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隨著(zhù)移動(dòng)通信和便攜通信的發(fā)展，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)WLAN日漸普及。嵌入式系統中無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的接入，既可以實(shí)現對嵌人式系統的無(wú)線(xiàn)控制和數據傳輸，又可以滿(mǎn)足一些特殊應用的場(chǎng)合。這里通過(guò)對USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的Linux設備驅動(dòng)的深入理解和分析，成功地移植在Atmel 9261 ARM處理器上。實(shí)現了嵌入式系統的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入。利用該平臺，可以進(jìn)一步設計完善醫用伽馬相機和小型SPECT設備的手持數據采集系統，使得控制人員能夠遠離數據采集現場(chǎng)，而通過(guò)遠程終端來(lái)控制現場(chǎng)數據和各種控制信號，較好地解決了安全性問(wèn)題。 1 硬件系統構成 1．1 USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡介紹 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡是無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的重要組成部分，WLAN的物理層及MAC層是用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的硬件及其軟件完成的，而LLC層以上各層均由計算機軟件來(lái)實(shí)現。WLAN包括進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò )接口卡(簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡)和接人點(diǎn)／橋接器(AP／網(wǎng)橋)。其中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡提供了最終用戶(hù)設備(手持設備)與接人點(diǎn)／橋接器之間的接口。目前，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡主要以PCMCIA，CompactFLASH(CF)卡的形式廣泛應用。大多數可用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡都是基于Intersil Prism或Lucent Hermes芯片組的，其中USB設備的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡則由Ateml芯片組支持。該系統采用D-Link的WLG-122無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，芯片組為Prism2，它通過(guò)USB host port接入。 1．2 系統構成 主控制器采用Atmel 9261，工作頻率180 MHz，具有16 KB數據cache和16 KB指令cache，外接64 MBNAND FLASH和64 MB SDRAM，外圍接口由10／100 Mb／s自適應以太網(wǎng)卡，3個(gè)USB 2.0接口，2個(gè)通用異步收發(fā)器(UART)，LCD接口以及串行外圍接口(SPI)等組成，可以方便地外接工作設備。操作系統采用Linux 2.6.15；Bootloader采用U-boot；根文件系統采用ramdisk。系統啟動(dòng)后掛載yaffs文件系統，該系統采用Ateml公司的Atmel 9261開(kāi)發(fā)板，外圍接口包括2個(gè)USB host接口，其中一個(gè)外接USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡。無(wú)線(xiàn)路由器采用Cisco-Linksys的WRTl60N，支持802.11g標準、TCP協(xié)議和TFTP協(xié)議，如圖1所示。 2 USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅動(dòng) 2．1 Linux USB驅動(dòng)模塊結構 對于接入系統中的USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，從CPU的角度首先看到的是USB總線(xiàn)，然后才是網(wǎng)卡芯片，所以USB驅動(dòng)要先于網(wǎng)卡驅動(dòng)實(shí)現。USB設備接口有主機端與設備端區別，因而USB驅動(dòng)程序也有USB主機端驅動(dòng)程序與USB設備端驅動(dòng)程序之分。在主控機方面，主要有UHCI和OHCI兩種規范。 上層的應用軟件對系統的USB設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)文件系統的形式進(jìn)行的。每個(gè)連接到系統總線(xiàn)上的USB設備可以同時(shí)對應一個(gè)或多個(gè)驅動(dòng)程序，即每個(gè)USB設備可以在Linux系統上設置一個(gè)或多個(gè)節點(diǎn)供應用程序使用。 由于USB接口為主從方式和多設備連接的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )結構，所以USB主機必須具備對所有連接在總線(xiàn)上不同類(lèi)型的USB設備進(jìn)行配置管理的功能。LinuxUSB主機驅動(dòng)程序可以同時(shí)支持多路USB總線(xiàn)功能，每路USB總線(xiàn)獨立工作。USB主機驅動(dòng)由USB主機控制器驅動(dòng)(HCD)，USB驅動(dòng)(USBD)和不同的USB設備類(lèi)型驅動(dòng)三部分組成。圖2描述了Linux USB驅動(dòng)程序的結構。Linux定義了通用請求塊(UniversalReqlaest Block，URB)，用來(lái)在USB設備類(lèi)驅動(dòng)程序與USBD，USBD與HCD間進(jìn)行數據傳輸。 2．2 LinUX網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序結構 所有的Linux網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序都遵循通用的接口。設計時(shí)采用面向對象的方法，即一個(gè)設備就是一個(gè)對象(net device結構)，它內部有自己的數據和方法。一個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收。Linux網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序的結構可以劃分為網(wǎng)絡(luò )協(xié)議接口、網(wǎng)絡(luò )設備接口、設備驅動(dòng)功能和網(wǎng)絡(luò )媒介四層。網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序中最主要的工作就是完成設備驅動(dòng)層功能，使其滿(mǎn)足所需要的功能。 2．2．1 USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅動(dòng)設備的訪(fǎng)問(wèn)和控制 與PCI,ISA等設備不同，USB,1394等新一代總線(xiàn)沒(méi)有IO／MEM映射、中斷和DMA硬件資源，取而代之的是抽象出來(lái)的硬件資源概念。對USB設備來(lái)說(shuō)，資源主要包括配置(configuration)、接口(interface)和端點(diǎn)(endpoint)。這些資源中，端點(diǎn)對于USB設備有著(zhù)最重要的意義，實(shí)際的數據傳輸就是通過(guò)端點(diǎn)的讀寫(xiě)實(shí)現的。驅動(dòng)程序通過(guò)描述符來(lái)獲取這些資源。在初始化時(shí)，USB驅動(dòng)程序從設備端點(diǎn)0讀取描述符，經(jīng)過(guò)解析后保存這些資源的屬性，為傳輸數據做準備。 2．2．2 USB網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序設計 USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅動(dòng)程序首先向USB子系統注冊自己，然后通過(guò)vendor id和device id來(lái)判斷硬件設備是否已經(jīng)插入總線(xiàn)，攝像頭驅動(dòng)程序需要創(chuàng )建一個(gè) 當無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡插入USB總線(xiàn)時(shí)，USB core就會(huì )調用Probe方法來(lái)檢測被傳遞進(jìn)來(lái)的信息，以確定無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡設備是不是與驅動(dòng)程序匹配，同時(shí)填充struct net_device完成對該網(wǎng)絡(luò )設備的初始化。當無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡被拔出時(shí)，USB core就會(huì )調用Disconnect方法來(lái)完成清除工作。驅動(dòng)程序通過(guò)顯示模塊的初始化和消除函數注冊與注銷(xiāo)模塊調用module_init來(lái)初始化一個(gè)模塊，并在卸載時(shí)調用moduel_exit函數。 其中，open函數主要完成對描述網(wǎng)卡硬件數據結構pAd的初始化，包括urb包接收函數、接口配置函數、初始化發(fā)送接收數據結構和MAC地址拷貝函數，以及最后開(kāi)始的net_dev數據發(fā)送接收函數。RTMPSend-Packets函數負責發(fā)送包裝好的網(wǎng)絡(luò )數據包。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅動(dòng)與USB core的通信則通過(guò)中斷／批量的方式來(lái)傳送。 3 編譯與測試 3．1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅動(dòng)編譯 該系統的Linux內核版本為2．6．15，在宿主機上進(jìn)行內核配置，通過(guò)“make menuconfig"將內核中不必要的功能去掉，增加對WLAN的支持。依次點(diǎn)擊De-Vice Driver→Network device suppor→Wireless LAN(non-hamradio)→選中Wireless Lan driners(non-hamradio)＆Wireless Extensions；然后進(jìn)入通用USB-WLAN驅動(dòng)程序源碼，修改makefile，將內核文件夾選項重新定位在剛才編譯好的Linux內核下，通過(guò)“make"在該文件夾下編譯生成rt73．ko驅動(dòng)模塊。 在A(yíng)RM嵌入式Linux開(kāi)發(fā)中文件的傳輸方式有多種，比如TFTP服務(wù)和NFS文件系統。在此采用將rt73．ko驅動(dòng)模塊下載至開(kāi)發(fā)板，由于Linux支持模塊的動(dòng)態(tài)加載，所以可以很方便地將該模塊用“insmod”加載至內核，通過(guò)“l(fā)stood”查看加載的模塊，之后rt73模塊已經(jīng)被成功加載。 在開(kāi)發(fā)板文件系統中添加無(wú)線(xiàn)管理應用程序，和iwconfig，iwapy，iwlist等，用于配置頻率、網(wǎng)絡(luò )、ID、ES-SID、接受靈敏度、接人模式、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )標準、加密開(kāi)關(guān)。 最后編寫(xiě)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)和自配置程序，實(shí)現自動(dòng)配置IP地址和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡。至此整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅動(dòng)程序全部編譯完成。 3．2 測試結果及分析 啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，編寫(xiě)測試帶寬程序。該測試程序采用C／S設計模式，客戶(hù)端運行在A(yíng)RM開(kāi)發(fā)板上，服務(wù)器運行在局域網(wǎng)內一臺Linux PC上。改測試程序的工作流程主要如下，客戶(hù)端分別發(fā)送不同大小的字節流，經(jīng)服務(wù)器處理計算出對應的帶寬，可以得到一條寬帶曲線(xiàn)，進(jìn)而得到網(wǎng)絡(luò )實(shí)際能夠達到的最大帶寬。經(jīng)反復測試，該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡能夠穩定工作，在距離AP 50 m的半徑內下帶寬為6 Mb／s，距離理論值54 Mb／s還有一定距離，具體原因正在分析中。測試結果如圖3所示。 4 結 語(yǔ) Linux作為當今市場(chǎng)上嵌入式系統使用比例最高的操作系統，其驅動(dòng)模式支持模塊堆疊技術(shù)，內核開(kāi)發(fā)者已提供了一些通用模塊�，F從工程應用出發(fā)，研究并移植了Linux下USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的設備驅動(dòng)，以此為基礎既可以構建嵌入式無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，又可以用于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)法延伸或難以安裝，以及有可靈活移動(dòng)和臨時(shí)性使用等要求的、諸如外加攝像頭和圖像處理芯片的場(chǎng)合，還可以用于工業(yè)現場(chǎng)中的遠程無(wú)線(xiàn)視頻監控。 |
