通信處理器MPC852T無線接入點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

20世紀(jì)90年代以來，隨著個(gè)人數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)均能實(shí)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(jìn)行無線通信的技術(shù)。ieee802.11委員會(huì)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(gè)接入點(diǎn)ap，就可以構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的覆蓋區(qū)域，可提供移動(dòng)用戶漫游的能力。同時(shí)，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(diǎn)ap的功能描述和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

當(dāng)一個(gè)站在lan上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，接入點(diǎn)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(gè)無線設(shè)備發(fā)送一個(gè)幀時(shí)，接入點(diǎn)通過所設(shè)定運(yùn)行的rf來接收幀，然后把幀轉(zhuǎn)發(fā)到有線局域網(wǎng)。兩個(gè)或者多個(gè)無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)，將為移動(dòng)無線設(shè)備提供一個(gè)接入到有線局域網(wǎng)的無線擴(kuò)展區(qū)域。當(dāng)建立一個(gè)無線局域網(wǎng)接人點(diǎn)時(shí)，要配置一個(gè)bss(basic service set)標(biāo)識(shí)符。同樣，也要為那些無線局域網(wǎng)適配卡設(shè)定一個(gè)區(qū)域標(biāo)識(shí)符，其中接入點(diǎn)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(gè)無線接入點(diǎn)構(gòu)造的一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集(ess，extended serice set)中，通過定位接入點(diǎn)，無線設(shè)備就實(shí)現(xiàn)了漫游功能，以及通過應(yīng)用無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)服務(wù)的能力。一個(gè)基本的無線局域網(wǎng)是由一個(gè)連接到有限局域網(wǎng)的接入點(diǎn)和使用該接入點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)無線pc用戶所組成。

基于mpc852t的無線接入點(diǎn)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(gè)l0m以太網(wǎng)口，不僅實(shí)現(xiàn)和有線局域網(wǎng)的橋接。還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序的以太網(wǎng)下載，從而燒寫進(jìn)fiash中。底板上則提供了非常豐富的外設(shè)接口：1個(gè)10m以太網(wǎng)接口，1個(gè)100m以太網(wǎng)接口，1個(gè)rs-232接口(comi)，1個(gè)bdm調(diào)試口(mpc8xx系列的epbdm)，還有1個(gè)pcmcia接口，按入無線網(wǎng)卡，作為無線接入點(diǎn)的rf，實(shí)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(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，能夠裝載和運(yùn)行嵌入式linux的操作系統(tǒng)，可以在這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行自主的應(yīng)用軟件和驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。

2 mpc852t功能介紹

在無線接入點(diǎn)a p的設(shè)計(jì)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(chǎng)上的dsl 調(diào)制解調(diào)器、soho路由器、遠(yuǎn)程接入服務(wù)器、dslam、中心局交換機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)，提供了更高的性價(jià)比，并在通信方面有所增強(qiáng)。mpc852 powerquicc集成了兩個(gè)處理塊，一個(gè)處理塊是嵌入的powerpc核，另一個(gè)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(dá)l00mhz，擴(kuò)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(shí)器、時(shí)鐘合成器、powerpc減量器、復(fù)位控制器及jtag1149.l測(cè)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(jì)

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(gè)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(shí)，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(hào)，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(hào)，則是完全兼容的器件)構(gòu)成，共32mb sdram。

mpc852t共提供了4個(gè)port，即porta、portb、p0rtc和portd，對(duì)應(yīng)的控制寄存器實(shí)現(xiàn)與其它信號(hào)引腳的復(fù)用。

端口分配使用情況如表l所列。

其中：一個(gè)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(shí)，由1個(gè)led提供1個(gè)運(yùn)行指示.1個(gè)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(jì)

底層接口板有1個(gè)9v供電插座和1個(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)rs-232串口，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)10m快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的100m快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)pcmcia接口，1個(gè)bdm接口。其中，bdm接口和rs-232串口，可用于核心板硬件檢測(cè)，映象文件下載，運(yùn)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(kuò)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(dòng)傳輸速率選擇，支持ad-hoc(對(duì)等)，infrastructure(基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò))和roaming(漫游)的網(wǎng)絡(luò)模式，可以實(shí)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(gè)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(jiǎn)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(tái)ieee8023規(guī)范。實(shí)際使用中，mpc852t設(shè)置多少個(gè)網(wǎng)口，應(yīng)根據(jù)主芯片的運(yùn)行主頻和接口要求統(tǒng)籌考慮。在50mhz的mpc852t芯片上，實(shí)現(xiàn)1個(gè)10m網(wǎng)口(采用sccl實(shí)現(xiàn)，如圖3所示)和1個(gè)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(duì)有關(guān)的寄存器進(jìn)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(jì)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(diǎn)ap的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

mpc852t是遵照p0werpc結(jié)構(gòu)體系的嵌入式芯片系列，因此可實(shí)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(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，以滿足通信控制設(shè)備所要求的實(shí)時(shí)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(jí)功能，如圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)支持，但其價(jià)格很高，一般用戶難以接受。嵌入式linux操作系統(tǒng)以價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大有易于移植而被廣泛應(yīng)用。linux是個(gè)和unix相似，以核心為基礎(chǔ)的，完全內(nèi)存保護(hù)，多任務(wù)多進(jìn)程的操作系統(tǒng)。它支持廣泛的計(jì)算機(jī)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(jìn)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(duì)低級(jí)系統(tǒng)的初始化文件進(jìn)行修改，使之符合目標(biāo)板的需要。對(duì)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(jí)。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(tái)pc機(jī)上完成。

一個(gè)小型的linux操作系統(tǒng)需要下面三個(gè)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(jìn)程管理和事務(wù)處理構(gòu)成。因?yàn)閘inux內(nèi)核支持多種cpu體系，所以修改linux內(nèi)核運(yùn)行到硬件平臺(tái)中，不需要太多的工作。

③初始化進(jìn)程，為linux系統(tǒng)安裝inetd、telnetd、tftpd、bttpd等守護(hù)進(jìn)程，使得linux系統(tǒng)成為名副其實(shí)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可以telnet遠(yuǎn)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(gè)文件系統(tǒng)，硬件驅(qū)動(dòng)程序和提供所需功能的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序，如1個(gè)串口、1個(gè)10m以太網(wǎng)接口、1個(gè)100m以太網(wǎng)接口、1個(gè)bdm調(diào)試接口、wlan無限網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)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(diǎn)ap的實(shí)現(xiàn)

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

(1)精簡(jiǎn)內(nèi)核

linux內(nèi)核是可以根據(jù)特定的要求進(jìn)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(xiàng)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(duì)于軟驅(qū)(floppy)及光驅(qū)(cdrom)的支持選項(xiàng);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(shí) 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(duì)需要驅(qū)動(dòng)的支持。例如：要保留對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持，保留對(duì)tcp/ip協(xié)議的支持，保留ppp(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(dòng)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(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，為用戶提供使用計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備的接口，因此在對(duì)linux進(jìn)行大幅度刪減縮小的同時(shí)，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(dòng)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(dòng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)。ap是以運(yùn)行腳本命令pcmcia將ap驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)，ap啟動(dòng)時(shí)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(hào)等所編制的簡(jiǎn)單腳本文件。這些配置文件通知ap驅(qū)動(dòng)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(dòng)了。另外，ap的目標(biāo)文件在ap關(guān)閉后自動(dòng)卸載掉。

最終實(shí)現(xiàn)的ap嵌入式linux操作系統(tǒng)大概由以下幾個(gè)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(duì)原系統(tǒng)的命令進(jìn)行刪減。

◇/boot：包含一些壓縮的內(nèi)核映像和啟動(dòng)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(kù)，命令ldd可以告訴哪些庫(kù)可以動(dòng)態(tài)連接在某一個(gè)執(zhí)行命令上，這樣可以將需要的庫(kù)拷入。

◇/mnt:此目錄一般為空。

◇/proc：是個(gè)空目錄，啟動(dòng)時(shí)內(nèi)核將系統(tǒng)啟動(dòng)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(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。

◇/var：包含ap啟動(dòng)時(shí)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(jìn)行具體的刪減，最終在4mb存儲(chǔ)容量的巔入式linux操作系統(tǒng)中完成對(duì)無線接入點(diǎn)ap的使用。

結(jié)語

在嵌入式linux操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于mpc852t的無線接入點(diǎn)ap的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了mpc852t的強(qiáng)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(shí)時(shí)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(gè)結(jié)構(gòu)清晰、模塊化、易實(shí)現(xiàn)、易使用的嵌入式系統(tǒng)。