引言

       SNMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）應(yīng)用廣泛,，功能強(qiáng)大,，只要管理軟件駐留有MIB（管理信息庫(kù)），并且擁有適當(dāng)?shù)臋?quán)限,，管理器就可以訪問(wèn)SNMP代理器,。SNMP一般用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和電信網(wǎng)絡(luò)，本文提出了用SNMP進(jìn)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(duì)于其他工業(yè)控制總線有不可比擬的優(yōu)勢(shì),，SNMP最大的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議簡(jiǎn)潔,，適合嵌入式應(yīng)用。SNMP體系可擴(kuò)展性強(qiáng),，只要將新的MIB裝載在管理軟件上就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新的終端的控制與訪問(wèn),，本文介紹了一種基于廉價(jià)的微控制器的實(shí)現(xiàn)嵌入式代理器的方案，以微處理器核心實(shí)現(xiàn)相關(guān)硬件及軟件,。

       1 SNMP體系結(jié)構(gòu)

       SNMP的體系結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）以簡(jiǎn)單的查詢/回答模型為基礎(chǔ),，發(fā)送查詢的用戶為管理者，SNMP的服務(wù)器（代理器）回答查詢,。

       SNMP在TCP/IP體系中屬于應(yīng)用層協(xié)議,。為了實(shí)現(xiàn)SNMP體系,，就必須實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用層到物理層的所有要用到的協(xié)議，管理器在PC機(jī)上,，代理器處于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng),，代理器駐留在被管理系統(tǒng)的MIB，我們以單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式代理器,，嵌入式代理器要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果有異常情況發(fā)生,，通過(guò)發(fā)送Trap報(bào)文給管理器,，告知網(wǎng)管有異常情況發(fā)生，在報(bào)文中還帶有異常情況的相關(guān)信息,，網(wǎng)管可以根據(jù)這一信息進(jìn)行相應(yīng)的處理,，在一些情況下，代理器將數(shù)據(jù)保存起來(lái),，以備管理器的查詢,。

       2 嵌入式代理器的硬件實(shí)現(xiàn)

       我們?cè)O(shè)計(jì)的基于SNMP的控制系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2。

       控制現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集由A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入單片機(jī),。單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,，并且執(zhí)行SNMP代理器的任務(wù)，硬件部分主要包括A/D,、串口,、以太網(wǎng)、小邏輯,、單片機(jī),、監(jiān)控信號(hào)采集、電源及監(jiān)控等模塊,，本文著重介紹與嵌入式SNMP代理器密切相關(guān)的部分,。

       2.1 串口模塊

       單片機(jī)使用的是TTL電平，而RS-23協(xié)議所使用的電平不同,，所以需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,，通過(guò)MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

       2.2 A/D模塊

       A/D模塊主要負(fù)責(zé)采集外部監(jiān)控信號(hào),，采用AD0809可以采集8個(gè)通道的數(shù)據(jù),，信號(hào)變化的動(dòng)態(tài)范圍并不大，利用這一特點(diǎn),，合理設(shè)置參考電壓,，可以提高分辨率，從而用低廉的器件實(shí)現(xiàn)很好的性能,，ADC0809的兩個(gè)參考電壓都可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié),，為了保證系統(tǒng)的精度,，參考電壓必須穩(wěn)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(zhuǎn)換器的參考電壓經(jīng)過(guò)電位器的分壓,，為了使參考電壓穩(wěn)定，必須選用高精度,、高穩(wěn)定性的電位器,。

       2.3 以太網(wǎng)模塊

       以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)的通信，采用RealTek的RTL8019芯片實(shí)現(xiàn),。

       RTL8919A（見(jiàn)圖3）有3種工作方式：跳線方式,，網(wǎng)卡的I/O和中斷由跳線決定；即插即用方式,，由軟件進(jìn)行自動(dòng)配置plug and play,；免跳線方式，網(wǎng)卡的I/O和中斷由外接的93C46中的內(nèi)容決定,。

       RTL8019AS的引腳65（JP）決定了網(wǎng)卡的工作方式,，引腳65腳（JP）是輸入引腳，當(dāng)引腳65為低電平時(shí),，8019工作在即插即用方式或免跳線方式,，具體由93C46中的內(nèi)容決定，在嵌入式應(yīng)用中如果可以不使用93C46,，則可以降低成本,，同時(shí)減少連線，我們把引腳65接高電平（VCC）,，使用跳線方式,。那么，網(wǎng)卡的I/O和中斷就不是由93C46的內(nèi)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(shí)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(wǎng)絡(luò)接口類型由引腳74（PL0）,、引腳77（PL1）決定,。將PL0、PL1懸空,，選擇自動(dòng)檢測(cè)模式,，芯片自動(dòng)檢測(cè)接口類型是用同軸電纜或雙絞線,，然后進(jìn)行工作。

       RTL89的IOCS16是16位I/O的選擇引腳,。當(dāng)網(wǎng)卡上電復(fù)位時(shí),，該引腳為網(wǎng)卡的輸入，如果該引腳為高電平,，網(wǎng)卡將選擇16位的模式,，如果該引腳為低電平，網(wǎng)卡將選擇8位模式,，51單片機(jī)是8位數(shù)據(jù),，所以用電阻R10下拉，因此在復(fù)位時(shí)該引腳為低電平,，網(wǎng)卡選擇8位模式。

       AD0-AD7是網(wǎng)卡的8位數(shù)據(jù)總線,，接單片機(jī)的P0口,，RESDRV（引腳33（RESET））接單片機(jī)的T0（P3.4），單片機(jī)用P3.4來(lái)復(fù)位網(wǎng)卡,。IRQ9接單片機(jī)的INT0（P3.2

）,，IRQ9是網(wǎng)卡的中斷9，接到單片機(jī)的中斷0上,，IOR,，IOW接到單片機(jī)的P3.6，P3.7（/WR,，/R）,。

       2.4 小邏輯模塊

       小邏輯模塊主要實(shí)現(xiàn)一些邏輯功能，A/D的時(shí)鐘由單片機(jī)的ALE信號(hào)8分頻,，各個(gè)外部器件的片選功能都由小邏輯模塊實(shí)現(xiàn),，雖然功能不復(fù)雜，如果用小邏輯器件實(shí)現(xiàn),，就需要較多的器件,，器件利用率低，在電路板上占據(jù)較大的空間,，與要求體積小的嵌入式應(yīng)用相矛盾,。采用可編程邏輯器件可以解決這些問(wèn)題。

       2.5 單片機(jī)模塊

       單片機(jī)模塊由單片機(jī)以及復(fù)位和看門狗電路,、外部擴(kuò)展RAM,、時(shí)鐘電路等外圍電路構(gòu)成，看門狗電路可以提高現(xiàn)場(chǎng)惡劣條件的干擾,，當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾使得單片記的程序跑飛,，看門狗沒(méi)有喂狗信號(hào),，看門狗電路將單片機(jī)和RTL8019復(fù)位，重新開(kāi)始運(yùn)行,。

       3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

       由于SNMP的編解碼需要占用很多CPU時(shí)間,，并且在單片機(jī)上還要實(shí)現(xiàn)A/D數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、以太網(wǎng)通信,、串口通信等功能,，這就使得協(xié)調(diào)各個(gè)功能非常困難，因此,，我們選用Micro-C/OS51作為單片機(jī)的操作系統(tǒng),，Micro-C/OS51是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Micro-C/ OS在51單片機(jī)上的移植代碼，實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠很好地提高CPU的效率,，并且是多任務(wù)系統(tǒng),，能夠協(xié)調(diào)多個(gè)任務(wù)，我們將單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能分為人機(jī)交互任務(wù),、A/D處理任務(wù)和SNMP處理任務(wù),。

       3.1 人機(jī)交互任務(wù)

       人機(jī)交互任務(wù)是通過(guò)單片機(jī)的串口來(lái)實(shí)現(xiàn)與用戶的交互，用戶通過(guò)串口電纜將PC機(jī)與單片機(jī)的串口連接,，通過(guò)PC機(jī)的超級(jí)終端可以使用命令行的方式對(duì)代理器的有關(guān)參數(shù)（網(wǎng)關(guān)地址,、主機(jī)地址等）進(jìn)行配置，還可以察看相關(guān)的運(yùn)行信息,，主要的命令行有：Host 配置本機(jī)IP地址,；Gateway 配置網(wǎng)關(guān)地址；Mask 配置子網(wǎng)掩碼,；Snmphost 配置SNMP管理器IP地址,；Macadr 配置本機(jī)物理地址；ping 可以用這個(gè)命令來(lái)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)鏈路,；clear 清除電話顯示屏的內(nèi)容,。

       人機(jī)交互任務(wù)實(shí)現(xiàn)的主要思路就是單片機(jī)接收用戶鍵盤輸入的字符存入命令緩沖區(qū)，并回顯到屏幕,，當(dāng)用戶按下回車鍵,，觸發(fā)軟件狀態(tài)機(jī)狀態(tài)變遷，從輸入態(tài)轉(zhuǎn)移到命令解釋態(tài),，然后根據(jù)用戶命令調(diào)用相關(guān)子程序執(zhí)行相關(guān)操作,，執(zhí)行完畢后重新回到輸入態(tài)。

       人機(jī)交互程序由詞表,、取詞子程序,、狀態(tài)機(jī)框架程序（輸入回顯和命令解釋執(zhí)行）命令相關(guān)子程序組成，詞表就是命令語(yǔ)句的集合，取詞子程序從命令行語(yǔ)句中提取單詞并存入詞表,，同時(shí)進(jìn)行匹配檢查和詞法分析,，輸入回顯程序循環(huán)檢查用戶鍵盤輸入，命令解釋程序調(diào)用取詞子程序分析用戶命令行輸入,，根據(jù)詞表第1個(gè)單詞在散轉(zhuǎn)表中的位置調(diào)用相應(yīng)執(zhí)行子程序處理命令,，命令解釋程序向相應(yīng)的命令 相關(guān)子程序傳入詞表指針，具體執(zhí)行由用戶自行決定,，由命令相關(guān)資程序返回后重新回到命令輸入態(tài),，完成一次輸入執(zhí)行全過(guò)程，此過(guò)程周而復(fù)始地循環(huán)執(zhí)行,。

       3.2 A/D處理任務(wù)

       A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間,，讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果有3種方式：

       a）采用中斷方式，讀取數(shù)據(jù)及時(shí),，同時(shí)頻繁的中斷處理增加了CPU的負(fù)擔(dān),。

       b）查詢方式，造成CPU時(shí)間的浪費(fèi),，大大地降低了CPU效率,；

       c）等待方式，看起來(lái)沒(méi)有優(yōu)點(diǎn),，但是在UC/OS51操作系統(tǒng)中，到任務(wù)調(diào)度的一個(gè)很重要的思想就是延時(shí),，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)執(zhí)行一段時(shí)間后,，再延時(shí)一段時(shí)間，以便低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)執(zhí)行,，這樣將等待的時(shí)刻放到A/D處理任務(wù)的延時(shí)時(shí)刻,，可以起到一舉多得的作用，我們正是采用這種方式,。

      3.3 SNMP處理任務(wù)

       當(dāng)接收到UDP數(shù)據(jù)包,、處理UDP報(bào)頭后，由函數(shù)udp_recv（）處理SNMP數(shù)據(jù)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(jìn)行所請(qǐng)求操作的權(quán)限,，如果沒(méi)有權(quán)限,，則拋棄該報(bào)文，并且給管理器發(fā)送Trap報(bào)文,。如果權(quán)限正確,，則從代理器上的MIB表中查找所請(qǐng)求的對(duì)象。找到后，執(zhí)行相應(yīng)操作,，同時(shí)生成響應(yīng)報(bào)文,。然后進(jìn)行SNMP編碼，如果編碼無(wú)誤,，則將這個(gè)SNMP報(bào)文交給上一層協(xié)議處理,，SNMP處理流程見(jiàn)圖4。

       在SNMP處理過(guò)程中,，SNMP的編碼和解碼非常關(guān)鍵,，以解碼為例來(lái)說(shuō)明，解碼出SNMP報(bào)文使用SNMP的版本號(hào),，報(bào)文所使用的共同體號(hào),，版本號(hào)，表明了報(bào)文使用SNMP的版本,，如果管理器與代理器使用協(xié)議的版本不同,，將不能正常通信，共同體相當(dāng)于密鑰,，只有有了密鑰的管理器才能夠訪問(wèn)代理器,，否則，代理器不予響應(yīng),，PDU解碼出管器所要訪問(wèn)的對(duì)象,，SNMP解碼的流程圖見(jiàn)圖5。

       流程圖中的snmpDec（）函數(shù)解碼SNMP函數(shù)報(bào)文,，將有用的信息提取出來(lái),，MibRequest（）函數(shù)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(lái)的OID（對(duì)象標(biāo)識(shí)符），查找到OID后,，同時(shí)獲得了這個(gè)對(duì)象的信息,，編碼同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行，MibCmpObjId（）函數(shù)的作用是采用比較的方式查找表項(xiàng),。SnmpEnc（）函數(shù)將得到的響應(yīng)報(bào)文按SNMP的編碼規(guī)則編碼成SNMP報(bào)文,。make_udp（）函數(shù)將SNMP報(bào)文封裝在UDP報(bào)文中。再經(jīng)過(guò)IP協(xié)議封裝,，以太網(wǎng)協(xié)議封裝后,，就可以通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。

       4 結(jié)束語(yǔ)

       我們將該系統(tǒng)用于光無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)管理與監(jiān)控系統(tǒng),。經(jīng)過(guò)使用后發(fā)現(xiàn)：該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控光無(wú)線通信系統(tǒng)的運(yùn)行,，由于采用Internet傳送數(shù)據(jù)，所以傳輸距離不受限制,，SNMP是應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議及實(shí)現(xiàn)嵌入式SNMP代理器,，可以使光無(wú)線通信系統(tǒng)的管理很方便地加入到現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),，由于采用廉價(jià)的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式SNMP代理器，主要的協(xié)議處理由軟件實(shí)現(xiàn),，成本很低,。