基于W5500的嵌入式SNMP代理端实现



一 实验背景

近期一个做焊接设备的朋友想在焊机上加入监控的新功能，实时获取焊机的温度、功耗等參数，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，差点儿全部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。其实，眼下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。在单片机上执行是没有问题的。

于是我想到用手头的WIZnet-W5500评估板实现了SNMP代理端，给他提供一个參考。

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能够觉得是一个被管理对象的集合，每一个对象规定了能够被管理进程查询和设置的信息，同一时候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，它下面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。

不论什么一个公司、学校仅仅要用电子邮件发往iana-mib@isi.edu进行申请就可以获得一个结点名。这样就能够定义自己的产品的OID，使它能用SNMP进行管理。

为了操作管理数据库MIB，如图1所看到的：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，两方都使用UDP161port。第4个是对前三种操作的回应，用UDP161port，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UDP162port。

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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报文共同拥有三个部分组成。即公共SNMP首部、get/set首部或trap首部、变量绑定。

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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，以下就让我们通过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（版本号不一样。须要稍加修改）

4.測试软件：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，以下就以程序流程图的形式看看我们是怎样实现的。

图3为主程序流程图。我们能够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。

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图3主程序流程图

配置完成后就是代理端主动发送SNMP Trap报文了，发送SNMP Trap报文的过程比較简单，主要就是安装Trap报文格式对发送数据进行打包就可以，须要注意的是数据包要依据ASN.1中的BER编码方式（格式类型/长度/值）进行编码。打包完成后，开启UDP
Socket，本地port为162。然后向管理的162port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。

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图4代理端解析Request程序流程图

通过图4流程图我们能够看到，整个过程是严格依照SNMP协议一步步进行解析推断的。须要说明的是，也是先依据SNMP编码方式进行解码，再进行比較和推断。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能够知道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}

当中8为OID长度，0x2b是ASN.1中“1.3”的缩写，即：1*40+3=0x2b。整个OID事实上为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。相同也为函数的指针，在解析SET函数过程中有一句代码：snmpData[id].setfunction(snmpData[id].u.intval)。就是运行了该函数，当中snmpData[id].u.intval为从set
Request其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，让能够自定义对象的OID变量及对象的函数，当管理站向该对象发送请求时，就能够运行对应函数。从而完毕你所须要让SNMP完毕的管理和控制。

完整源程序下载：http://pan.baidu.com/s/1qWmHpTE

四測试SNMP代理端

以下以PC机为SNMP管理站，讲述怎样測试我们实现的SNMP代理端。

1.在电脑中安装Net-SNMP软件。Net-SNMP是一个免费的、开放源代码的SNMP实现方式。按默认选型安装软件后，点击Windows開始——>执行
输入“ CMD ”,点击确认。进入DC命令环境，输入“ cd \usr\bin”,此路径即安装的Net—SNMP默认路径，在此路径下可运行SNMP命令。

2.改动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），设置完毕后点击确定，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就是我们要查询而且控制的。如图5所看到的。如今这个LED是亮的。

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图5最右边LED亮

5.在刚才打开的Net—SNMP默认路径下能够输入指令，如图所看到的输入“snmpget
-v 1 -cpublic 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.1.0 ”回车。查询到“LED On”。符合板子如今亮的情况。

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相应引脚为高。即关闭LED。如图6观察板子上的LED3。可见已灭。

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图6最右边LED灭

7.如图7再次输入第5步的snmpget指令，能够查询到状态为“LED
Off”。

图7 Net-SNMP工具測试SNMP协议

通过以上步骤能够看出SNMP Agent已经执行，当然要实现一个复杂的网络管理功能还须要Net—SNMP中非常多其它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，并展示了怎样用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。想必还有其它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。