嵌入式系统网络设备的MAC及IP地址设置

    在网络日益重要的今天，越来越多的嵌入式产品有了联网的要求。以上嵌入式产品的分类中，除了网络设备特别强调网络功能外，其它几类产品经常也有网络要求。
     在谈到网络功能时，很自然就会想到目前应用越来越广的Linuxz操作系统。Linux对网络有很强的支持能力，甚至比大多数操作系统的性能更好。实际 上，Linux的发展是人们在网络上的相互合作下进行的，且Linux本来就是用在网络上的。Linux几乎支持所有常见的Internet协议，如 FTP、POP、DNS、NIS等等。Linux也适合各种局域网。 
      Linux不仅能很好地用于通用计算机，而且已很好地移植于嵌入式系统。嵌入式Linux，就是经过小型化裁减，而且可以被烧制到容量仅为几KB或几MB 的存储器中，不需要硬盘，应用于各种特定的嵌入式环境的专用中，不需要硬盘，应用于各种一的嵌入式环境的专用操作系统。它保留了Linux的大多功能，特 别是网络支持能力。uClinux就是一个优秀的嵌入式Linux操作系统。

本论文中要讨论的MAX及IP地址分别指的是：
      MAC地址在这里特指以太网定义的一个48位（6字节）地址。每台连到以太网网络的计算机分配一个唯一的48位（6字节）数字，即它的以太网地址。为分配 地址，以太网硬件制造商购买以太网地址块，在生产以太网接口硬件时顺序给它们分配。MAC地址属于物理层的地址，对于不同类型的网络，其物理址分配方式不 同，但本论文中介绍的设置方法都适用。
      IP地址（IP address）也叫互连网地址（Internet address）。它是TCP/IP的设计人员选择的一个类似于物理网络的编址地址。互连网上的每个主机都分配了一个唯一的32位（4字节）整数地址。 IP地址属于软件协议层的地址。只要主机上运行TCP/IP协议，其IP地址的编址方式就符合这个统一标准。
      作为嵌入式网络设备的“身份证”，MAC及IP地址的配置是嵌入式网络设备必须面对的问题。它与通用计算机的操作有些不同。

1 嵌入式网络设备中MAC及IP地址的特点
      在嵌入式系统中，操作系统和所有的应用软件都被固化到Flash等存储设备中。在嵌入式系统中很少使用外存。嵌入式系统的启动往往也是“自动”的，即从上电到处于工作状态，不用人的介入。这是嵌入式设备应用的要求和特点。
       嵌入式网络设备的启动，很自然会遇到MAC及IP地址的设置问题。
       对于通用计算机，其以太网的MAC地十一般是不能变的，它是由网卡生产厂家固化在网卡中的。除了网卡生产厂家，很少有其他人关心它。而IP地址，可以根据用户的需要设为指定值。其设定的IP地址是存储在硬盘上的，操作系统启动时，可以自动取得该值并启用它。
       嵌入式网络设备中的MAC及IP地址的设置有它的特点：
       ①关心和接触嵌入式网络设备MAC地址的人比关心和接触通用计算机MAC地址的人多得多。因为设计、研究和生产嵌入式网络设备的厂家比网卡的厂家多得多。
       ②在嵌入式设备中往往没有硬盘，它的操作系统和应用软件通常是打包放在Flash等存储设备中。系统启动时，把Flash中的代码释放到内存中，再在内存 中运行。比如嵌入式操作系统Uclinux，在用于S3C4510B这样的带以太网接口的嵌入式设备时，把内核和应用程序代码压成一个映像文件包，在包中 有网络部分MAC及IP地址。但这些MAC及IP地址的值是在编译映像文件时设定的，而且在编译后的映像文件中的值是不能直观地看到的，而且在编译后的映 像文件中的值是不能直观地看到的，它是压缩了的二进制数据，不方便地映像文件中直接更改MAC及IP地址的值。
      ③对于使用同一映像文件的嵌入式网络设备，如果不做进一步的处理，其MAC及IP地址是相同的。这显然不能满足应用，因为不同的设备应该有不同的MAC及 IP地址。而编译生成映像文件往往要用十几甚至几十分钟。对于生产厂家，不可能为每台设备编译一个特定的映像文件。
       针对以上问题，笔者在S3C4510B上运行uClinux时，使用了一些特殊的方法来解决它。

2 MAC及IP地址的设置       
       笔者使用的S3C4510B嵌入式网络设备的基本框图如图1所示。  
    
      其中，Flash是一片HY29LV160，共16Mb，分35个扇区。程序映像文件是从低扇区开始存放的。
      本嵌入式网络设备系统的MAC及IP地址设置的基本思想是：把MAC及IP地址存放在Flash的未用扇区（一般在高扇区），嵌入式操作系统启动后，自动运行一个程序去读取MAC及IP地址并设置它。
      用户如何把MAC及IP地址放到Flash中？笔者使用的方法是通过计算机串口与网络设备的RS232接口（即串口）相连，使用超级终端的方式，运行网络设备中的程序把数据写入Flash中。
      针对MAC及IP地址的设置，笔者编了以下两个运行于嵌入式操作系统uClinux上的程序。     
     （1）MyIP：处理IP地址的设置      程序使用说明：
      myip-r 读取Flash中的IP地址并检验合法性和启用它
      myip-w 172.20.91.15 ；更改Flash中的IP地址为172.20.91.15, 掩码为255.255.255.0,并启用它
      myip-w 172.20.91.15-m 255.255.192.0 ；更改Flash中的IP地址为172.20.91.15，掩码为255.255.192.0，并启用它     
     （2）MyMAC,处理MAC地址的设置
     程序使用说明：
     mymac-r ；读取Flash中的MAC地址并检验合法性和启用它
     mymac-w aa:bb:dd:ee:ff，更改Flash中的MAC地址为aa:bb:cc:dd:ee:ff，并启用它
     运行在S3C4510B上的应用程序，可以用串口终端输入指令的方式运行。作为嵌入式应用，要求系统复位就能自动行动指定的程序。这时，我们得到另一种运行程序的方式：在uClinux开发包的4510B文件中配置（相当于DOS中的自动批处理程序）。如加入
     /bin/./mymac-r
     /bin/./myip-r
     编译后的映像文件就可使系统自动运行mymac-r和myip-r，完成系统启动时自动从Flash中读取MAC地址和IP地址并配置它们。
    对于嵌入式网络设备生产厂家，可以使用以上两个程序的带“-W”参数的用法完成MAC和IP地址的设置；而嵌入式网络设备的用户只用知道处理IP地址的程序，一般不允许随着更改MAC地址。
     图2、图3是两个程序的流程。
     
 
     在这里强调两点：
     ①这两个程序都用到了Linux的网络配置指令ifconfig(具体用法请查阅Linux下的相关帮助文档)。在用该指令更改MAC地址时，需要硬件的 支持。如一般的通用计算机上，网卡的MAC地址不能更改，该指令执行时将报异常；而在S3C4510B这样的嵌入式网络设备上，就能成功更改设备运行时的 MAC地址。
     ②Flash的基地址在操作系统启动前后一般是不同的，这主要是为了提高系统运行的速度。另外，对Flash进行写操作之前应先擦除操作扇区，注意数据的 保护；不要擦除整个Flash，否则连同映像文件一起被清掉后，系统也就不能正常运行了。在对Flash的操作时应特别注意这些。

结语
      嵌入式网络设备的“身份证”——MAC及IP地址的设置，与通用计算机的设置有独特之处。嵌入式网络设备往往没有硬盘，不能像通用计算机那样操作；也不可 能为每一台设备“量身”编译映像文件。本论文介绍的方法——把MAC及IP地址存放在Flash等存储设备上，嵌入式操作系统启动后，自动运行一个程序去 读取MAC及IP地址并设置它。这样就可以在同一映像文件包下方便地配置嵌入式网络设备MAC及IP地址。