基于ucos的WiFi網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)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(lè)、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(wú)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(méi)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(xiě)。

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(wú)線站點(diǎn)STA(Station)，無(wú)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(wú)線站點(diǎn)(STA，即帶無(wú)線網(wǎng)卡的設(shè)備)。而infrastructure即AP模式，無(wú)線站點(diǎn)(STA)通過(guò)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(kāi)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(kù)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(méi)有PCMCIA控制器，因此LPC2210與NC5004的PCMCIA 接口是通過(guò)LPC2210的通用端口連接的，總線時(shí)序通過(guò)軟件仿真來(lái)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(xiě)控制線，IORD，IOWR為I/O空間的讀寫(xiě)控制線，均為低電平有效。REG用于選擇地址訪問(wèn)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(xiě)僮魘保只有當(dāng)HWAIT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(kāi)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(xiě)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(méi)有文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、圖形界面。在廠家提供的開(kāi)發(fā)資料中有其自行開(kāi)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(xiě)。

3 驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)

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(guò)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(xiě)分別為pcmcia_ReadMem()，pcmcia_WriteMem()，而I/O空間的讀寫(xiě)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(lái)進(jìn)行讀或?qū)懖僮?，讀操作中，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)楦唠娖胶螅瑢?shù)據(jù)線上的狀態(tài)讀入。寫(xiě)操作中，首先按照待寫(xiě)數(shù)據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)線上的狀態(tài)，然后Memory空間的寫(xiě)操作和I/O空間的寫(xiě)操作分別將WE，IOWE設(shè)置為低電平。接下來(lái)，HWAIT變?yōu)楦唠娖胶笳f(shuō)明數(shù)據(jù)已經(jīng)寫(xiě)入。在讀寫(xiě)操作完成以后，依次將OE或者IORD(讀操作)，WE或者IOWR(寫(xiě)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(guò)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(jiàn)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(xiě)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(guò)訪問(wèn)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(wèn)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(xiě)操作。然后，使用pcmcia_WriteReg()函數(shù)寫(xiě)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(lái)的值相比較，如果值相同，則說(shuō)明網(wǎng)卡是存在的：