-OMAP3530-Mini板开发环境226.1.2 ICETEK-OMAP3530-Mini板使用操作226.2 ICETEK-OMAP3530-Mini板嵌入式软件目标系统概述236.3 Ubuntu上实际操作-准备步骤246.3.1 复制
8、并且编译XLoader程序246.3.2 复制并且编译UBoot程序246.3.3 复制并且编译内核256.4 Ubuntu上实际操作-具体步骤266.4.1 配置编译内核266.4.2 安装PPP-2.4.4276.4.3 安装rp-pppoe-3.10286.4.4 复制配置文件306.4.5 在ICETEK-OMAP3530-Mini板上测试运行316.4.6 成果展示31结束语31致谢32参考文献33第一章 绪论1.1 课题的研究背景随着计算机技术、网络技术和通信技术的不断发展以及人们物质生活水平的不断提高,人们对家居品质的要求也与日俱增。曾经在科幻片中幻想的诸多情景:坐在沙发上就可以
9、控制家里照明系统;躺在床上就能开关卫生间的换气扇、不必下床就能为客人打开家门;下班途中发个短信就可以提前启动家中的空调和热水器;每天晚上,所有的窗帘都会定时自动关闭;出门在外不光可以关闭忘记断电的家用设施,还可以实时查看家中老人及孩子的安全状况。所有的这些,不断刺激着消费者对高品质家居的追求,也不断激励着各大科研机构和厂商推动科技进步,从此,智能家居概念深入人心。智能家居主要由宽带接入、家庭智能网关、家居信息系统和家居控制网络等组成,其中家庭智能网关是整个智能家居的核心,不仅仅为家庭内部网络和家庭外部网络提供网络连接,成为家庭内部网络的出口,同时,要对家庭网络及设备实现监控、远程控制,信息的路
10、由选择、内外网络之间的协议转换等功能。家庭智能网关对于智能家居的开展至关重要,智能家居是否能成功部署,与家庭智能网关是否易用,是否可以与家庭网络中的设备相互发现和互操作,是否支持多种业务均是紧密相关的,因此本文将家庭智能网关作为研究的对象。由于本文是在嵌入式系统上实现的,所以下面将对嵌入式系统进一步地介绍。随着数字信息技术的发展,我们已经进入了网络时代,人类社会已经进入了后PC时代,其中嵌入式技术是近几年来发展最为迅猛、最受人关注的一门新兴技术。从工业流水线控制、通讯、仪器仪表、汽车、航空航天、军事装备等领域到手表、电话、手机、新型的电饭锅、冰箱等生活用品,无处不体现了嵌入式技术的身影。目前嵌
11、入式计算机在数量上远远超过了各种通用计算机,PC的各种输入输出和外部设备均由嵌入式处理器控制,每台PC的外部设备中包含了5-10个嵌入式微处理器。根据美国嵌入式系统专业杂志RTC报道,21世纪初的十年中,全球嵌入式系统市场需求量具有比PC市场大10至100倍的商机。目前以信息家电为代表的互联网时代嵌入式产品,不仅为嵌入式市场展现了美好的前景,注入了新的生命;同时也对嵌入式系统技术,特别是软件技术提出新的挑战,这主要包括:支持日趋增长的功能密度、灵活的网络联接、轻便的移动应用和多媒体的的信息处理。嵌入式系统的多媒体和网络化随着多媒体技术的发展不断进步,视频、音频信息的处理水平越来越高,为嵌入式系
12、统的多媒体化创造了良好的条件,嵌入式系统的多媒体化将变为现实。嵌入式系统中嵌入式Linux系统是很重要的一部分。Linux从1991年问世到现在的短短十几年时间内,已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一,不仅可以与各种传统的商业操作系统分庭抗争,在新兴的嵌入式领域内也获得了飞速发展。嵌入式Linux以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳定、源代码开放、软件丰富、网络通信和文件管理机制完善等优良特性,成为嵌入式系统领域中的一个研究热点。在如今的用户上网方式中,ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,非对称数字用户线路)是一种非常常见的方式,是一种通过现
13、有普通电话线为家庭、办公室提供宽带数据传输服务的技术。要实现嵌入式多媒体终端在ADSL上通信,就必须开发PPPoE协议。PPPoE全称是 Point to Point Protocol over Ethernet(基于局域网的点对点通信协议),这个协议是为了满足越来越多的宽带上网设备(即ADSL、无线、有线电视等)和越来越快的网络之间的通信而最新制定开发的标准,它基于两个广泛接受的标准,即:以太网和PPP(点到点)拨号协议。对于最终用户来说不需要用户了解比较深的局域网技术,只需要当做普通拨号上网就可以了对于服务商来说在现有局域网基础上不需要花费巨资来做大面积改造,设置IP地址绑定用户等来支持专
14、业方式。这就使得PPPoE在宽带接入服务中比其他协议更具有优势,因此逐渐成为宽带上网的最佳选择。为了能够使得开发的嵌入式多媒体终端应用在更多的接入方式中(如ADSL),就要在嵌入式多媒体终端实现PPPoE接入认证协议,通过PPPoE协议软件连接ISP(因特网服务提供商)并取得通信。1.2 课题的研究方案本课题旨在搭建一个家庭智能网关软件平台,主要对如何构建基于OMAP3530和嵌入式Linux操作系统的软件平台、并实现PPPOE的拨号上网,接入ISP中并获得公网IP地址,这样不仅可以实现家庭内部网络访问Internet,也可以在家庭网关的平台上搭建服务器,构建B/S结构供远程的PC访问家庭内部
15、网络,从而了解家庭内部情况。本文中将通过硬件设计和软件设计来阐述课题的研究方案,通过对硬件设计的框架图、软件设计的框架图以及对内核与应用程序之间的关系分析,通过对程序代码的分析与实现流程图来介绍实现的一个方案。1.3 课题的研究内容课题最终要在嵌入式Linux系统上实现PPPoE协议,因此,论文分以下几个方面进行:第一章:绪论。分析课题的研究背景。第二章:嵌入式系统。介绍了嵌入式系统以及嵌入式Linux系统的基本概念。第三章:PPP协议的分析与研究。首先介绍了PPP协议的基本原理。第四章:PPPoE协议的分析与研究。介绍了PPPoE协议的基本原理第五章:PPPoE在嵌入式Linux系统上的实现
16、方案。第六章:PPPoE在嵌入式Linux系统上的实现步骤。第二章 嵌入式系统随着IT(信息)技术的飞速发展,特别是互联网的迅速普及,3C(计算机、通讯、消费电子)合一的加速,数字化时代已经来临。嵌入式系统是数字化时代的一大主流产品,世界各国在此领域开始了激烈竞争,以争取获得主导地位。嵌入式系统是数字化产品的核心,为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求,面向21世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部互联网要求,嵌入设备必需配有通信接口,相应需要TCP/IP协议族软件支持。2.1 什么是嵌入式系统2.1.1 嵌入式系统定义嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且
17、软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。2.1.2 嵌入式系统的体系结构简单的说,嵌入式系统是一个集系统的应用软件与硬件与一体,具有软件代码小、高度自动化、响应速度等特点,特别适用于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统的硬件部分,包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统,它不具备像硬盘那样大容量的存储介质,而大多使用EPROM(可擦可编程只读存储器)、EEPRO
18、M(电可擦可编程只读存储器)或闪存(Flash Memory)作为存储介质。软件部分包括操作系统软件(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。2.2 嵌入式操作系统嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件,它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点。如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函
19、数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。嵌入式操作系统有功能丰富和稳定性好等优点,每个具体的嵌入式系统都会有自己独特的地方,在嵌入式系统中使用操作系统,能够对嵌入式系统的开发产生极大的推动作用。2.2.1 常见的嵌入式操作系统随着对于嵌入式操作系统需求的不断扩大,各种各样的嵌入式操作系统不断孕育而生,目前应用范围比较广泛的嵌入式操作系统有以下几种:1)Microsoft Windows CEMicrosoft Windows CE是一个高效率的多平台操作系统。它是从整体上为有限
20、资源的平台设计的多线程、完整优先权、多任务的操作系统。它的模板化设计允许它对从掌上电脑到专用的工业控制器的用户设备进行定制。2)pSOSpSOS是ISI(Integrated Systems Inc.)公司研发的产品。pSOS是一个模块化,高性能的实时操作系统,专为嵌入式微处理器设计,提供一个完全多任务环境,在定制的或是商业化的硬件上提供高性能和高可靠性,可以让开发者将操作系统的功能和内存需求按每个应用的需要定制成专门的系统。3)VxWorksVxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种实时操作系统。VxWorks是一个嵌入式实时操作系统,采用微内核的结构,具有
21、支持处理器多,网络协议丰富,兼容性和裁剪性好等特点,同时具有程序动态连接和下载的功能。它具有功能强大的应用程序接口(API),但大多数的VxWorks API是专用的,使用的是和UNIX不兼容得环境。4)PalmOSPalmOS是3Com公司的产品,在掌上电脑和PDA市场上占有很大的市场份额。它有开放的操作系统应用程序接口(API),开发商可以根据需要自行开发所需的应用程序。它拥有一个提供基本任务管理的抢占式的多任务管理内核,在存储器管理方面引入了虚拟文件系统。5)嵌入式Linux嵌入式Linux是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式
22、Linux既继承了Internet上无限开放的源代码资源,又具有嵌入式操作系统的特性。随着Linux的迅速发展,嵌入式Linux现在已经有许多版本,包括强实时的嵌入式Linux(如新墨西哥工学院的RT-Linux和堪萨斯大学的KURT-Linux)和一般的嵌入式Linux(如Clinux和Pocket Linux等)。其中,RT-Linux通过把通常的Linux任务优先级设为最低,而所有的实时任务的优先级都高于它,以达到既兼容通常的Linux任务,又保证强实时性能的目的。另一种常用的嵌入式Linux是Clinux,它是针对没有MMU的处理器而设计的。它不能使用处理器的虚拟内存管理技术,对内存的
23、访问是直接的,所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。它专为嵌入式系统做了许多小型化的工作。本课题的开发就是基于这个操作系统下进行的。嵌入式操作系统还有QNX、Delta OS、Hopen OS、C/OS等,这里就不一一赘述了。嵌入式操作系统往往都具有实时性,下面就解释什么叫实时操作系统。2.3 实时操作系统2.3.1 实时性实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能,并对外部的异步事件做出反应的能力。比较复杂的应用需要嵌入式软件能及时、并行、协调地对外部事件做出正确的响应,并能有效地利用系统资源,避免竞争资源造成的系统崩溃。2.3.2 实时操作系统概括实时操作系统(RTOS)是具有实时性且能
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