基于ucos的WiFi網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

嵌入式系統(tǒng)是設(shè)計(jì)完成復(fù)雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)存在于各種數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、娛樂、通信等應(yīng)用領(lǐng)域。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，需要嵌入式設(shè)備具有與其它系統(tǒng)交換信息的能力，因此必須為嵌入式系統(tǒng)增加通信功能。通信功能的實(shí)現(xiàn)可以采用很多方式，例如以太網(wǎng)，ADSL，GPRS以及其它方式。在一個(gè)嵌入式終端中使用WiFi網(wǎng)卡，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信的功能是一種較新的通信方式。由于在uCOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中還沒有WiFi的驅(qū)動(dòng)程序，因此下面將介紹WiFi的驅(qū)動(dòng)程序的編寫。

1 WiFi介紹

WiFi(Wireless Fidelity)，又稱802.1lb標(biāo)準(zhǔn)，IEEE于1997年6月批準(zhǔn)了該標(biāo)準(zhǔn)。802.11標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)組成包括：無線站點(diǎn)STA(Station)，無線接入點(diǎn)AP(Access Point)，獨(dú)立基本服務(wù)組IBSS(Independent Basic Service Set)，基本服務(wù)組BSS(BasicService Set)，分布式系統(tǒng)DS(Distribution System)和擴(kuò)展服務(wù)組ESS(Extended Service Set).

該標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種工作模式：ad hoc模式和infrastructure模式。ad hoc即對(duì)點(diǎn)模式，包含兩個(gè)無線站點(diǎn)(STA，即帶無線網(wǎng)卡的設(shè)備)。而infrastructure即AP模式，無線站點(diǎn)(STA)通過AP與現(xiàn)有的骨干網(wǎng)相連接，組成一個(gè)基本服務(wù)組(BSS)。在BSS中，AP不僅提供STA之間通信的橋接功能，還提供STA與有線局域網(wǎng)的連接，可以實(shí)現(xiàn)有線Hub幾乎所有的功能。

2 嵌入式終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

嵌入式終端硬件系統(tǒng)(如圖1所示)以Philips公司的LPC2210嵌入式處理器為核心，LPC2210是基于16/32位ARM7TDMI-S，并支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的CPU。LPC2210的數(shù)據(jù)和地址總線是開放的，片內(nèi)有16K字節(jié)的RAM。嵌入式終端需要較大存儲(chǔ)空間運(yùn)行實(shí)時(shí)操作操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議、圖形用戶界面(GUI)、串口驅(qū)動(dòng)程序、WiFi驅(qū)動(dòng)程序、英文及漢字字庫等，因此在外部擴(kuò)展了一片容量為256K×16的靜態(tài)RAM 1S61LV25616及一片容量為1M×16的Flash 39VF160。為了方便調(diào)試程序，使用了LPC2210的串口診斷程序的運(yùn)行結(jié)果。

 

圖1 嵌入式終端的硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中選擇了使用Prism 2芯片的網(wǎng)卡，型號(hào)為COMPAQ NC5004，支持IEEE802.11b，最高速率為11Mb/s.網(wǎng)卡的物理驅(qū)動(dòng)接口為PCMCIA，供電電壓為3.3V.由于LPC2210沒有PCMCIA控制器，因此LPC2210與NC5004的PCMCIA 接口是通過LPC2210的通用端口連接的，總線時(shí)序通過軟件仿真來完成，即PCMCIA接口的驅(qū)動(dòng)程序。

PCMCIA總線有控制線、數(shù)據(jù)線、地址線、電源線。其中數(shù)據(jù)線寬度可選為16位或8位，NC5004的數(shù)據(jù)線寬度是16位的，即D15～D0。地址線寬度為26位，但在WiFi網(wǎng)卡中只須用10位地址線A9～A0。WiFi網(wǎng)卡的PCMCIA 的控制線有10根，其中RESET為復(fù)位，該線為低電平時(shí)網(wǎng)卡回到初始狀態(tài)。CE1，CE2為卡的地址控制，當(dāng)CE1，CE2為低時(shí)，分別表示偶地址和奇地址的字節(jié)有效。OE，WE分別為Memory空間的讀寫控制線，IORD，IOWR為I/O空間的讀寫控制線，均為低電平有效。REG用于選擇地址訪問空間，包括I/O空間和存儲(chǔ)器空間。IREQ提示處理器處理網(wǎng)卡的內(nèi)部事件，可以不用。在對(duì)網(wǎng)卡進(jìn)行讀寫僮魘保?揮械盚WAIT變高表示讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)進(jìn)入存儲(chǔ)器，才能進(jìn)行下一步總線操作。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

嵌入式終端的軟件系統(tǒng)(如圖2所示)包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、PCMCIA驅(qū)動(dòng)程序、WiFi網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序、TCP/IP協(xié)議、串口驅(qū)動(dòng)程序、圖形界面等。本系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)vCOS II是一個(gè)公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。最多可以支持64個(gè)任務(wù)，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)0～63，其中0為最高優(yōu)先級(jí)。vCOS需要移植才能用于不同的處理器平臺(tái)，移植需要改寫的文件：OS_CPU.H，OS_CPU_A.S，OS_CPU_C.C.對(duì)于LPC2210嵌入式處理器，廠家的技術(shù)支持一般提供了該型號(hào)處理器的這三個(gè)移植文件，將這三個(gè)文件代替原文件即可使用。

 

圖2 嵌入式終端的軟件結(jié)構(gòu)

但uCOS II缺少對(duì)外圍設(shè)備和接口的支持，如沒有文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、圖形界面。在廠家提供的開發(fā)資料中有其自行開發(fā)的TCP/IP協(xié)議和串口驅(qū)動(dòng)程序。但該TCP/IP協(xié)議是與以太網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序接口的，因此在該TCP/IP協(xié)議中，需要修改與網(wǎng)卡接口的API函數(shù)。其余的PCMCIA驅(qū)動(dòng)程序、WiFi網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序需要自己進(jìn)行編寫。

3 驅(qū)動(dòng)程序的編寫

3.1 PCMCIA驅(qū)動(dòng)程序

PCMCIA 驅(qū)動(dòng)程序包括五個(gè)主要函數(shù)，分別是initPCMCIAPorts()，pcmcia_WriteMem()，pcmcia_WriteReg()，pcmcia_ReadMem ()，pcmcia_Read_Reg()。initPCMCIAPorts()函數(shù)用于PCMCIA設(shè)備的復(fù)位，其作用是通過控制RESET復(fù)位線為低電平，延遲一段時(shí)間以后，再恢復(fù)為高電平。

PCMCIA設(shè)備內(nèi)部空間分為Memory空間和I/O空間，對(duì)Memory空間讀寫分別為pcmcia_ReadMem()，pcmcia_WriteMem()，而I/O空間的讀寫為pcmcia_ReadReg()，pcmcia_WriteReg().這幾個(gè)函數(shù)區(qū)別在于控制線WE，OE，IORD，IOWR的操作不一樣。

PCMCIA驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)按照PCMCIA時(shí)序設(shè)置LPC2210相應(yīng)的通用端口。PCMCIA總線的工作時(shí)序是這樣，首先在地址線上設(shè)置數(shù)據(jù)地址，并將CE1，CE2設(shè)為低電平，然后REG設(shè)為低電平將地址鎖存。接下來進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳎x操作中，Memory空間和I/O空間的讀操作分別將OE，IORD設(shè)為低電平，然后等待HWAIT變?yōu)楦唠娖?。HWAIT變?yōu)楦唠娖胶?，將?shù)據(jù)線上的狀態(tài)讀入。寫操作中，首先按照待寫數(shù)據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)，然后Memory空間的寫操作和I/O空間的寫操作分別將WE，IOWE設(shè)置為低電平。接下來，HWAIT變?yōu)楦唠娖胶笳f明數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入。在讀寫操作完成以后，依次將OE或者IORD(讀操作)，WE或者IOWR(寫操作)，CE2，CE1，REG恢復(fù)為高電平。

3.2 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序

Prism 2網(wǎng)卡內(nèi)部操作是封閉的，外部對(duì)其操作都是通過存儲(chǔ)器操作完成的，Memory空間的存儲(chǔ)器有COR(Configuration Option Register)寄存器，I/O空間的存儲(chǔ)器有BAP(Baffuer Access Path)寄存器，命令/狀態(tài)寄存器，F(xiàn)ID管理寄存器，事件寄存器，控制寄存器，主機(jī)軟件寄存器，輔助端口寄存器等，這些寄存器的含義及偏移地址見文獻(xiàn)[2].LPC2210管理、配置網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)項(xiàng)都是加載一個(gè)特定的RID(Resource IDentifiers)到BAP寄存器，讀取或者寫入一個(gè)特定的緩沖區(qū)。WiFi網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序中的函數(shù)功能都是通過訪問這些存儲(chǔ)器完成的，下面將介紹這些API函數(shù)的功能。

wlandrv_ProbeDevice()函數(shù)用于檢測(cè)網(wǎng)卡是否存在，函數(shù)首先訪問COR寄存器，設(shè)置網(wǎng)卡進(jìn)入I/O模式，設(shè)置操作屬于Memory空間的讀寫操作。然后，使用pcmcia_WriteReg()函數(shù)寫一個(gè)值到地址為0x28的寄存器中，再用pcmcia_ReadReg()函數(shù)讀取這個(gè)寄存器的值，與原來的值相比較，如果值相同，則說明網(wǎng)卡是存在的：[!--empirenews.page--]

wlandrv_ProbeDevice(void){

pcmcia_WriteMem(WI_COR_OFFSET,WI_COR_VALUE)；//進(jìn)入I/O模式

pcmcia_WriteReg(WI_HFA384X_SWSUP_PORT0_OFF,WI_PRISM2STA_MAGIC)；

Value=pcmcia_ReadReg(WI_HFA384X_SWSUPPORT0_OFF)；

if(Value==WI_PRISM2STA_MAGIC){

已找到網(wǎng)卡，此處做相應(yīng)處理

}

}

wlandrv_Attach()函數(shù)用于讀取網(wǎng)卡內(nèi)部的一些參數(shù)，這些操作都是通過向BAP設(shè)定相應(yīng)的RID，讀取相應(yīng)緩沖區(qū)完成的：

wlandrv_Attach (void){

wi_read_rid(WI_RID_MAC_NODE,ic.ic_myaddr,&buflen)；//讀取網(wǎng)卡地址

……類似地讀取NIC ID，可用信道，WEP加密支持，網(wǎng)絡(luò)速率支持

}

wlandrv_Init()函數(shù)用于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的初始化設(shè)置：

wlandrv_Init(){

wi_write_val(WI_RID_PORTTYPE,WI_PORTTYPE_BSS)；//配制為站點(diǎn)

wi_write_ssid(WI_RID_DESIRED_SSID,ic_des_essid,7)；//設(shè)置SSID

wi_write_txrate()；//設(shè)置速率

wi_cmd(WI_CMD_ENABLE | WI_PORT0,0,0,0)；//啟動(dòng)網(wǎng)卡

}

wlandrv_PutPacket()是被TCP/IP協(xié)議調(diào)用的函數(shù)，即IP協(xié)議將發(fā)送的數(shù)據(jù)打成IP包以后，將包傳遞給該函數(shù)。函數(shù)的工作首先是計(jì)算需要發(fā)送的字節(jié)總長(zhǎng)度，然后在IP包前添加添加邏輯鏈路控制層的幀頭，幀頭為4個(gè)雙字，分別表示訪問點(diǎn)地址、控制類型以及幀頭類型，最后將IEEE802.3的幀頭改成WiFi的幀頭。最后，將打好的包送入網(wǎng)卡的發(fā)送緩沖區(qū)。發(fā)送緩沖區(qū)的地址是通過設(shè)置FID管理寄存器后獲得的。

wlandrv_PutPacket(struct pkst *TxdData){

//TxdData為指向發(fā)送的IP包的指針

struct wi_frame frmhdr；

LLCS_SNAP_HEADER LLCSSNAPHeader ；

ETHERHDR *pMAC8023Header：

計(jì)算發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度len為TxdData指向的數(shù)據(jù)包添加格式為L(zhǎng)LCS_SNAP_HEADER的邏輯鏈路控制層包頭

wi_write_bap(rid,off,TxdData,len)；//發(fā)送數(shù)據(jù)包

)

wlandrv_Event()函數(shù)主要查詢?nèi)齻€(gè)事件，即管理消息、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)。通過查詢消息代碼，可知網(wǎng)卡是否已經(jīng)找到AP并關(guān)聯(lián)起來以及何時(shí)脫離關(guān)聯(lián)。響應(yīng)接收數(shù)據(jù)事件可以接收數(shù)據(jù)幀，去掉邏輯鏈路控制層的幀頭，然后將IP包傳遞給IP協(xié)議層。對(duì)于發(fā)送數(shù)據(jù)事件可以不做響應(yīng)。這些操作都是先查詢FID寄存器后，獲取事件數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)地址，然后訪問該地址的緩沖區(qū)獲取相應(yīng)數(shù)據(jù) 函數(shù)如下：

wlandrv_Event(){

EventStatus=pcmcia_ReadReg (WI_EVENT_STAT)；//讀取事件代碼

if(EventStatus&WI_EV_INFO){

wi_info_intr()；//處理信息時(shí)間

}

else if(EventStatus& WI_EV_RX){

wi_rx_intr()：

}

//處理接收事件

else if(EventStatus& WI_EV_TX_EXC){

}

3.3 驅(qū)動(dòng)程序的使用

驅(qū)動(dòng)程序?qū)懞靡院?，是通過TCP/IP程序調(diào)用這些API函數(shù)的，其調(diào)用過程如圖3所示。

 

4 結(jié)束語

通過在嵌入式終端中加入WiFi網(wǎng)卡，并編寫基于vCOS II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)了嵌入式終端與PC機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信。在實(shí)驗(yàn)中，PC機(jī)通過無線網(wǎng)卡向嵌入式終端發(fā)送彩色圖片，嵌入式終端恢復(fù)數(shù)據(jù)后在彩色LCD上顯示該圖片，證明WiFi網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)是成功的。