基于ARM7的GPRS无线VPN路由器设计

liyf

　　1　概　述
　　1.1 ARM简介
　　ARM (Advanced RISC Machines) ,既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥, ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片,世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。ARM微处理器目前包括下面几个系列, ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Intel 的Xscale以及StrongARM。它们共同构成了当今嵌入式领域的主流微处理器。
　　1.2 GPRS简介
　　GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称,是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式。与原有的GSM比较, GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势:通过多个GSM时隙的复用,支持的数据传输速率更高,理论峰值达115kbps;不同的网络用户共享同一组GPRS信道,但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。这样,通过多用户的业务复用,更有效地利用无线网络信道资源,特别适合突发性、频繁的小流量数据传输,很好地适应数据业务的突发性特点; GPRS计费方式更加灵活,可以支持按数据流量来进行计费;与无线应用协议(WAP)技术不同, GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道,可直接访问Internet中的所有站点和资源;采用信道复用技术,每一个GPRS用户都能够实现永远在线。
　　2　硬件部分
　　2.1 设计思路
　　无线路由器电路板通过无线通信模块连接GPRS移动网络,通过以太口连接内部终端设备或者内部局域网。无线路由器具备网络路由功能,能够在两个网络之间转发数据。各种终端设备发出的数据通过以太口被处理器接收,处理器对数据进行相应处理后(例如加/解密)再通过串行口发送给无线通信模块,由它转发到GPRS网络中。同理,反向的数据经过相反的路径最终送回终端设备。
　　2.2 硬件设计
　　嵌入式处理器采用三星公司的S3C4510B,它是基于以太网应用系统的高性价比的16/32位RISC微控制器,内含一个由ARM公司设计的16/32位ARM7TDMI RISC处理器核。通过GPRS网进行数据传输需要使用GPRS模块。目前, GPRS模块一般是指带有GPRS功能的GSM模块,模块通过外接天线与蜂窝小区基站通信, 收发无线数据。本设计中GPRS 模块采用Wavecom公司的W ISMO Quik Q2400系列.其他各部分基本功能描述如下:
　　串行接口电路用于S3C4510B与GPRS模块以及其他应用系统进行短距离双向串行通讯; 复位电路可完成系统上电复位和在系统工作时用户按键复位;电源电路为整个系统提供工作所需的电压,包括5V, 3.6V以及3.3V;10MHz有源晶振为系统提供工作时钟; FLASH存储器可存放已调试好的应用程序、嵌入式操作系统或其他在系统掉电后需要保存的用户数据等;
　　SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域,系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中;10M/100M以太网接口为系统提供以太网接入的物理通道;I2C存储器可存储少量需要长期保存的用户数据.
　　2.3 硬件连接
　　完整的硬件连接图如图1所示。



　　图1 硬件连接图
　　3 软件部分
　　在此无线路由器中使用的操作系统是uClinux,它是专门应用于没有MMU的微控制器上的操作系统。uClinux操作系统中已经内嵌了TCP/IP网络协议的实现代码,在内核中设置“IP转发”就能实现静态路由功能。为了实现拨号登录移动网络以及VPN的功能,则需要用到2个网络应用程序: PPP应用程序和IPSec应用程序。图2是整个系统的软件结构层次图。