嵌入式系统设计中国电信e8-B家庭网关调研报告姓名：专业：学号：日期：目录第一章家庭网关概述 (3)1.1 家庭网关简介 (3)1.2 家庭网关主要功能 (4)1.3 家庭网关型号选择与功能分析 (5)第二章家庭网关的接口方式 (6)2.1 e8-B接口方式 (6)第三章家庭网关的计算机系统的特点 (8)3.1 e8-B家庭网关计算机系统概述 (8)3.2 核心处理器 (9)3.3 操作系统 (10)3.4 主要芯片 (11)3.5 内存 (12)第四章家庭网关的性能要求及设计体现 (13)4.1 家庭网关的管理需求与设计体现 (13)4.2 家庭网关的内网需求与设计体现 (13)4.3 家庭网关的无线需求与设计体现 (13)第一章家庭网关概述1.1 家庭网关简介随着网络技术的发展与普及，人们的生活方式发生深刻的变化。
数字家庭的概念和现实需求正变得越来越清晰和迫切，数字化、信息化、网络化的智能家用电器也越来越多地为人们所使用，改变着传统的家庭生活和娱乐方式。
Internet 服务和丰富的数字媒体将更快更好的渗入到每个家庭，并通过家庭网络传播到每个房间、每个设备，从而改变人们的生活和娱乐方式。
自2005年开始，数字家庭和物联网迅速成为广电、电信、家电等领域中最热门的话题、最受关注的增值业务之一。
家庭网关作为数字家庭的核心，处于不可替代的重要位置，对于促进数字家庭等相关产业的发展起着不可或缺的作用。
在电信运营商方面，网络融合、业务融合及终端融合成为大势所趋。
可以预见，未来几年将是宽带网络发展和家庭网络普及的上升期。
在这种趋势下，各大运营商纷纷把目光从满足个人需求转变到满足个人所在家庭的整体需求，并开始设计相应的融合业务及产品。
提供基于家庭网络的业务成为运营商面向家庭用户的主要方式，而家庭网关作为家庭网络的核心控件也就显得越来越重要。
利用家庭网关方便快捷的提供各种家庭信息服务，不仅使运营商找到了新的业务增长点，而且有助于运营商从“管道”运营商向“综合信息服务提供商”转变，同时也带动了宽带及增值业务的发展。
在介绍家庭网关之前，需要首先提出家庭网络的概念。
由Home Automation Association(HAA)所定义的智能家庭网络是：一个使用不同方法或设备的过程(或系统)，以它来提高人们生活的能力，使家庭能够变得更舒适、安全和有效。
这样的家庭网络系统可以在没有或很少有人干预的情况下，对家内或家外可能发生的事情按预先设定的响应作出反应。
从技术上讲，智能家庭网络是将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐。
智能家庭网络通过有线或无线环境，连接各种信息终端(如PC、家电、电话、智能终端等)，通常包括家庭资源网络(提供影片共享、音乐共享、个人影音Studio、文件和打印共享等)与家庭控制网络(比如VOD、V oIP、网络游戏、网络电视、远程办公/教育/医疗、安防、电器控制等)。
智能家庭网络从组成上可分为以下部分：(1)家庭网关(2)各种信息终端设备和智能家电设备(3)家庭智能联网环境的构筑(4)信息网络(5)控制网络其中家庭网关占据了数字家庭中的关键位置，是连接公网和家庭私网的要道，即负责家庭内部对公网的访问和交互，又负责用户从公网上对于家庭网络的访问和控制，另外还需要负责家庭内部设备的互联，互控等操作。
不同的公司或组织对家庭网关有着不同的定义和理解：(1)RG(Residential Gateway Group)的定义一种简单的、智能的、标准化的、灵活的整个家庭网络接口单元，它可以从不同的外部网络接收通讯信号，通过家庭网络传递信号给某个消费设备。
(2)Cisco System公司的家庭网关定义一个在家庭内的网络化信息设备与智能宽带接入网之间的智能化网关。
(3)2Wire公司的家庭网关定义一种将家庭网络无缝连接到宽带网络，使所有家庭内连网设备同时享有高速连接的设备。
不同的家庭网关可以提供不同水平和类别的应用。
由RG定义的家庭网关设备可以使家庭消费者使用几乎所有主要的应用，如远程通讯、Internet接入、远程教育、远程医疗、可视电话、家电管理和集成、安全系统管理、家庭能源调节和管理、自动计量读表、邻里无绳漫游电话、视频传送和分配、虚拟VCR和视频点播、视频交互通讯、CD点唱机、在线广告和电子公告。
因此，由RG定义的家庭网关的概念被广泛接受。
1.2 家庭网关主要功能家庭网络化是整个社会信息化的一个重要的组成部分。
实现家庭内部信息与家庭外部信息的交互，是家庭内部设备连网的目的所在。
要实现该目的需要一个网关系统，来完成内外网络之间信息格式的转换。
这种网关系统应该具备两个主要功能：(1)作为所有外部接入网络连接到家庭内部，同时将家庭内部网络连接到外部的一种物理接口。
(2)使住宅用户可以获得各种家庭服务，例如远程控制与远程维护。
住宅用户获得的服务具体化可分为安全性服务，动态IP地址管理，Qos服务，节目单软件，自动网络配置模块，远程登录等。
1.3 家庭网关型号选择与功能分析根据目前市场应用情况，由设备商提供的家庭网关主要有：(1)上海贝尔RG100A-AA(2)中兴通讯H118B(3)华为EchoLife HG522-c根据市场资料与现有应用情况，本报告选择上海贝尔公司生产的RG100A-AA作为家庭网关的具体分析对象。
分析的具体产品型号为中国电信e8-B RG10 0A。
具体产品如图1.1所示。
图1.1 中国电信e8-B产品图该产品是一个高集成度的ADSL2+综合接入设备，是一个依据IEEE802.11b/g 标准的高端多合一网关产品。
它为个体用户，SOHO(小型办公室或家庭式办公室)小型企业等提供高性能的接入服务。
其主要支持的功能如下：全速率自适应ADSL、ADSL2/2+标准，支持桥接/路由功能；4个10/100Mps自适应以太网口支持PVC绑定；拥有USB Host端口，支持USB2.0移动存取设备；支持IPec VPN功能；支持DHCP功能；兼容多种Internet应用协议；工业标准和能共同使用的DSL接口；支持Virtual Server，IP Filter，DMZ Host等；软件数字签名升级功能，支持Image双备份功能；支持到16条永久虚拟线路(PVC)、支持TR069；支持最多8条PPPoE；支持SNMP v2，RIP v1及v2，NAT功能。
第二章家庭网关的接口方式2.1 e8-B接口方式中国电信e8-B家庭网关的外部接口方式实物图如图2.1所示。
图2.1 中国电信e8-B外部接口对应的指示灯功能框图与接口框图与下图2.2及图2.3所示。
图2.2 e8-B指示灯框图图2.3 e8-B接口框图其中与外网接口的部分为图2.3接口框图左侧的Line端口，也可称为ADSL 输入。
Power、Reset、WPS为功能按钮。
Power为电源开关键，Reset为复位键、WPS为无线网络安全开关。
WLAN为无线网络开关，提供无线网络的连接方式。
LAN1\iTV\3\4用于连接PC机或其他网络设备。
总共有4个有线接口。
有线接口可以连接PC机等有对应网络接口的设备，iTV端口用于连接数字电视机顶盒。
该型设备体现了家庭网关作为家庭内网与外网进行交互的主控设备的重要作用。
由于目前家庭常用设备并没有实现完全的智能化网络化，并且在物联网领域没有实现设备网络的标准化。
因此，当前的家庭网关所设计的接口主要提供给PC、数字电视机顶盒、无线网络等应用。
在家庭网络中的接口形式如下图2.4所示。
图2.4 数字家庭网络结构图第三章家庭网关的计算机系统的特点3.1 e8-B家庭网关计算机系统概述家庭网关是一个智能的嵌入式网络系统，从硬件结构上看，它需要提供类型多样的网络接口；从软件体系结构上看，它要求提供各种类型的接口驱动程序，可完成网络数据转发，并提供适当的保护功能。
e8-B计算机系统硬件部分主要由BCM6358主芯片，BCM5325交换芯片，B CM4318无线芯片，HY5DU56122FTP-5内存芯片以及内置天线与外围接口电路组成。
主芯片为控制芯片，交换芯片为专网芯片，无线芯片提供wifi连接的功能。
e8-B家庭网关的计算机系统核心电路板如图3.1所示。
图3.1 e8-B家庭网关核心电路板计算机系统软件部分的操作系统型号选择为openWrt，该操作系统是嵌入式linux的发行版。
在系统中提供的为定制化的服务，以适应家庭网络各种不同的应用场景。
家庭网关的软件体系结构主要分为3个层次：基于MIPS架构的Lin ux操作系统，包括Linux进程管理、文件管理、内存管理、中断和中断处理、系统初始化等；硬件驱动层包括USB驱动、网卡驱动、数据卡驱动、以太网、L ED等的驱动；应用程序层包括路由功能、web服务DHCP等。
家庭网关的软件体系结构如下图3.2所示。
图3.2 家庭网关的软件体系结构3.2 核心处理器由上一节的计算机系统概述可知，e8-B型家庭网关的核心芯片为博通公司的BCM6358。
BCM6358芯片内部结构如下图3.3所示。
图3.3 BCM6358芯片内部结构图BCM6358处理引擎是一个400MHZ双核MIPS332，具有独立的64KB思路I-缓存和共享的32KB数据缓存。
每个MIPS332核心支持一组V oIPu运算。
BC M6538包含专用硬件引擎，用于执行线速数据包分类，包修改，硬件路由和转发，数据包级服务质量。
基于BCM6358芯片的网关一体化解决方案如下图3.4所示。
图3.4 基于BCM6358芯片的网关一体化解决方案主芯片BCM6358接入转换芯片BCM5325连接ADSL，接入无线芯片BCM 4813创建无线热点。
3.3 操作系统操作系统采用linux发行版openWrt。
OpenWrt是一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统，拥有强大的网络组件和扩展性，常常被用于工控设备、电话、小型机器人、智能家居、路由器以及VOIP设备中。
同时，它还提供了100多个已编译好的软件，而且数量还在不断增加，而OpenWrt SDK更简化了开发软件的工序。
OpenWrt不同于其他许多用于路由器的发行版，它是一个从零开始编写的、功能齐全的、容易修改的路由器操作系统。
OpenWrt支持各种处理器架构，无论是对ARM，X86，PowerPC或者MIPS 都有很好的支持。
其多达3000多种软件包，囊括从工具链(toolchain)，到内核(linux kernel)，到软件包(packages)，再到根文件系统(rootfs)整个体系，使得用户只需简单的一个make命令即可方便快速地定制一个具有特定功能的嵌入式系统来制作固件。