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【无线电版】基于W5500的嵌入式SNMP代理端实现

2015-4-9 10:07:11 5820 W5500 嵌入式

0 一实验背景最近一个做焊接设备的朋友想在焊机上添加监控的新功能，实时获取焊机的温度、功耗等参数，还可简单控制，实现对集群焊接设备的网络化管理。而这个朋友不想在开发管理系统上花太多精力，想找一个开源的管理软件来实现他的需求。这让我想到了简单邮件管理协议SNMP，它生来就是为搞网络管理服务的。能广泛兼容各网络设备，一经推出就得到了广泛的应用和支持，几乎所有的网络设备生产厂家都实现了对SNMP的支持，大多数网络管理系统和平台也都是基于SNMP的。事实上，目前SNMP已成为网络管理领域中的工业标准，我国国家广电总局就要求通信领域的标准网络设备都必须支持SNMP协议。SNMP代理端实际占用系统资源少，在单片机上运行是没有问题的。于是我想到用手头的WIZnet-W5500评估板实现了SNMP代理端，给他提供一个参考。二 SNMP基础普及在实现SNMP代理端之前，我们先了解一下SNMP的基本知识。管理系统中就要有管理者和被管理者，网管协议定义它为管理站和代理端，它们通过管理信息库MIB进行接口统一，实现数据的通信。 MIB可以认为是一个被管理对象的集合，每个对象规定了能够被管理进程查询和设置的信息，同时都有自己的名字我们称之为对象标识符，简称OID，它的命名方法跟DNS树形结构命名类似，通过OID就能知道这个设备所属的领域和厂家，如MIB中有一个节点{1.3.6.1.4.1}，即enterprises，代表企业，它以下的节点都为企业型的。如IBM为{1.3.6.1.4.1.2}，Cisco为{1.3.6.1.4.1.9}等。任何一个公司、[url=mailto:学校只要用电子邮件发往iana-mib@isi.edu]学校只要用电子邮件发往iana-mib@isi.edu[/url]进行申请即可获得一个结点名。这样就可以定义自己的产品的OID，使它能用SNMP进行管理。为了操作管理数据库MIB，如图1所示：SNMP规定了5种协议SNMP报文，用来在管理进程和代理之间的交换。1 get-request；2 get-next-request；3 set-request；4 get-response；5trap。前面的3种操作是由管理进程向代理进程发出的get/set操作，双方都使用UDP161端口。第4个是对前三种操作的回应，用UDP161端口，第5个代理进程主动发出的报文，通知管理进程有某些事情发生，使用UDP162端口。图1 SNMP的5种报文操作图2是封装成UDP数据报的5种操作的SNMP报文格式。可见一个SNMP报文共有三个部分组成，即公共SNMP首部、get/set首部或trap首部、变量绑定。图2 SNMP报文格式三 SNMP嵌入式系统实现方法了解了SNMP协议之后，下面就让我们通过WIZnet W5500EVB做一个嵌入式SNMP代理端的简单实验。 1.实验目的：建立一个SNMP代理端 2.硬件环境单片机：STM32F103RC，256K字节Flash，48K字节SRAM 以太网控制器：W5500，SPI接口与单片机相连电源：USB供电硬件外设：板载LED 3.开发工具: IAR V5.14（版本不一样，需要稍加改动） 4.测试软件：串口调试助手，Net-SNMP（可从网络下载）软件部分是实现简单网络管理协议SNMP的关键，下面就以程序流程图的形式看看我们是如何实现的。图3为主程序流程图，我们可以看出程序首先进行单片机系统软硬件初始化，然后初始化W5500，配置了IP地址、MAC地址、和网关。图3主程序流程图配置完毕后就是代理端主动发送SNMP Trap报文了，发送SNMP Trap报文的过程比较简单，主要就是安装Trap报文格式对发送数据进行打包即可，需要注意的是数据包要根据ASN.1中的BER编码方式（格式类型/长度/值）进行编码。打包完毕后，开启UDP Socket，本地端口为162，然后向管理的162端口发送Trap包。接下来就进入一个循环，等待解析SNMP管理站发来Request数据包，边解析，边准备要回复的数据包，下图为代理端解析管理站发来的GET/SET请求，并准备Response数据包的流程图。图4代理端解析Request程序流程图通过图4流程图我们可以看到，整个过程是严格按照SNMP协议一步步进行解析判断的。需要说明的是，也是先根据SNMP编码方式进行解码，再进行比较和判断。我们知道SNMP中MIB联系管理站和代理端的关键，解析程序到最后查询的便是MIB中的对象，在此我们给出定义MIB对象的结构体： typedef struct { uint8 oidlen; uint8 oid[MAX_OID]; uint8 dataType; uint8 dataLen; union { uint8octetstring[MAX_STRING]; uint32 intval; } u; void(getfunction)(void , uint8 ); void(setfunction)(int32); } dataEntryType; 通过该结构体的定义我们可以知道MIB对象的几个部分:OID ,数据类型,数据长度,数据,get函数，set函数，本方案MIB中定义的一个控制LED动作的一个对象：{8, {0x2b, 6, 1, 4, 1, 0, 2, 0},SNMPDTYPE_INTEGER, 4,{“”}, NULL, setWIZnetLed} 其中8为OID长度，0x2b是ASN.1中“1.3”的缩写，即：140+3=0x2b。整个OID其实为1.3.6.1.4.1.0.2.0。该对象的set函数为setWIZnetLed： void setWIZnetLed(int32 val){ wiznetLedStatus =val;// W5500-EVB if (wiznetLedStatus==0 )GPIO_SetBits(GPIOA, LED3); // STM32 elseGPIO_ResetBits(GPIOA, LED3); } 此为函数名，同样也为函数的指针，在解析SET函数过程中有一句代码：snmpData[id].setfunction(snmpData[id].u.intval)；就是执行了该函数，其中snmpData[id].u.intval为从set Request当中解析到的绑定变量值。整个MIB就是由上述格式的对象组成，让可以自己定义对象的OID变量及对象的函数，当管理站向该对象发送请求时，就可以执行相应函数，从而完成你所需要让SNMP完成的管理和控制。完整源程序下载：http://pan.baidu.com/s/1qWmHpTE 四测试SNMP代理端* 下面以PC机为SNMP管理站，讲述如何测试我们实现的SNMP代理端。 1.在电脑中安装Net-SNMP软件。Net-SNMP是一个免费的、开放源码的SNMP实现方式。按默认选型安装软件后，点击Windows开始——>运行输入“ CMD ”,点击确认，进入DC命令环境，输入“ cd usrbin”,此路径即安装的Net—SNMP默认路径，在此路径下可执行SNMP命令。 2.修改PC本地连接IP地址。控制面板——>网络和Internet——>网络连接，点击本地连接选择属性，设置PC为静态IP（与W5500在同一网段），设置完成后点击确定，本例中我们设定PC机ip为192.168.1.110，SNMP代理端IP为192.168.1.111，默认网关都为192.168.1.1。 3.接着用网线把PC和W5500EVB连接，打开串口软件，选择正确的COM口并打开串口，以获取调试信息。 4.下载编译好的代码并复位W5500EVB，我们发现板子上有一排LED，最右边这个LED就是我们要查询并且控制的。如图5所示，现在这个LED是亮的。图5最右边LED亮 5.在刚才打开的Net—SNMP默认路径下可以输入指令，如图所示输入“snmpget -v 1 -cpublic 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.1.0 ”回车，查询到“LED On”，符合板子现在亮的情况。 6.再输入“snmpset -v 1 -cpublic 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0 i 0”回车，结合这个OID对象的set函数分析可知，该条命令是置STM32的LED3对应引脚为高，即关闭LED。如图6观察板子上的LED3，可见已灭。图6最右边LED灭 7.如图7再次输入第5步的snmpget指令，可以查询到状态为“LED Off”。图7 Net-SNMP工具测试SNMP协议通过以上步骤可以看出SNMP Agent已经运行，当然要实现一个复杂的网络管理功能还需要Net—SNMP中很多其他指令在此不一一列举。五总结本文给出了基于W5500的嵌入式系统SNMP的设计与实现方案，并展示了如何用Net-SNMP调试工具进行简单控制的方法。随着物联网事业的发展，越来越多的嵌入式设备都将拥有联网功能，相信SNMP协议的作用将越来越重要。除了智能家居，在当下物联网时代，想必还有其他应用也会遇到类似问题，希望本文能对做网络设备开发的朋友有所帮助。感谢阅读！更多信息，欢迎登录： WIZnet官方网站：http://www.iwiznet.cn WIZnet官方微博：http://weibo.com/wiznet2012 WIZnet微信公众号： 0
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