1 引 言
随着Internet的飞速发展和宽带技术的不断出现，骨干网络核心路由器的体系结构也发生了一些变化 。近年来，高性能路由器体系结构的研究和国内外主流厂商生产的大部分商用高端路由器的实现方案中，普遍采用了集中式交换、分布式报文处理和转发的体系结构［1，2］ 。
文献［3］提出了硬件抽象层(Hardware AbstractionLayer，HAL)的设计思想，成功地解决了分布式路由器面临的通用性支撑软件系统结构设计问题，为构建开放通用的路由器软件基础平台提供了保证 。硬件抽象层包括虚拟驱动、系统治理和内部通信3大模块，在整个路由器系统中的位置如图1所示 。
结合国家863重大课题“高性能IPv6路由器基础平台及实验系统”，将文献［3］中提出的硬件抽象层在嵌入式实时操作系统Hard HatLinux中进行了实现 。本文针对高性能路由器体系结构的特点，研究了硬件抽象层在实现过程中的要害技术 。主要包括虚拟驱动的动态加载模式、基于分隔符的TCP实时传输方法、基于地址映射的内核态与用户态间的阻塞式数据交换机制几个内容 。
2 支撑软件在高性能IPv6路由器中实现的要害技术
2．1 虚拟驱动的动态加载模式
虚拟驱动模块是模拟线路接口单元动作的重要部分，他的灵活性和可扩展性直接影响硬件抽象层的可用性 。
在Linux操作系统下，该模块是作为一个内核模块来实现的 。他可以实现实时动态加载，与静态加载相比具有很大的灵活性 。编译时，内核模块可单独进行模块的编译调试，缩短了调试时间；使用时，将该模块链接到内核，便可发挥模拟线路接口单元的作用；扩展或升级时，可以将其卸载后进行修改 。除此之外，动态加载还可以缩减Linux内核的大小，使编译后的内核小巧，占用内存较少，提高了运转速度 。
2．2 基于地址映射的内核态与用户态间的阻塞式数据交换机
Linux操作系统中的进程分为用户态进程和内核态进程2类，用户态进程不能直接执行运行在内核态的内核代码或者存取操作系统内核的数据结构 。在内存治理方面，Linux系统采用虚拟内存治理机制，设置了两级页表结构，通过页面地址和在该页中的偏移量就可以惟一确定虚拟地址所对应的物理地址 。
在硬件抽象层的实现中，内部通信处于用户态，虚拟驱动处于内核态 。而他们之间不可避免地需要进行一些数据的传递，即处于Linux不同空间的2个进程要进行通信 。但是，这2个模块分处于Linux系统的用户空间和内核空间，数据指针如何传递是一个问题，指针传递后如何映射又是一个问题 。因此用户态与内核态之间内存地址的传递和转换成为了提高硬件抽象层工作效率的要害 。
2．2．1 内核态与用户态的指针传递
先来解决内存地址的传递问题，根据Linux驱动程序的特点，选择ioctl()函数来传递指针 。该函数属于系统调用，调用后将一个类型为ifreq的结构指针变量ral＿ifr从用户态传入内核态，该结构的定义在/include/linux/if．h中 。
使用了其中的ifrn＿name和ifru＿data两个域，其中ifrn＿name代表设备的名称，即虚拟网络接口设备名，ifru＿data为所要传递的数据指针 。使用系统调用ioctl()之后，用户空间到内核空间的指针传递就完成了 。内核空间到用户空间的指针传递过程与其相反 。因此，下一步要进行的是内核空间与用户空间数据指针的映射 。
2．2．2 内核态与用户态的内存映射
由2．2．1可知，用户空间的指针通过ioctl传入内核空间后，他本身并没有发生改变，需要进行虚拟地址到物理地址的映射才可以对其进行读写操作 。
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