基于uc/os-II嵌入式实时操作系统的SNMP

谢红刚， 敖 蕾, 李 丽, 刘倩丽

(湖北工业大学电气与电子工程学院， 湖北 武汉 430068)



基于uc/os-II嵌入式实时操作系统的SNMP

谢红刚， 敖 蕾, 李 丽, 刘倩丽

(湖北工业大学电气与电子工程学院， 湖北 武汉 430068)

在嵌入式操作系统上开发高质量的SNMP已经成为网络通信的发展趋势，由于uc/os-II操作系统的简单实用，研究基于uc/os-II嵌入式实时操作系统下SNMP的管理系统，并结合实际设计项目对管理系统的实现原理和实现过程进行了分析。

SNMP； 嵌入式； uc/os-II操作系统

由于Linux操作系统的功能强大，稳定可靠以及有强大的网络功能等特点，深受人们欢迎，基于Linux的嵌入式SNMP的研究也层出不穷[1-3]。由于Linux操作系统代码量多，占用内存空间大的特点，在小型设备上使用不合适，于是针对一些小型设备网络管理，提出了基于uc/os-II嵌入式实时操作系统的SNMP。本文提出的基于uc/os-II嵌入式实时操作系统下的SNMP基于TCP/IP协议工作，而TCP/IP以太网所显示的优势，使其能够满足数据采集和控制对实时性、抗干扰性、可靠性的严格要求。

1 SNMP协议和uc/os-II的简介

简单网络管理协议(SNMP)是由Internet体系结构委员会(IAB)提出来的，以简单、易用获得了很多公司的支持，得到了广泛的应用，而且还应用到了无线网络，成为了事实上的工业标准。

SNMP协议又称之为代理和管理者之间的通信协议，两者之间的共同点是都运行TCP/IP协议。管理者可对管理设备提出效能、配置和状态等信息的询问，透过要求与回复(request/replay)的简单机制来撷取代理者身上的信息，而两者之间的信息主要是通过PDU协议数据单元来传送[4]。

uc/os-II是一种简单的操作系统[5]，具有简单易学、注释清晰、范例丰富、可移植性高的特点。它最主要的优点是系统内核实用性强、可靠性高，从最老版本的ucos，以及后来的uc/os，到最新版本的uc/os—II，该实时内核已经经历了近10年的历程。而且其内核是完全免费的，用户不需要支付任何费用，有利于降低系统的开发成本。

uc/os是一个非常小巧的实时操作系统；整个代码分为内核层以及移植层，这样使得它的移植很方便；采用抢占式调度策略，保证任务的实时性；能够管理多达56个任务；提供了邮箱、消息队列、信号量、内存管理、时间管理等系统服务。

2 基于uc/os-II嵌入式实时操作系统的SNMP的实现

2.1 uc/os-II的移植

在嵌入式操作系统上实现SNMP,首先就要进行移植。uc/os-II的主要代码都是由标准的C语言写成的，所以移植方便。本项目是基于IAREWRAM开发环境下的移植，由于uc/os-II是源码公开的操作系统，且其结构化设计便于分离出与处理器相关的部分。uc/os-II在设计时就充分考虑了在不同处理器上的移植问题。uc/os-II是用C语言和汇编语言来编写的，其中大部分代码都是用C语言编写的，只有极少部分与处理器密切相关的代码是用汇编语言编写的，所以对于移植，只需要修改3个文件：OS_CPU.H 、OS__CPU_C．C和OS_CPU_A．ASM[6]，就能把它移植到需要的嵌入式处理器上。uc/os-II的体系结构见图1。

图1 uC/OS-II体系结构

2.2 SNMP的实现结构

管理站负责网管命令发出、数据存储及数据分析；代理端实现设备与管理站的SNMP通信。管理站与代理端通过MIB进行接口统一，管理站向代理申请MIB中定义的数据，代理识别后，将管理设备提供的相关状态或参数等数据转换成MIB定义的格式，应答给管理站完成一次管理操作[7]。

SNMP提供管理站和代理端，SNMP的网络管理体系结构见图2。

图2 SNMP网络管理体系结构

2.3 嵌入式SNMP代理的实现

2.3.1 ucos-II TCP/IP协议栈 SOCKET接口函数是TCP/IP的API,SOCKET API函数编写UDP或者TCP通信的任务，SOCKET建立函数、绑定函数，UDP(TCP)包接收函数、发送函数，SOCKET关闭函数。在完成UDP任务时，其中socket()创建套接字，当套接字被创建后，它的端口号和IP地址都是空的，因此应用进程要调用bind()函数将本地IP和端口与套接字相连，recvfrom()函数用于完成数据的接收，sendto()函数用于发送数据，closesocket()函数删除套接字。在完成TCP任务时，服务器在调用bind()函数后，还必须调用accept listen()把套接字设置为被动方式，以便随时接受客户的服务请求[8]。

2.3.2 SNMP代理的工作流程 嵌入式代理为设备与远程网管中心之间提供基于用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)之上的标准SNMP协议接口，主要任务是完成远端命令和消息接收发送(Get/Set)、协议的解析和封装、MIB库解析映射、板机事件上报等功能。嵌入式代理软件模块包括MIB库、初始化、主协议处理和Trap等三大模块。

图3 软件控制流程图

2.3.3 初始化MIB SNMP中atTable是描述地址转换表的表，下面是MIB-II中atEntry结构的部分定义。

atEntry OBJECT-TYPE

SYNTAX AtEntry

ACCESS not-accessible

STATUS deprecated

DESCRIPTION

“Each entry contains one NetworkAddress to ‘physical′ address equivalence.”

INDEX {atIfIndex,

atNetAddress}

::={atTable 1}

2.3.4 实现代理功能的框架程序

1)首先初始化MIB：init_mib

2)创建SNMP任务：task_snmp，创建任务后需要将任务初始化，初始化程序如下：

OSTaskCreate(Task_SNMP, (void *)0, &GstkSNMP[TASK_SNMP_STK_SIZE-1], TASK_SNMP_PRIO);

SNMP任务函数：task_snmp，程序如下：

void Task_SNMP(void *pdata)

{SOCKETs;

…

s=*socket(0, SOCK_DGRAM, UDP_PROTOCOL);

clientaddr.sin_port=161;

iii=bind( (SOCKET * )&s, (struct sockaddr*)&clientaddr,sizeof(clientaddr));

while (1)

{rec_coute=recvfrom(s,snmp_rec_buffer,1460, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, &iii);

if(rec_coute>0){

templenth=snmp_rcve(snmp_rec_buffer,rec_coute);

if(templenth!=0){

sendto(s,snmp_send_buffer,templenth,0,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)); }}}}；

建立socket通道，接受通道数据，并对数据进行解析。

SOCKET *socket( uint16 af, uint16 type, uint16 protocol)

{

uint8 i,j,k;

static uint16 port=1025;

…

if(protocol==TCP_PROTOCOL)

{…}

else if(protocol==UDP_PROTOCOL)

{ …}}

建立socket通道以后，响应管理端发起的连接，然后绑定端口，检查IP地址。

通过accept()函数建立连接，连接成功后通过recvfrom()完成数据的接收，接收到的数据通过sendto()完成数据的发送，数据成功发送出去后，closesocket()删除套接字，这样通过socket口的数据接收与发送完成。

3)接收数据报文

uint16 recvfrom( SOCKET s, uint8 *buf, uint16 len, int flags, struct sockaddr *from, uint16 *fromlen ) 用于接收管理站发送过来的报文，通过SOCKET端口接收。

4)分析数据报文

首先是SNMP头分析，如果接收到的数据合格，就进行下一步的分析，其次是版本号的分析；共用体的分析，分析共用体的权限；操作类型的分析(包括种类：get,get_next,set)以及长度和数据段的分析。其流程见图4。

5)处理数据报文

数据的处理过程就是数据封装的过程，即将分析后的数据封装在snmp_send_buffer中，其中数据拷贝并填充发送到数据缓冲的程序如下：

uint8 COPY_SEGMENT(tlvStructType * val,uint8 copydata)

{

uint8 seglen;

…

memcpy(&response.buffer[response.index],&snmprequest.buffer[val->start],seglen );

response.index += seglen;

return seglen;}

其中response.buffer=snmp_send_buffer; snmp_send_buffer为全局变量，将封装好的信息传到udp.c，进行下一步分析。

图4 数据报文分析流程图

6)生成应答报文

SNMP作为UDP的数据部分再经过UDP封装后生成新的应答报文，其程序如下：

uint8 Udp_Process(Rec_Ptr * Udp_Rec)

{

static uint8 UDP_REC_BUFF_NUM=0;

uint8i,j;

memcpy (&(UdpRecBuff[UDP_REC_BUFF_NUM]), (*Udp_Rec).RecDataPtr, (*Udp_Rec).length);…}

7)返回分析结果

将封装好的数据报文经过Socket发送给管理端。

该snmp代理代码加载在基于TI终端上，通过SNMP管理软件实现对该终端的网络信息的管理。使用Wireshark1.10.6网络封包分析软件获取的代理端与管理站之间通信的SNMP数据包如图5所示。

图5 管理站界面图

3 结论

随着网络技术的飞速发展，网络管理工作也变得越来越复杂，简单网络管理协议便应运而生，它简化了复杂的网络管理工作，更方便了对远程设备的控制。嵌入式操作系统也被广泛应用，本文提出基于COS-II操作系统的SNMP,通过IAR Embedded Workbench 开发工具编程、调试，实现了SNMP在COS-II操作系统下的网络管理，适用于一些简单的、小型设备的网络管理。

[1] 徐晶晶.基于嵌入式SNMP网管代理系统的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2008:34-36.

[2] 刘桂源. 基于ARM的LINUX嵌入式SNMP代理的分析与实现[D].南昌：华东交通大学，2010:21-25.

[3] 高翊宇，马林华，南秦博.基于Linux操作下的TCP/IP网络通信研究与应用[J].现代电子技术，2006，(18)：74-75.

[4] 李明江.SNMP简单网络管理协议[M].北京：电子工业出版社，2007:5-10.

[6] 任 哲，樊生文.嵌入式操作系统基础uc/os-II和Linux(第二版)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011:222-224.

[7] 车一龙.基于SNMP的无线网管系统MIB设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2012:9-14.

[8] 龚 康.面向生产设备管理的嵌入式SNMP代理研究与实现[D].重庆：重庆大学，2012:7-10.

[责任编校： 张岩芳]

The SNMP Management System based on the Embedded Real-time Operating System uc/os-II

XIE Honggang, AO Lei, LI Li, LIU Qianli

(SchoolofElectrical&ElectronicEngin.,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

With the development of network, it has become a trend of network communication to develop high quality SNMP on embedded operating system. Due to the simplicity and practicability of the operating system uc/os-II, based on the embedded real-time operating system uc/os-II, the SNMP management system were studied in this paper. And the implementation principle and implementation process of management system were also analyzed combined with the actual design project.

SNMP; the embedded; operating system uc/os-II

2014-08-21

湖北省自然科学基金(2014CFB585)

谢红刚(1973-)， 男， 湖北鄂州人，工学博士，湖北工业大学教授，研究方向为通讯

1003-4684(2015)01-0025-04

TN915.07

A