54M無線網(wǎng)絡(luò)適配器在嵌入式系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

目前，嵌入式技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)等各類市場(chǎng)產(chǎn)品。并且隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)達(dá)，具有無線接入功能的嵌入式系統(tǒng)更加具有發(fā)展前景。本文將介紹支持IEEE 802.11g協(xié)議的54M USB無線網(wǎng)卡在嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)使用了ARM9系列的S3C2410處理器。

1 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

系統(tǒng)核心芯片采用三星公司的S3C2410處理器，該處理器是三星公司的一款基于ARM920T內(nèi)核的16／32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持設(shè)備以及高性價(jià)比，低功耗的應(yīng)用，運(yùn)行的頻率可以達(dá)到203MHz。該處理器集成了很多重要的功能模塊，并且支持多種總線。處理器集成了USB HOST控制器，并支持兩個(gè)USB HOST通訊端口。

系統(tǒng)使用64M NAND FLASH作為仔儲(chǔ)器，存儲(chǔ)了系統(tǒng)軟件部分必需的BOOTLOADER、LINUXKERNEL、FILESYSTEM。系統(tǒng)中的串口、USBDEVICE接口、JTAG接口主要在開發(fā)調(diào)試時(shí)使用。系統(tǒng)通過TOUCH&LCD進(jìn)行人機(jī)信息交換，滿足廣大消費(fèi)類電子產(chǎn)品的需求。

無線網(wǎng)卡是這個(gè)移動(dòng)終端的關(guān)鍵設(shè)備，鑒于市面上大部分的llM無線網(wǎng)卡已經(jīng)停產(chǎn)或者即將停產(chǎn)，以及社會(huì)對(duì)具有更高網(wǎng)絡(luò)接入性能的嵌入式設(shè)備的需求，我們選擇芯片組型號(hào)為rt2573的54M無線網(wǎng)卡。由于S3C2410處理器已經(jīng)集成了USB HOST控制器，所以不需要附加額外的芯片，網(wǎng)卡可以直接通過USBHOST PORT接入，非常方便。

1.2 USB主機(jī)接口的硬件實(shí)現(xiàn)

在USB系統(tǒng)中，各種USB設(shè)備要與主機(jī)相連，就必須通過一個(gè)共同的接口接入豐機(jī)。這個(gè)接口就是USB豐機(jī)控制器(USB Host Controller)。USB總線協(xié)議定義了四條信號(hào)線，其中兩條信號(hào)線負(fù)責(zé)供電，而另外兩條信號(hào)線負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。USB通信模型是一種Host-Slave(主機(jī)——外設(shè))主從式結(jié)構(gòu)，因此經(jīng)由USB總線進(jìn)行通信的雙方必有一方在通信控制中擔(dān)當(dāng)主機(jī)(HOST)的角色。

USB接口可從主機(jī)上獲得500mA的電流，并且支持熱插拔，真正做到即插即用。一個(gè)USB接口可同時(shí)支持高速和低速USB外設(shè)的訪問，有一條4芯電纜連接，其中2條是正負(fù)電源，傳送的是5V的電源，2條是數(shù)據(jù)傳輸線，數(shù)據(jù)線是單工的，在整個(gè)的一個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)速率是一定的，或者是高速，或者是低速。

S3C2410處理器內(nèi)部集成了USB HOST控制器，可以直接從CPU引線出來，而不需要添加額外的控制芯片，圖2為系統(tǒng)的USB HOST接口擴(kuò)展。S3C2410處理器可以支持兩個(gè)USB HOST通信端口。

 

2 USB網(wǎng)卡無線網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 無線網(wǎng)卡的軟件管理層實(shí)現(xiàn)

嵌入式系統(tǒng)硬件部分建立好后，需要建立軟件系統(tǒng)。本系統(tǒng)中采用了vivi做為BOOTLOADER(引導(dǎo)啟動(dòng)程序)，嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，以Cramfs作為主文件系統(tǒng)，為支持可讀寫功能還添加了Jffs2文件系統(tǒng)。 接著，需要軟件上實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)卡的功能。

無線網(wǎng)卡的軟件包括無線網(wǎng)卡固件(Firmware)、無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序(Driver)和無線網(wǎng)卡配置管理程序三部分。

無線網(wǎng)卡的軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。固件是無線網(wǎng)卡上最基本的控制系統(tǒng)，主要基于MAC芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)卡的控制和管理，并向下提供與物理層的接口，向上提供一個(gè)程序開發(fā)接口，為程序開發(fā)附加的移動(dòng)主機(jī)應(yīng)用程序提供支持。在嵌入式系統(tǒng)中，IEEE802.11提供的服務(wù)，包括認(rèn)證、解除認(rèn)證、登錄、重登錄等均由固件完成。

 

無線網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序使用固件提供的軟件編程接口，對(duì)無線網(wǎng)卡進(jìn)行控制，配合固件完成數(shù)據(jù)的收發(fā)以及對(duì)信息幀的處理。無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序主要是針對(duì)相應(yīng)的無線網(wǎng)卡芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)的，不同的芯片，它們的固件和寄存器相關(guān)設(shè)置存在很大的差異。除了要完成對(duì)下層的控制外，無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)還要向上層應(yīng)用程序和管理程序提供操作和配置無線網(wǎng)卡的應(yīng)用程序編程接口，以實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。

所有的Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序遵循通用的接口。設(shè)計(jì)時(shí)采用的是面向?qū)ο蟮姆椒?。一個(gè)設(shè)備就是一個(gè)對(duì)象(device結(jié)構(gòu))，它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法。每一個(gè)設(shè)備的方法被調(diào)用時(shí)的第一個(gè)參數(shù)都是這個(gè)設(shè)備對(duì)象本身，這樣這個(gè)方法就可以存取自身的數(shù)據(jù)(類似面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)時(shí)的this引用)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。如圖4所示。

 

初始化程序完成硬件的初始化，device中變量的初始化和系統(tǒng)資源的申請(qǐng)，發(fā)送程序是在驅(qū)動(dòng)程序的上層協(xié)議層有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)自動(dòng)調(diào)用的。一般驅(qū)動(dòng)程序中不對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，直接使用硬件的發(fā)送功能把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)一般是通過硬件中斷來通知的。在中斷處理程序里，把硬件幀信息填入一個(gè)skbuff結(jié)構(gòu)中，然后調(diào)用 netif_rx()傳遞給上層處理。

本系統(tǒng)的無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)接口主要實(shí)現(xiàn)了以下接口函數(shù)：

 

無線網(wǎng)卡配置管理程序利用驅(qū)動(dòng)程序提供的信息查詢和設(shè)置接口，向用戶實(shí)時(shí)提供無線網(wǎng)卡的狀態(tài)，同時(shí)利用該管理軟什可以實(shí)現(xiàn)對(duì)IP、SSID等無線剛卡參數(shù)進(jìn)行必要的配置。常見的無線網(wǎng)卡配置管理程序有iwconfig、iwlistt、iwspy、iwpriv等。這里介紹幾個(gè)主要的無線網(wǎng)卡配置管理程序：