周慧琴

（忻州師范學院 計算機系，山西 忻州 034000）

試析當前寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善

周慧琴

（忻州師范學院 計算機系，山西 忻州 034000）

寬帶路由器是一種嵌入式產(chǎn)品，為家庭或小型辦公室的共享上網(wǎng)提供了可能，其特點是實時性強、網(wǎng)絡(luò)處理頻繁、結(jié)構(gòu)簡單.嵌入式操作系統(tǒng)符合寬帶路由器所具有的這些特點，是寬帶路由器軟件實施的關(guān)鍵.主要對寬帶路由器的功能和幾種常見的嵌入式操作系統(tǒng)進行簡要分析，并提出一些策略來完善寬帶路由器的嵌入式操作系統(tǒng).

寬帶路由器；嵌入式操作系統(tǒng)；完善

0 引言

隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展、人們生活水平的提高，互聯(lián)網(wǎng)進入了千家萬戶，越來越成為人們生活的重要組成部分.但隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，越來越多的問題也凸顯出來，其中一個主要的問題就是IP地址空間相對有限，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址的多重分配.因此，共享上網(wǎng)成為家庭或小型辦公室急需解決的問題，而寬帶路由器的研發(fā)就很好的解決了這一問題，為共享上網(wǎng)的實現(xiàn)提供了可能.

1 寬帶路由器的功能

1.1 DHCP功能

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態(tài)主機配置協(xié)議），可以為客戶機自動分配IP地址、DPS服務器的IP地址等TCP/IP參數(shù)、子網(wǎng)掩碼以及缺省網(wǎng)關(guān)，也就是說在DHCP服務器上有一個數(shù)據(jù)庫，里面存放著IP地址、DNS參數(shù)、網(wǎng)關(guān)等.路由器這一功能一般是不用特意設(shè)置的，都是默認開啟的，但是如果沒有開啟的話，建議用戶最好在管理界面上將其打開，這樣路由器所連接的計算機在使用時就不用手動指定IP地址了，只要使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中的自動獲取IP地址就能上網(wǎng).在一些大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中[1]，這種便利性尤為明顯，因為客戶端較多，使用DHPC便于機器的管理，也能為客戶提供TCP/IP參數(shù)配置，不僅能在很大程度上提高工作效率，也能避免IP地址沖突情況的產(chǎn)生.

1.2 防火墻功能

網(wǎng)絡(luò)安全是目前廣大計算機用戶普遍關(guān)注的一個問題，而路由器的防火墻功能在一定程度上解決了這一問題.它能夠屏蔽內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的IP地址、自由設(shè)定IP地址、進行通訊端口過濾，可以有效防止計算機遭受病毒或被黑客入侵，同時也能為計算機用戶節(jié)省開支，不需要額外花錢安裝病毒防護設(shè)備就可以擁有一個比較安全的網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境.因此，寬帶路由器的防火墻功能對于家庭計算機用戶而言是非常重要的，可以對病毒和黑客進行很好的防護，降低網(wǎng)絡(luò)癱瘓的幾率，為用戶節(jié)省不必要的麻煩.另外，通過路由器內(nèi)置的防火墻功能，計算機用戶也可以設(shè)置不同的過濾規(guī)則，過濾不屬于計算機本身的異常信息包，能有效減少病毒的入侵.

1.3 虛擬專用網(wǎng)絡(luò)

所謂的虛擬專用網(wǎng)并不是真正意義上的專用網(wǎng)絡(luò)，但是它卻擁有著和專用網(wǎng)絡(luò)一樣的功能.虛擬，就是指實際的長途數(shù)據(jù)線路不再是用戶唯一的選擇，客戶可以選擇將Internet公眾數(shù)據(jù)作為長途數(shù)據(jù)線路.專用網(wǎng)絡(luò)，指的是用戶的專屬網(wǎng)絡(luò)，是用戶依據(jù)自身需求所制定的獨有的網(wǎng)絡(luò).簡而言之，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)就是在Internet公用網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，用戶自己建立一個符合自身需求的專用網(wǎng)路，這就改變了長期以來以實體的私有專線架構(gòu)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)路為主導的的局面，對于一些企業(yè)級用戶來說，不需要再架設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了企業(yè)的開支.同時，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)能提供高水平的安全防護，使用高級的加密和身份識別協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)不被窺探，為各行各業(yè)辦公系統(tǒng)的安全性提供了強有力的保障.

2 具有代表性的嵌入式操作系統(tǒng)

2.1 Linux

Linux操作系統(tǒng)誕生于1991年10月5日，起源于一位名叫Linus Torvalds的計算機業(yè)余愛好者，他的目的是想設(shè)計一個代替Minix的操作系統(tǒng)，這個操作系統(tǒng)可用于各種處理器的個人計算機上，并且具有Unix操作系統(tǒng)的全部功能.Linux的誕生與發(fā)展始終都依賴著5個重要支柱：Unix操作系統(tǒng)、Minix操作系統(tǒng)、GNU計劃、POSIX標準和Internet網(wǎng)絡(luò)[2].從1991年一直到今天，這5大支柱一直伴隨則著Linux操作系統(tǒng)的成長，使其發(fā)展成為了當今最為流行的一款開放源代碼的操作系統(tǒng)，無論是在功能上還是在設(shè)計上都日趨完善.Linux可以運行在多種硬件平臺上，如：x86，680x0，SPARC等處理器的平臺，不僅如此，Linux還在嵌入式系統(tǒng)方面大放光芒，成為嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)中的一種較為理想的系統(tǒng)，成為項目的優(yōu)先選擇，這些特點和優(yōu)勢是其它系統(tǒng)無法比擬和取代的.

2.2 Windows CE

Windows CE是Windows Embedded Compact的簡稱，是Window家族中的一員，是微軟公司嵌入式、移動計算機平臺的基礎(chǔ)，是專門設(shè)計給掌上電腦以及嵌入式設(shè)備所使用的系統(tǒng)環(huán)境，同時還是一個集開放性、高效性、可擴展性于一體的操作系統(tǒng)[3].另外，Window CE允許多重功能與進程，在相同時間系統(tǒng)中運行Windows CE，最大可支持32位同步進程，而且每個進程中還包含一個或多個線程，每個線程之間也是相互獨立的，這就證明Windows CE是一個有優(yōu)先級的多任務操作系統(tǒng)，并且其針對的主要是有限資源的硬件環(huán)境.而且，Windows PC除了具有Window家族的共性外，還具有嵌入式系統(tǒng)所要求的實時性、內(nèi)存小等特點，在很大程度上為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了便利.所以，將Windows CE應用到嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，能夠獲得最好的性能，在縮短開發(fā)周期、降低技術(shù)風險方面也有著莫大的助益.

2.3 pSOS

pSOS是一種實時的嵌入式操作系統(tǒng)，是美國系統(tǒng)集成公司根據(jù)幾十年從事嵌入式實時系統(tǒng)理論研究與實踐活動設(shè)計開發(fā)的，也是世界上最早的實時系統(tǒng)之一.2000年2月16日，該公司與WindRiver Systems公司合并，所以目前pSOS是屬于WindRiver Systems公司的產(chǎn)品.pSOSystems的設(shè)計宗旨是為了能夠?qū)崿F(xiàn)實時操作系統(tǒng)的高效、可靠、便于使用，從而能夠支持用戶自己設(shè)計的或者是商品化的硬件系統(tǒng).另外，pSOSystems還具有模塊化結(jié)構(gòu)，圍繞操作系統(tǒng)內(nèi)核pSOS＋有一系列的軟件功能模塊，包括：文件管理器模塊、單處理器模塊、多處理器模塊等，因此不同的應用在使用它們時可以不進行任何的修改，而且這些模塊還采用了黑盒子技術(shù)，可以為用戶減掉維護的麻煩，還能在很大程度上確?？煽啃?

3 寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善策略

3.1 注重實時操作系統(tǒng)的使用

嵌入式實時操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應用中越來越廣泛，能在很大程度上提高系統(tǒng)的安全性、可靠性.為了維護控制系統(tǒng)的安全，最基本的要求就是系統(tǒng)不能崩潰，同時系統(tǒng)還須有自我修復能力，這就需要在硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方面盡可能的提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、抗干擾性，最大限度的減少安全漏洞和安全隱患.但是就目前情況而言，后臺系統(tǒng)軟件設(shè)計在遇到強烈的干擾時，會使正在運行的程序出現(xiàn)錯誤、產(chǎn)生異常，甚至出現(xiàn)了死循環(huán)現(xiàn)象，造成系統(tǒng)癱瘓[4].然而若是使用實時操作系統(tǒng)，在干擾時可能只是引起若干進程的破壞，不會對整個系統(tǒng)造成嚴重的影響，而且還可以通過運行的系統(tǒng)監(jiān)控進程對其進行修復.另外在嵌入式實時操作系統(tǒng)環(huán)境中，對一個復雜的應用程序進行開發(fā)時，可以將整個程序分解成若干個任務模塊，每個任務模塊在調(diào)試和修改時互不干擾，這樣就能提高開發(fā)效率、縮短開發(fā)周期.所以，在寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)完善過程中要注重實施性操作系統(tǒng)的使用.

3.2 注重模塊的劃分

目前，嵌入式系統(tǒng)在應用上非常廣泛，包括了工業(yè)控制、交通管理、信息家電等許多方面，由于涉及的領(lǐng)域和應用目的的不同，嵌入式系統(tǒng)在功能上、結(jié)構(gòu)上也存在著很大的不同[5].這就決定了要對嵌入式操作系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計，這樣才能在靈活性和適應性上給予嵌入式操作系統(tǒng)以保證.嵌入式操作系統(tǒng)中可以模塊化的組成有：內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊、調(diào)度模塊、通信模塊等.內(nèi)存管理模塊、文件系統(tǒng)模塊是獨立的模塊，而調(diào)度模塊、通信模塊是有數(shù)據(jù)上的耦合，所以，在進行模塊劃分時可以將操作系統(tǒng)核心的一些功能獨立出來，做成單獨的能夠方便拆卸的模塊，也可以從最簡單的框架開始.但這個簡單框架中的每個模塊都要具有高效性、有適當?shù)鸟詈隙?，并提供標注化接?只有對嵌入式系統(tǒng)進行模塊劃分，才能使寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)日趨完善.

3.3 注重已有資源的利用

雖然當今社會科技發(fā)展比較迅速，但是若想設(shè)計一個全新的操作系統(tǒng)也不是短時間能完成的，所以若想快速完善寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)，必須利用現(xiàn)有的資源進行設(shè)計，這樣才能大大減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量[6].例如：上述所講的Linux就是利用Unix進行開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng).Linux起源一個學生的簡單要求，在其上大學時唯一買得起的軟件是Minix，當時Minix是教學中廣泛應用的一種簡單的操作系統(tǒng)，該學生對Minix不是很滿意，決定編寫軟件，他以學生時代熟悉的Unix為原型，在一臺Intel 386 PC上開始了他的工作.這就是Linux的起源，它充分利用了當時現(xiàn)有的資源——Unix，為操作系統(tǒng)的研發(fā)節(jié)省了大量的時間，而且值得注意的是Linux并沒有延用Unix源碼，而是按照公開的POSIX標準進行了重新的編寫，這才使得Linux被應用至今，并且在嵌入式操作系統(tǒng)中占據(jù)著重要的位置.所以，只有對現(xiàn)有資源進行充分利用，才能為寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的完善提供可能.

4 結(jié)語

在將嵌入式操作系統(tǒng)應用到寬帶路由器中時，要對路由器的功能進行充分考慮，還要依據(jù)不同情況選擇不同類型的嵌入式操作系統(tǒng)，并且要積極采取一定策略對寬帶路由器中的嵌入式系統(tǒng)進行完善，從而使寬帶路由器中內(nèi)置的嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)揮其最大的功效.

[1]張曉華，張玉華.基于路由器的開源嵌入式操作系統(tǒng)學習平臺[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2013，（2）：13-16.

[2]宋延昭.嵌入式操作系統(tǒng)介紹及選型原則[J].工業(yè)控制計算機，2005，（7）：41-42，24.

[3]高偉華，楊子軍.嵌入式操作系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].黑龍江電力，2002，（5）：383-386.

[4]劉紹南.嵌入式操作系統(tǒng)研究[J].裝備指揮技術(shù)學院學報，2003，（2）：98-101.

[5]王明偉.寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的改進[D].杭州：浙江大學，2005.

[6]解超.寬帶路由器嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].杭州：浙江大學，2004.

（責任編輯 李健飛）

On Perfecting Embedded Operating System of Current Broadband Router

ZHOU Hui-qin
（Department of Computer，Xinzhou Teachers University，Xinzhou，Shanxi 034000，China）

Broadband router is an embedded product，and it provides the possibility for sharing a home or small office network，with the characteristics of real-time structure，frequent network processing，and simple operation.Embedded operating system is in accordance with all the characteristics of a broadband router，and it is key to implementation of broadband router software.This paper analyzes briefly the functions and several common embedded operating system of broadband router and puts forward some strategies to improve the embedded operating system of broadband router.

broadband router；embedded operating system；perfect

TP316.8

：A

：1673-1972（2014）06-0047-03

2014-07-09

周慧琴(1973-)，女，山西忻州人，講師，主要從事計算機操作系統(tǒng)研究.