选型原则

我们生活在一个基于协作的时代，一个电子产品从设计、生产到销售到我们手中，经历了完整的产业链，譬如产品的规划、设计、研发、测试、生产和营销等等一系列过程，我们这里不关注这条产业链，但我们需要了解，一个稳定优良的产品到我们手中，必定是经过千锤百炼的。路由器作为家居必备的设备之一，可以说是承载了整个计算机科学发展的历史，虽然没有通用计算机更新换代那么快，为了满足人们对于带宽的需求，也是不断更新的。在这里，我们不追求新芯片、新方案和大带宽，毕竟不是做产品的，不需要抢占市场。下面简单阐述下路由器硬件开发平台选型的基本原则：

• 成熟的产品
  路由器作为一款消费类电子产品，经过了无数用户的检验，其稳定性是毋庸置疑的，我们没必要投入太多精力自己画板子，也没必要购买市面上的一些所谓的开发板，花钱不说，开发板硬件设计需要丰富的经验，严格的测试，个人或小商家制作的开发板稳定性难以保证，这样在我们调试时，遇到问题不好定位，不能讲精力聚焦在软件设计上，是一种折磨。
• 能够获得尽可能多的资料
  目前在家用的无线路由器市场了，常见的芯片方案提供商有四家

  Qualcom （收购Atheros）
  Broadcom
  MediaTek （收购Ralink）
  RealTek

  这四家针对无线路由市场，都有成熟的解决方案，比如Atheros的AR9334，Broadcom的BCM6366，MediaTek的MT7620和RealTek的Rtl8672等等，并且为满足路由器的低功耗需求，大多方案采用MIPS体系架构的processor，近年来，一些高端的路由器也慢慢向ARM架构倾斜，如MediaTek的MT7623方案便是采用ARM体系架构。
  芯片方案供应商是上游企业，其面向的客户一般都是设备厂商，如360、小米等等，个人用户基本拿不这些芯片的Datasheet和program guide。这里处于学习研究需要，我特别关注能否从网上下载到芯片厂家提供的完整的SDK或BSP包、硬件原理图和Datasheet，说白了，芯片厂商出于商业秘密的考虑，一般不会公布其芯片资料。

• openwrt官方列表支持该产品
  因为我们后续的实验都要基于Openwrt平台，所以选择的路由器要在openwrt的支持列表里。
• 具有调试接口
  做实验难免要折腾硬件，烧录器动辄上万甚至上十万，作为一个玩家担负不起这么大的开支，所以就要求原则的路由器能够引出调试串口和JTAG口。调试串口用来查看路由器的启动运行情况，JTAG口用来板级调试和变砖修复，只要有JTAG口，只要硬件没有损坏，都是可以救砖的。

基于以上四点考虑，最终选择华为HG255D作为硬件开发平台，这款路由器基本满足以上需求。

硬件基本介绍

工欲善其事，必先利其器，下面我们先来对HG255D款路由器的硬件作简单分析

• 设备形态
  HG255D是一款DSL无线网关，是中国电信2010年家庭网关项目采购终端产品，具有DSL拨号上网，电话和无线路由功能，这里不关注其DSL和电话功能，虽然是一款比较老的产品，但作为学习研究之用是再好不过的了。其正面图如下
  
  反面图如下
  
  可以看出该产品具有1个wan口、4个lan口和一个DSL口，还有一个USB接口
  底座和侧面图如下
  
  
• 硬件参数
  以下是该路由器的基本硬件参数

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  Device Type: WiFi RouterBrand: Huawei Model: HG255D Platform: Ralink RT3052 Target: ramips Instruction Set: MIPS32 Sub Instruction Set: MIPS32 24K/E series Bootloader: U-Boot CPU MHz: 384 Flash MB: 16 RAM MB: 32 Ethernet 100M WLAN Hardware: Ralink RT2860 (onboard) WLAN 2.4GHz: b/g/n Serial: Yes JTAG: Yes

下面简单对其硬件架构作简单介绍

• 硬件架构
  以下是HG255D电路板的正反面图
  
  

图中橙色部分为为RT3052F的SOC芯片，右侧黄色为一个16MB的norflash芯片，背面黑色区域为两颗16bit的SDRAM芯片，两个芯片并联组成32bit位宽，大小32M的RAM，这些就组成了一个最小系统。

采用12V1A的开关电源，上图中4块紫色的区域为供电部分，一般CPU级别的供电都在3.3V以下，所以12V电源在经过滤波之后要通过stepdown的方式进行降压，右侧的三个紫色模块分别将12V电压降到5V，3.3V，1.5V，然后供给芯片使用，左侧的紫的供电模块供给VOIP模块使用的。

青色区域是网络隔离变压器，其实不接隔离变压器可以工作，但是传输距离和芯片的电气安全性都会受到限制，接网络变压器，主要用于信号电平耦合，其一增强信号驱动能力，可以传输更远的距离；其二，芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，增强抗电击和抗电磁脉冲的能力，总的来说网络变压器可以实现信号传输，阻抗匹配，波形修复，杂波抑制和高压隔离的作用。

左侧的棕色区域是VOIP模块，使用microsemi的ve8910解决方案，可以实现VOIP功能，但这些业务国内并没有普及。

蓝色区域为一个OTP( One Time Programalbe )单片机，型号是CM5001H，是上图中提到的VoIP Processor。

图中的红色区域是路由器比较关键的一个部分–信号放大电路，先来了解两个概念：

LNA —- 低噪声放大器(Low Noise Amplifier)
PA —- 功率放大器(Power Amplifier)

LNA是低噪声放大器，主要用于接收电路设计中。因为接收电路中的信噪比通常是很低的，往往信号远小于噪声，通过放大器的时候，信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理，这就要求放大器能够抑制噪声。

PA主要功能是功率放大，以满足系统要求，最重要的指标就是输出功率大小，其次线性如何等等，一般用在发射机的最后一级。

独立的双LNA和双PA的路由器在低端市场已经少见，多数都集成到了SOC芯片内部，但HG255G采用了双LNA和双PA结构，还是很良心的。

沿着两组RF功放电路可以看到两个边长1CM左右的正方形敷铜，这个就是两路天线，对于家用这种设计很节省空间，可惜国内好多人依然迷信全向外置天线。

路由器的基本结构相对于其他家用电器来说比较简单，基于现在芯片厂商的turnkey式解决方案，路由厂家可以在极短的时间内开发出自己品牌的路由器，当然，从现在的市场来看，随着产业的不断升级，路由器的硬件部分在路由器产业中的比重在逐渐变小，因为围绕路由器，或者路由器围绕某些服务而形成的生态系统才是发展的趋势。

• 总体架构框图
  以下是RT3052芯片方案总体结构框图，在此不作解释，后续本系列文章使用的所有资料、文档、工具和代码都会共享到github上以供参考