最近一個做焊接設備的朋友想在焊機上添加監控的新功能，實時獲取焊機的溫度、功耗等參數，還可簡單控制，實現對集群焊接設備的網絡化管理。而這個朋友不想在開發管理系統上花太多精力，想找一個開源的管理軟件來實現他的需求。這讓我想到了簡單郵件管理協議SNMP，它生來就是為搞網絡管理服務的。能廣泛兼容各網絡設備，一經推出就得到了廣泛的應用和支持，幾乎所有的網絡設備生產廠家都實現了對SNMP的支持，大多數網絡管理系統和平台也都是基於SNMP的。事實上，目前SNMP已成為網絡管理領域中的工業標准，我國國家廣電總局就要求通信領域的標准網絡設備都必須支持SNMP協議。SNMP代理端實際占用系統資源少，在單片機上運行是沒有問題的。於是我想到用手頭的WIZnet-W5500評估板實現了SNMP代理端，給他提供一個參考。
二 SNMP基礎普及
在實現SNMP代理端之前，我們先了解一下SNMP的基本知識。管理系統中就要有管理者和被管理者，網管協議定義它為管理站和代理端，它們通過管理信息庫MIB進行接口統一，實現數據的通信。
MIB可以認為是一個被管理對像的集合，每個對像規定了能夠被管理進程查詢和設置的信息，同時都有自己的名字我們稱之為對像標識符，簡稱OID，它的命名方法跟DNS樹形結構命名類似，通過OID就能知道這個設備所屬的領域和廠家，如MIB中有一個節點{1.3.6.1.4.1}，即enterprises，代表企業，它以下的節點都為企業型的。如IBM為{1.3.6.1.4.1.2}，Cisco為{1.3.6.1.4.1.9}等。任何一個公司、學校只要用電子郵件發往 [email protected] 進行申請即可獲得一個結點名。這樣就可以定義自己的產品的OID，使它能用SNMP進行管理。
為了操作管理數據庫MIB，如圖1所示：SNMP 規定了5種協議SNMP報文，用來在管理進程和代理之間的交換。1 get-request；2 get-next-request；3 set-request；4 get-response；5trap。前面的3種操作是由管理進程向代理進程發出的get/set操作，雙方都使用UDP161端口。第4個是對前三種操作的回應，用UDP161端口，第5個代理進程主動發出的報文，通知管理進程有某些事情發生，使用UDP162端口。
圖1 SNMP的5種報文操作
圖2是封裝成UDP數據報的5種操作的SNMP報文格式。可見一個SNMP報文共有三個部分組成，即公共SNMP首部、get/set首部或trap首部、變量綁定。
圖2 SNMP報文格式
三 SNMP嵌入式系統實現方法
了解了SNMP協議之後，下面就讓我們通過WIZnet W5500EVB做一個嵌入式SNMP代理端的簡單實驗。
1.實驗目的：建立一個SNMP代理端
2.硬件環境
單片機：STM32F103RC，256K字節Flash，48K字節SRAM
以太網控制器：W5500，SPI接口與單片機相連
電源：USB供電
硬件外設：板載LED
3.開發工具: IAR V5.14（版本不一樣，需要稍加改動）
4.測試軟件：串口調試助手，Net-SNMP（可從網絡下載）
軟件部分是實現簡單網絡管理協議SNMP的關鍵，下面就以程序流程圖的形式看看我們是如何實現的。
圖3為主程序流程圖，我們可以看出程序首先進行單片機系統軟硬件初始化，然後初始化W5500，配置了IP地址、MAC地址、和網關。
圖3主程序流程圖
配置完畢後就是代理端主動發送SNMP Trap報文了，發送SNMP Trap報文的過程比較簡單，主要就是安裝Trap報文格式對發送數據進行打包即可，需要注意的是數據包要根據ASN.1中的BER編碼方式（格式類型/長度/值）進行編碼。打包完畢後，開啟UDP Socket，本地端口為162，然後向管理的162端口發送Trap包。接下來就進入一個循環，等待解析SNMP管理站發來Request數據包，邊解析，邊准備要回復的數據包，下圖為代理端解析管理站發來的GET/SET請求，並准備Response數據包的流程圖。
軟件部分是實現簡單網絡管理協議SNMP的關鍵，下面就以程序流程圖的形式看看我們是如何實現的。
圖3為主程序流程圖，我們可以看出程序首先進行單片機系統軟硬件初始化，然後初始化W5500，配置了IP地址、MAC地址、和網關。
圖4代理端解析Request程序流程圖
通過圖4流程圖我們可以看到，整個過程是嚴格按照SNMP協議一步步進行解析判斷的。需要說明的是，也是先根據SNMP編碼方式進行解碼，再進行比較和判斷。我們知道SNMP中MIB聯系管理站和代理端的關鍵，解析程序到最後查詢的便是MIB中的對像，在此我們給出定義MIB對像的結構體：
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;
通過該結構體的定義我們可以知道MIB對像的幾個部分:OID ,數據類型,數據長度,數據,get函數，set函數，本方案MIB中定義的一個控制LED動作的一個對像：{8, {0x2b, 6, 1, 4, 1, 0, 2, 0},SNMPDTYPE_INTEGER, 4,{“”}, NULL, setWIZnetLed}
其中8為OID長度，0x2b是ASN.1中“1.3”的縮寫，即：1*40+3=0x2b。整個OID其實為1.3.6.1.4.1.0.2.0。該對像的set函數為setWIZnetLed：
void setWIZnetLed(int32 val){
wiznetLedStatus =val;// W5500-EVB
if (wiznetLedStatus==0 )GPIO_SetBits(GPIOA, LED3); // STM32
elseGPIO_ResetBits(GPIOA, LED3);
}
此為函數名，同樣也為函數的指針，在解析SET函數過程中有一句代碼：snmpData[id].setfunction(snmpData[id].u.intval)；就是執行了該函數，其中snmpData[id].u.intval為從set Request當中解析到的綁定變量值。
整個MIB就是由上述格式的對像組成，讓可以自己定義對像的OID變量及對像的函數，當管理站向該對像發送請求時，就可以執行相應函數，從而完成你所需要讓SNMP完成的管理和控制。
完整源程序下載：http://pan.baidu.com/s/1qWmHpTE
四 測試SNMP代理端
下面以PC機為SNMP管理站，講述如何測試我們實現的SNMP代理端。
1.在電腦中安裝Net-SNMP軟件。Net-SNMP是一個免費的、開放源碼的SNMP實現方式。按默認選型安裝軟件後，點擊Windows開始——>運行 輸入“ CMD ”,點擊確認，進入DC命令環境，輸入“ cd usrbin”,此路徑即安裝的Net—SNMP默認路徑，在此路徑下可執行SNMP命令。
2.修改PC本地連接IP地址。控制面板——>網絡和Internet——>網絡連接，點擊本地連接選擇屬性，設置PC為靜態IP（與W5500在同一網段），設置完成後點擊確定，本例中我們設定PC機ip為192.168.1.110，SNMP代理端IP為192.168.1.111，默認網關都為192.168.1.1。
3.接著用網線把PC和W5500EVB連接，打開串口軟件，選擇正確的COM口並打開串口，以獲取調試信息。
4.下載編譯好的代碼並復位W5500EVB，我們發現板子上有一排LED，最右邊這個LED就是我們要查詢並且控制的。如圖5所示，現在這個LED是亮的。
圖5最右邊LED亮
5.在剛才打開的Net—SNMP默認路徑下可以輸入指令，如圖所示輸入“snmpget -v 1 -cpublic 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.1.0 ”回車，查詢到“LED On”，符合板子現在亮的情況。
6.再輸入“snmpset -v 1 -cpublic 192.168.1.111 .1.3.6.1.4.1.0.2.0 i 0”回車，結合這個OID對像的set函數分析可知，該條命令是置STM32的LED3對應引腳為高，即關閉LED。如圖6觀察板子上的LED3，可見已滅。
圖6最右邊LED滅
7.如圖7再次輸入第5步的snmpget指令，可以查詢到狀態為“LED Off”。
圖7 Net-SNMP工具測試SNMP協議
通過以上步驟可以看出SNMP Agent已經運行，當然要實現一個復雜的網絡管理功能還需要Net—SNMP中很多其他指令在此不一一列舉。
五總結
本文給出了基於W5500的嵌入式系統SNMP的設計與實現方案，並展示了如何用Net-SNMP調試工具進行簡單控制的方法。隨著物聯網事業的發展，越來越多的嵌入式設備都將擁有聯網功能，相信SNMP協議的作用將越來越重要。除了智能家居，在當下物聯網時代，想必還有其他應用也會遇到類似問題，希望本文能對做網絡設備開發的朋友有所幫助。