通信處理器MPC852T無線接入點的系統(tǒng)設(shè)計

20世紀(jì)90年代以來，隨著個人數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，為了實現(xiàn)任何人在任何時間，任何地點均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目標(biāo)，無線局域網(wǎng)得到了迅猛發(fā)展。無線局域網(wǎng)(wlan)，通常被稱為wi-fi，這是一種可以在9l.44m內(nèi)進行無線通信的技術(shù)。ieee802.11委員會把孤立使用的無線局域網(wǎng)稱為自組無線局域網(wǎng)(ad-boc network)，把互連使用的無線局域網(wǎng)稱為多區(qū)無線局域網(wǎng)(infrastructure network)

無線ap是組建多區(qū)無線局域網(wǎng)的常用設(shè)備，配置多個接入點ap，就可以構(gòu)成一個連續(xù)的覆蓋區(qū)域，可提供移動用戶漫游的能力。同時，它在介質(zhì)訪問控制子層mac中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)的橋梁，是一十兩端口的網(wǎng)橋。 　　1 無線接入點ap的功能描述和系統(tǒng)設(shè)計

無線接入點ap(accss point)通過一個標(biāo)準(zhǔn)的rj-45接口用電纜連接到一個傳統(tǒng)的集線器或交換機端口，一個無線接入點可認(rèn)為是一個中繼器，在有線局域網(wǎng)和無線設(shè)備運行的rf之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。

當(dāng)一個站在lan上發(fā)送數(shù)據(jù)時，接入點以指定的rf和無線幀格式轉(zhuǎn)發(fā)幀，而并不考慮該幀的目的地。同樣，當(dāng)一個無線設(shè)備發(fā)送一個幀時，接入點通過所設(shè)定運行的rf來接收幀，然后把幀轉(zhuǎn)發(fā)到有線局域網(wǎng)。兩個或者多個無線局域網(wǎng)接入點，將為移動無線設(shè)備提供一個接入到有線局域網(wǎng)的無線擴展區(qū)域。當(dāng)建立一個無線局域網(wǎng)接人點時，要配置一個bss(basic service set)標(biāo)識符。同樣，也要為那些無線局域網(wǎng)適配卡設(shè)定一個區(qū)域標(biāo)識符，其中接入點是為使用適配卡與其連接在一起的無線設(shè)備提供服務(wù)的。在多個無線接入點構(gòu)造的一個擴展服務(wù)集(ess，extended serice set)中，通過定位接入點，無線設(shè)備就實現(xiàn)了漫游功能，以及通過應(yīng)用無線局域網(wǎng)接入點服務(wù)的能力。一個基本的無線局域網(wǎng)是由一個連接到有限局域網(wǎng)的接入點和使用該接入點的一個或多個無線pc用戶所組成。

基于mpc852t的無線接入點ap由核心板和接口板組成，如圖l所示。核心板集成了摩托羅拉mpc852t處理器，32mb sdram以及4mb的flash，為系統(tǒng)軟件提供了足夠的空間。核心板上還集成了一個l0m以太網(wǎng)口，不僅實現(xiàn)和有線局域網(wǎng)的橋接。還可以實現(xiàn)系統(tǒng)程序的以太網(wǎng)下載，從而燒寫進fiash中。底板上則提供了非常豐富的外設(shè)接口：1個10m以太網(wǎng)接口，1個100m以太網(wǎng)接口，1個rs-232接口(comi)，1個bdm調(diào)試口(mpc8xx系列的epbdm)，還有1個pcmcia接口，按入無線網(wǎng)卡，作為無線接入點的rf，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收。該系統(tǒng)具有體積小，耗電低，處理能力強，網(wǎng)絡(luò)功能強大的特點，能夠裝載和運行嵌入式linux的操作系統(tǒng)，可以在這個系統(tǒng)平臺上進行自主的應(yīng)用軟件和驅(qū)動程序開發(fā)。

2 mpc852t功能介紹

在無線接入點a p的設(shè)計中，選用了motoiorampc852t處理器。它是motorola公司的powerquicc系列嵌入式通信處理器。powerqulcc處理器系列廣泛應(yīng)用于當(dāng)今市場上的dsl 調(diào)制解調(diào)器、soho路由器、遠程接入服務(wù)器、dslam、中心局交換機設(shè)備、無線基礎(chǔ)設(shè)施基站、企業(yè)路由器以及媒體網(wǎng)關(guān)等領(lǐng)域。

mpc852t powerquicc(quad integrated communicationcontroller)內(nèi)部集成了微處理器和一些控制領(lǐng)域的常用器件，是一個多用途的通用芯片。它內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍器件，可用于各種控制領(lǐng)域。它應(yīng)用于通信系統(tǒng)的低成本實現(xiàn)，提供了更高的性價比，并在通信方面有所增強。mpc852 powerquicc集成了兩個處理塊，一個處理塊是嵌入的powerpc核，另一個是通信處理模塊(cpm，c0mmunications processor module)。由于cpm分擔(dān)了嵌入式powerpc核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)功耗要低于傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的處理器。嵌入式mfc852t內(nèi)核可達l00mhz，擴展總線最大頻率是66mhz，50/60mhz內(nèi)核頻率支持l:1模式和2:1模式，80/100mhz內(nèi)核頻率支持2:l模式。mfc852t系統(tǒng)集成單元主要包括：總線監(jiān)視器、中斷監(jiān)視器、軟件看門狗、中斷定時器、時鐘合成器、powerpc減量器、復(fù)位控制器及jtag1149.l測試口。以上性能理想地適用于各種有線和無線的通信處理任務(wù)，極大地滿足了控制層繁重的任務(wù)處理及傳輸層高帶寬的要求。

3 核心板的設(shè)計

mpc852t是32位地址，32位數(shù)據(jù)總線寬度，4kb的數(shù)據(jù)cache和4kb指令cache，分別帶有一個mmu，52mhz的主頻，52mbps的總線速度。若外接8位或l6位數(shù)據(jù)寬度的外設(shè)芯片，與cpu相接時，mpc852t的總線數(shù)據(jù)寬度是可設(shè)置的，可分配為8位、l6位或32位模式。在核心板中，選用了2片16×lbit數(shù)據(jù)寬度，共4mb的flash(mx29lv160btc，如有不同型號，則是完全兼容的器件)，速度70/90ns:2片16m×8bit數(shù)據(jù)寬度的sdram(hy57v651620btc-10s，如有不同型號，則是完全兼容的器件)構(gòu)成，共32mb sdram。

mpc852t共提供了4個port，即porta、portb、p0rtc和portd，對應(yīng)的控制寄存器實現(xiàn)與其它信號引腳的復(fù)用。

端口分配使用情況如表l所列。

其中：一個scc作為10m以太網(wǎng)接口，smc(和p0rtb gpio復(fù)用)作為兩線串口(txd，rxd)。核心板未用的，通過核心板接口，引到接口板作為gpl0資源使用。

同時，由1個led提供1個運行指示.1個l0m局域網(wǎng)接口link/transmit/receive指示，如圖2所示。

4 底層接口板的設(shè)計

底層接口板有1個9v供電插座和1個供電模塊,用的是9v的直流電源，為核心板和接口板提供標(biāo)準(zhǔn)的3.3v和5v電壓。底層接口板還提供了一系列的接口：1個標(biāo)準(zhǔn)rs-232串口，1個標(biāo)準(zhǔn)10m快速以太網(wǎng)接口，1個標(biāo)準(zhǔn)的100m快速以太網(wǎng)接口，1個pcmcia接口，1個bdm接口。其中，bdm接口和rs-232串口，可用于核心板硬件檢測，映象文件下載，運行，flash燒寫等。

系統(tǒng)所用的無線網(wǎng)卡是lanescapetm xi-325h的無線網(wǎng)卡，pcmcia接口，2.4ghz直接序列擴頻，高速低功耗，發(fā)射功率為20dbm，遵循802.11h協(xié)議和wi-fi認(rèn)證，64bit/128bitwep加密，支持tcp/ip，ipx，netbeui的協(xié)議，支持1mbps、2mbps、5.5mbps和llmbps的自動傳輸速率選擇，支持ad-hoc(對等)，infrastructure(基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò))和roaming(漫游)的網(wǎng)絡(luò)模式，可以實現(xiàn)方便快捷無縫連接以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。

mpc852t的cpm部分的4個scc均可配置為10m以太網(wǎng)控制器，fem是10m/100m以太網(wǎng)自適應(yīng)控制器-通過這些以太網(wǎng)控制器，只需要簡單的線路接口單元就可構(gòu)成10m以太網(wǎng)口和10m/100m自適應(yīng)網(wǎng)口。該以太網(wǎng)口符臺ieee8023規(guī)范。實際使用中，mpc852t設(shè)置多少個網(wǎng)口，應(yīng)根據(jù)主芯片的運行主頻和接口要求統(tǒng)籌考慮。在50mhz的mpc852t芯片上，實現(xiàn)1個10m網(wǎng)口(采用sccl實現(xiàn)，如圖3所示)和1個lo/100m自適應(yīng)網(wǎng)口如圖4所示。

mpc852t中i/o口的引腳幾乎都有多種功能，通過對有關(guān)的寄存器進行設(shè)置或?qū)⒛承┮_設(shè)置成指定電位，使得有關(guān)i/0功能為設(shè)計指定功能。由于mpc852t的引腳多，各引腳的功能也多，為了能夠盡快地確定各引腳的功能，可利用摩托羅拉公司提供的引腳功能安排工具，檢查引腳功能上的沖突。

5 無線接入點ap的系統(tǒng)軟件設(shè)計

mpc852t是遵照p0werpc結(jié)構(gòu)體系的嵌入式芯片系列，因此可實現(xiàn)多任務(wù)操作，并支持多種內(nèi)存映射方式，完全可以運行實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，以滿足通信控制設(shè)備所要求的實時性。

嵌入式操作系統(tǒng)主要有palm os、windows ce、epoc、linux ce、onx、ecos、lynx等。高端嵌入式操作系統(tǒng)要求許多高級功能，如圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)支持，但其價格很高，一般用戶難以接受。嵌入式linux操作系統(tǒng)以價格低廉，功能強大有易于移植而被廣泛應(yīng)用。linux是個和unix相似，以核心為基礎(chǔ)的，完全內(nèi)存保護，多任務(wù)多進程的操作系統(tǒng)。它支持廣泛的計算機硬件，包括motorola、x86、alpha、sparce、mips、ppc、arm、neg等。

在移植的linux源代碼中，根據(jù)目標(biāo)進行半裁減定制，以適合目標(biāo)系統(tǒng),盡量少占用系統(tǒng)內(nèi)存。操作系統(tǒng)定制后．將其連接到目標(biāo)的應(yīng)用程序上，成為應(yīng)用程序的一部分，并對低級系統(tǒng)的初始化文件進行修改，使之符合目標(biāo)板的需要。對于mpc852t，所有軟件都固化在板上2片flash內(nèi)，flash的內(nèi)容可通過燒寫工具來更新升級。開發(fā)應(yīng)用程序和更改其上的操作系統(tǒng)工作方式，可以采用一種交叉編譯的開發(fā)模式,即為mpc852t應(yīng)用。它不能直接在mpc823板上編輯、編譯和調(diào)試，而必須把工作寄宿到一臺pc機上完成。

一個小型的linux操作系統(tǒng)需要下面三個基本要素。

①引導(dǎo)工具．它完成系統(tǒng)的一些初始化工作，然后把操作系統(tǒng)調(diào)入到內(nèi)存中，跳到操作系統(tǒng)的入口。

②linux內(nèi)核，由內(nèi)存管理，進程管理和事務(wù)處理構(gòu)成。因為linux內(nèi)核支持多種cpu體系，所以修改linux內(nèi)核運行到硬件平臺中，不需要太多的工作。

③初始化進程，為linux系統(tǒng)安裝inetd、telnetd、tftpd、bttpd等守護進程，使得linux系統(tǒng)成為名副其實的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可以telnet遠程管理，可以ftp傳遞文件。

如果系統(tǒng)想成為完整的操作系統(tǒng)，還得加上一個文件系統(tǒng)，硬件驅(qū)動程序和提供所需功能的一個或多個應(yīng)用程序，如1個串口、1個10m以太網(wǎng)接口、1個100m以太網(wǎng)接口、1個bdm調(diào)試接口、wlan無限網(wǎng)卡的驅(qū)動程序，802.1lb無線ap以及網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)軟件，web server及tcp/ip協(xié)議等應(yīng)用程序。

6 嵌入式linux無線接入點ap的實現(xiàn)

由于嵌入式操作系統(tǒng)硬件資源的限制．要做到實現(xiàn)ap在嵌入式linux操作系統(tǒng)上的應(yīng)用，就需要對linux操作系統(tǒng)進行特別定制，刪除ap不需要的部分，真正做到精簡系統(tǒng)，過程大致可以分成兩個部分。

(1)精簡內(nèi)核

linux內(nèi)核是可以根據(jù)特定的要求進行定制的，筆者使用的是嵌入式linux操作系統(tǒng)3.0for powerpc版本.在/usr/src/linux目錄下，使用make menuconfig把可以拿掉的項目全部拿掉。如果嵌入式系統(tǒng)沒有軟驅(qū)和光驅(qū)，則去掉內(nèi)核中對于軟驅(qū)(floppy)及光驅(qū)(cdrom)的支持選項;如果ap不需要發(fā)聲，則不要聲音(sound)的支持。去掉所有的字符設(shè)備(character device)等。

在去除的同時 要根據(jù)ap應(yīng)用軟件及一些特定功能的要求，在內(nèi)核中留下對需要驅(qū)動的支持。例如：要保留對網(wǎng)絡(luò)的支持，保留對tcp/ip協(xié)議的支持，保留ppp(點對點協(xié)議)特定功能的支持。

配置完成后，重新編譯內(nèi)核，然后修改linux系統(tǒng)引導(dǎo)器iilo的配置文件井最后以新編譯的核作為啟動內(nèi)核。 (2)縮小llnux的文件系統(tǒng)

嵌入式linux本身是一種操作系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是管理計算機的系統(tǒng)資源，為用戶提供使用計算機及外部設(shè)備的接口，因此在對linux進行大幅度刪減縮小的同時，也保留了一些基本的命令和目錄。這些保留的命令和目錄大致可以分成三類：一類是linux操作系統(tǒng)啟動所需要的，另一類是為了完成一些系統(tǒng)功能的，最后一類是使ap能夠正常工作的。

完成裁減工作后重啟，若linux能夠正常啟動運行，表明初步的linux操作系統(tǒng)已構(gòu)架成功，這樣就要完成ap在此上面的實現(xiàn)。ap是以運行腳本命令pcmcia將ap驅(qū)動程序中已經(jīng)編好的目標(biāo)文件(.o文件)作為模塊加載到系統(tǒng)中啟動的，linux提供了depmod、insmod、rmmod以及其它一些命令來保證適當(dāng)?shù)哪K以正確的順序加載。同時，ap啟動時還要讀取配置文件，所謂配置文件就是方便用戶修改相應(yīng)的參數(shù)，如ap的ssid，ap的信道號等所編制的簡單腳本文件。這些配置文件通知ap驅(qū)動程序相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。有了這些文件后，ap就能正常啟動了。另外，ap的目標(biāo)文件在ap關(guān)閉后自動卸載掉。

最終實現(xiàn)的ap嵌入式linux操作系統(tǒng)大概由以下幾個目錄組成。

◇/bin: 包含用戶的使用命令，如cp、is、rm等,可根據(jù)情況對原系統(tǒng)的命令進行刪減。

◇/boot：包含一些壓縮的內(nèi)核映像和啟動必備的文件。

◇/dev包含系統(tǒng)所需要的設(shè)備文件，是linux設(shè)備輸出，輸入所需要的，可以用命令mknod或是makedev來產(chǎn)生。

◇/etc：包含系統(tǒng)所需要的配置文件。

◇/lib包含執(zhí)行命令所需要的共享庫，命令ldd可以告訴哪些庫可以動態(tài)連接在某一個執(zhí)行命令上，這樣可以將需要的庫拷入。

◇/mnt:此目錄一般為空。

◇/proc：是個空目錄，啟動時內(nèi)核將系統(tǒng)啟動狀態(tài)文件放人此目錄中，是proc文件系統(tǒng)所需要的目錄。

◇/sbin：包含系統(tǒng)命令，如init、getty、reboot等，有 些命令會影響整個系統(tǒng)。

◇/var：包含ap啟動時的一些日志文件。

◇/usr：放入另外一些必要的命令，在目錄/ust/sbin及/usr/bin中。

根據(jù)具體的情況進行具體的刪減，最終在4mb存儲容量的巔入式linux操作系統(tǒng)中完成對無線接入點ap的使用。

結(jié)語

在嵌入式linux操作系統(tǒng)上實現(xiàn)基于mpc852t的無線接入點ap的系統(tǒng)設(shè)計，充分發(fā)揮了mpc852t的強大控制能力和通信能力，以及l(fā)inux操作系統(tǒng)資源調(diào)度能力和實時性的特性，使ap具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)速率，滿足了用戶的需求，而且構(gòu)成了一個結(jié)構(gòu)清晰、模塊化、易實現(xiàn)、易使用的嵌入式系統(tǒng)。