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1 引言 SNMP（簡單網絡管理協議）應用廣泛，功能強大，只要管理軟件駐留有MIB（管理信息庫），并且擁有適當的權限，管理器就可以訪問SNMP代理器。SNMP一般用于計算機網絡和電信網絡，本文提出了用SNMP進行控制。由于其傳輸媒介是Internet，所以傳輸距離不受限制，這相對于其他工業控制總線有不可比擬的優勢，SNMP最大的優點是協議簡潔，適合嵌入式應用。SNMP體系可擴展性強，只要將新的MIB裝載在管理軟件上就可以實現對新的終端的控制與訪問，本文介紹了一種基于廉價的微控制器的實現嵌入式代理器的方案，以微處理器核心實現相關硬件及軟件。 2 SNMP體系結構 SNMP的體系結構（見圖1）以簡單的查詢/回答模型為基礎，發送查詢的用戶為管理者，SNMP的服務器（代理器）回答查詢。 SNMP在TCP/IP體系中屬于應用層協議。為了實現SNMP體系，就必須實現從應用層到物理層的所有要用到的協議，管理器在PC機上，代理器處于監測現場，代理器駐留在被管理系統的MIB，我們以單片機為核心來實現嵌入式代理器，嵌入式代理器要對現場采集到的數據進行分析，如果有異常情況發生，通過發送Trap報文給管理器，告知網管有異常情況發生，在報文中還帶有異常情況的相關信息，網管可以根據這一信息進行相應的處理，在一些情況下，代理器將數據保存起來，以備管理器的查詢。 3 嵌入式代理器的硬件實現 我們設計的基于SNMP的控制系統原理見圖2。 控制現場的信號采集由A/D轉換模塊輸入單片機。單片機對信號進行處理，并且執行SNMP代理器的任務，硬件部分主要包括A/D、串口、以太網、小邏輯、單片機、監控信號采集、電源及監控等模塊，本文著重介紹與嵌入式SNMP代理器密切相關的部分。 3.1 串口模塊 單片機使用的是TTL電平，而RS-23協議所使用的電平不同，所以需要進行電平轉換，通過MAX232實現電平轉換。 3.2 A/D模塊 A/D模塊主要負責采集外部監控信號，采用AD0809可以采集8個通道的數據，信號變化的動態范圍并不大，利用這一特點，合理設置參考電壓，可以提高分辨率，從而用低廉的器件實現很好的性能，ADC0809的兩個參考電壓都可以通過電位器調節，為了保證系統的精度，參考電壓必須穩定，為此采用MAXIM的MAX875作為參考電壓源。另外需要注意的是：輸入到A/D轉換器的參考電壓經過電位器的分壓，為了使參考電壓穩定，必須選用高精度、高穩定性的電位器。 3.3 以太網模塊 以太網模塊實現與以太網的通信，采用RealTek的RTL8019芯片實現。 RTL8919A（見圖3）有3種工作方式：跳線方式，網卡的I/O和中斷由跳線決定；即插即用方式，由軟件進行自動配置plug and play；免跳線方式，網卡的I/O和中斷由外接的93C46中的內容決定。 RTL8019AS的引腳65（JP）決定了網卡的工作方式，引腳65腳（JP）是輸入引腳，當引腳65為低電平時，8019工作在即插即用方式或免跳線方式，具體由93C46中的內容決定，在嵌入式應用中如果可以不使用93C46，則可以降低成本，同時減少連線，我們把引腳65接高電平（VCC），使用跳線方式。那么，網卡的I/O和中斷就不是由93C46的內容決定，這是不需要使用93C46。 引腳64（AUI）決定使用AUI還是BNC接口。BNC接口方式支持8線雙絞線或同軸電纜。高電平時使用AUI接口；懸空為低電平，使用BNC接口。我們一般使用BNC，將該引腳懸空。網絡接口類型由引腳74（PL0）、引腳77（PL1）決定。將PL0、PL1懸空，選擇自動檢測模式，芯片自動檢測接口類型是用同軸電纜或雙絞線，然后進行工作。 RTL89的IOCS16是16位I/O的選擇引腳。當網卡上電復位時，該引腳為網卡的輸入，如果該引腳為高電平，網卡將選擇16位的模式，如果該引腳為低電平，網卡將選擇8位模式，51單片機是8位數據，所以用電阻R10下拉，因此在復位時該引腳為低電平，網卡選擇8位模式。 AD0-AD7是網卡的8位數據總線，接單片機的P0口，RESDRV（引腳33（RESET））接單片機的T0（P3.4），單片機用P3.4來復位網卡。IRQ9接單片機的INT0（P3.2），IRQ9是網卡的中斷9，接到單片機的中斷0上，IOR，IOW接到單片機的P3.6，P3.7（/WR，/R）。 3.4 小邏輯模塊 小邏輯模塊主要實現一些邏輯功能，A/D的時鐘由單片機的ALE信號8分頻，各個外部器件的片選功能都由小邏輯模塊實現，雖然功能不復雜，如果用小邏輯器件實現，就需要較多的器件，器件利用率低，在電路板上占據較大的空間，與要求體積小的嵌入式應用相矛盾。采用可編程邏輯器件可以解決這些問題。 3.5 單片機模塊 單片機模塊由單片機以及復位和看門狗電路、外部擴展RAM、時鐘電路等外圍電路構成，看門狗電路可以提高現場惡劣條件的干擾，當系統受到外界干擾使得單片記的程序跑飛，看門狗沒有喂狗信號，看門狗電路將單片機和RTL8019復位，重新開始運行。 4 軟件設計與實現 由于SNMP的編解碼需要占用很多CPU時間，并且在單片機上還要實現A/D數據采集轉換、以太網通信、串口通信等功能，這就使得協調各個功能非常困難，因此，我們選用Micro-C/OS51作為單片機的操作系統，Micro-C/OS51是嵌入式實時操作系統Micro-C/ OS在51單片機上的移植代碼，實時系統能夠很好地提高CPU的效率，并且是多任務系統，能夠協調多個任務，我們將單片機要實現的功能分為人機交互任務、A/D處理任務和SNMP處理任務。 4.1 人機交互任務 人機交互任務是通過單片機的串口來實現與用戶的交互，用戶通過串口電纜將PC機與單片機的串口連接，通過PC機的超級終端可以使用命令行的方式對代理器的有關參數（網關地址、主機地址等）進行配置，還可以察看相關的運行信息，主要的命令行有：Host 配置本機IP地址；Gateway 配置網關地址；Mask 配置子網掩碼；Snmphost 配置SNMP管理器IP地址；Macadr 配置本機物理地址；ping 可以用這個命令來檢測網絡鏈路；clear 清除電話顯示屏的內容。 人機交互任務實現的主要思路就是單片機接收用戶鍵盤輸入的字符存入命令緩沖區，并回顯到屏幕，當用戶按下回車鍵，觸發軟件狀態機狀態變遷，從輸入態轉移到命令解釋態，然后根據用戶命令調用相關子程序執行相關操作，執行完畢后重新回到輸入態。 人機交互程序由詞表、取詞子程序、狀態機框架程序（輸入回顯和命令解釋執行）命令相關子程序組成，詞表就是命令語句的集合，取詞子程序從命令行語句中提取單詞并存入詞表，同時進行匹配檢查和詞法分析，輸入回顯程序循環檢查用戶鍵盤輸入，命令解釋程序調用取詞子程序分析用戶命令行輸入，根據詞表第1個單詞在散轉表中的位置調用相應執行子程序處理命令，命令解釋程序向相應的命令相關子程序傳入詞表指針，具體執行由用戶自行決定，由命令相關資程序返回后重新回到命令輸入態，完成一次輸入執行全過程，此過程周而復始地循環執行。 4.2 A/D處理任務 A/D轉換需要一定的時間，讀取A/D轉換的結果有3種方式： a）采用中斷方式，讀取數據及時，同時頻繁的中斷處理增加了CPU的負擔。 b）查詢方式，造成CPU時間的浪費，大大地降低了CPU效率； c）等待方式，看起來沒有優點，但是在UC/OS51操作系統中，到任務調度的一個很重要的思想就是延時，高優先級的任務執行一段時間后，再延時一段時間，以便低優先級的任務執行，這樣將等待的時刻放到A/D處理任務的延時時刻，可以起到一舉多得的作用，我們正是采用這種方式。 4.3 SNMP處理任務 當接收到UDP數據包、處理UDP報頭后，由函數udp_recv（）處理SNMP數據包。其基本思想是：解碼SNMP消息，如果解碼正確，判斷該Community（共同體）是否具有進行所請求操作的權限，如果沒有權限，則拋棄該報文，并且給管理器發送Trap報文。如果權限正確，則從代理器上的MIB表中查找所請求的對象。找到后，執行相應操作，同時生成響應報文。然后進行SNMP編碼，如果編碼無誤，則將這個SNMP報文交給上一層協議處理，SNMP處理流程見圖4。 在SNMP處理過程中，SNMP的編碼和解碼非常關鍵，以解碼為例來說明，解碼出SNMP報文使用SNMP的版本號，報文所使用的共同體號，版本號，表明了報文使用SNMP的版本，如果管理器與代理器使用協議的版本不同，將不能正常通信，共同體相當于密鑰，只有有了密鑰的管理器才能夠訪問代理器，否則，代理器不予響應，PDU解碼出管器所要訪問的對象，SNMP解碼的流程圖見圖5。 流程圖中的snmpDec（）函數解碼SNMP函數報文，將有用的信息提取出來，MibRequest（）函數的作用是將駐留在嵌入式SNMP代理器中的MIB中查找解碼出來的OID（對象標識符），查找到OID后，同時獲得了這個對象的信息，編碼同時開始進行，MibCmpObjId（）函數的作用是采用比較的方式查找表項。SnmpEnc（）函數將得到的響應報文按SNMP的編碼規則編碼成SNMP報文。make_udp（）函數將SNMP報文封裝在UDP報文中。再經過IP協議封裝，以太網協議封裝后，就可以通過以太網傳輸。 5 結束語 我們將該系統用于光無線通信的網絡管理與監控系統。經過使用后發現：該系統能夠實時監控光無線通信系統的運行，由于采用Internet傳送數據，所以傳輸距離不受限制，SNMP是應用最廣泛的網絡管理協議及實現嵌入式SNMP代理器，可以使光無線通信系統的管理很方便地加入到現有的網絡管理系統，由于采用廉價的單片機來實現嵌入式SNMP代理器，主要的協議處理由軟件實現，成本很低。 |
