ucos WiFi網卡驅動程序的開發

嵌入式系統是設計完成復雜功能的硬件和軟件，并使其緊密耦合在一起的計算機系統。目前，嵌入式系統已經存在于各種數據采集、工業控制、娛樂、通信等應用領域。在一些應用場合，需要嵌入式設備具有與其它系統交換信息的能力，因此必須為嵌入式系統增加通信功能。通信功能的實現可以采用很多方式，例如以太網，ADSL，GPRS以及其它方式。在一個嵌入式終端中使用WiFi網卡，實現無線網絡通信的功能是一種較新的通信方式。由于在uCOS實時操作系統中還沒有WiFi的驅動程序，因此下面將介紹WiFi的驅動程序的編寫。

1 WiFi介紹

WiFi(Wireless Fidelity)，又稱802.1lb標準，IEEE于1997年6月批準了該標準。802.11標準的體系結構組成包括：無線站點STA(Station)，無線接入點AP(Access Point)，獨立基本服務組IBSS(Independent Basic Service Set)，基本服務組BSS(BasicService Set)，分布式系統DS(Distribution System)和擴展服務組ESS(Extended Service Set).

該標準定義了兩種工作模式：ad hoc模式和infrastructure模式。ad hoc即對點模式，包含兩個無線站點(STA，即帶無線網卡的設備)。而infrastructure即AP模式，無線站點(STA)通過AP與現有的骨干網相連接，組成一個基本服務組(BSS)。在BSS中，AP不僅提供STA之間通信的橋接功能，還提供STA與有線局域網的連接，可以實現有線Hub幾乎所有的功能。

2 嵌入式終端系統結構

2.1 硬件結構

嵌入式終端硬件系統(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，并支持實時仿真和跟蹤的CPU。LPC2210的數據和地址總線是開放的，片內有16K字節的RAM。嵌入式終端需要較大存儲空間運行實時操作操作系統、TCP/IP協議、圖形用戶界面(GUI)、串口驅動程序、WiFi驅動程序、英文及漢字字庫等，因此在外部擴展了一片容量為256K×16的靜態RAM 1S61LV25616及一片容量為1M×16的Flash 39VF160。為了方便調試程序，使用了LPC2210的串口診斷程序的運行結果。

?

圖1 嵌入式終端的硬件結構

系統中選擇了使用Prism 2芯片的網卡，型號為COMPAQ NC5004，支持IEEE802.11b，最高速率為11Mb/s.網卡的物理驅動接口為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，總線時序通過軟件仿真來完成，即PCMCIA接口的驅動程序。

PCMCIA總線有控制線、數據線、地址線、電源線。其中數據線寬度可選為16位或8位，NC5004的數據線寬度是16位的，即D15～D0。地址線寬度為26位，但在WiFi網卡中只須用10位地址線A9～A0。WiFi網卡的PCMCIA 的控制線有10根，其中RESET為復位，該線為低電平時網卡回到初始狀態。CE1，CE2為卡的地址控制，當CE1，CE2為低時，分別表示偶地址和奇地址的字節有效。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空間和存儲器空間。IREQ提示處理器處理網卡的內部事件，可以不用。在對網卡進行讀寫僮魘保?揮械盚WAIT變高表示讀或寫的數據進入存儲器，才能進行下一步總線操作。

2.2 軟件結構

嵌入式終端的軟件系統(如圖2所示)包括實時操作系統、PCMCIA驅動程序、WiFi網卡驅動程序、TCP/IP協議、串口驅動程序、圖形界面等。本系統中的實時操作系統vCOS II是一個公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統。最多可以支持64個任務，分別對應優先級0～63，其中0為最高優先級。vCOS需要移植才能用于不同的處理器平臺，移植需要改寫的文件：OS_CPU.H，OS_CPU_A.S，OS_CPU_C.C.對于LPC2210嵌入式處理器，廠家的技術支持一般提供了該型號處理器的這三個移植文件，將這三個文件代替原文件即可使用。

?

圖2 嵌入式終端的軟件結構

但uCOS II缺少對外圍設備和接口的支持，如沒有文件系統、網絡協議、圖形界面。在廠家提供的開發資料中有其自行開發的TCP/IP協議和串口驅動程序。但該TCP/IP協議是與以太網卡驅動程序接口的，因此在該TCP/IP協議中，需要修改與網卡接口的API函數。其余的PCMCIA驅動程序、WiFi網卡驅動程序需要自己進行編寫。

3 驅動程序的編寫

3.1 PCMCIA驅動程序

PCMCIA 驅動程序包括五個主要函數，分別是initPCMCIAPorts()，pcmcia_WriteMem()，pcmcia_WriteReg()，pcmcia_ReadMem ()，pcmcia_Read_Reg()。initPCMCIAPorts()函數用于PCMCIA設備的復位，其作用是通過控制RESET復位線為低電平，延遲一段時間以后，再恢復為高電平。

PCMCIA設備內部空間分為Memory空間和I/O空間，對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().這幾個函數區別在于控制線WE，OE，IORD，IOWR的操作不一樣。

PCMCIA驅動程序函數按照PCMCIA時序設置LPC2210相應的通用端口。PCMCIA總線的工作時序是這樣，首先在地址線上設置數據地址，并將CE1，CE2設為低電平，然后REG設為低電平將地址鎖存。接下來進行讀或寫操作，讀操作中，Memory空間和I/O空間的讀操作分別將OE，IORD設為低電平，然后等待HWAIT變為高電平。HWAIT變為高電平后，將數據線上的狀態讀入。寫操作中，首先按照待寫數據設置數據線上的狀態，然后Memory空間的寫操作和I/O空間的寫操作分別將WE，IOWE設置為低電平。接下來，HWAIT變為高電平后說明數據已經寫入。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恢復為高電平。

3.2 網卡驅動程序

Prism 2網卡內部操作是封閉的，外部對其操作都是通過存儲器操作完成的，Memory空間的存儲器有COR(Configuration Option Register)寄存器，I/O空間的存儲器有BAP(Baffuer Access Path)寄存器，命令/狀態寄存器，FID管理寄存器，事件寄存器，控制寄存器，主機軟件寄存器，輔助端口寄存器等，這些寄存器的含義及偏移地址見文獻[2].LPC2210管理、配置網卡的數據項都是加載一個特定的RID(Resource IDentifiers)到BAP寄存器，讀取或者寫入一個特定的緩沖區。WiFi網卡驅動程序中的函數功能都是通過訪問這些存儲器完成的，下面將介紹這些API函數的功能。

wlandrv_ProbeDevice()函數用于檢測網卡是否存在，函數首先訪問COR寄存器，設置網卡進入I/O模式，設置操作屬于Memory空間的讀寫操作。然后，使用pcmcia_WriteReg()函數寫一個值到地址為0x28的寄存器中，再用pcmcia_ReadReg()函數讀取這個寄存器的值，與原來的值相比較，如果值相同，則說明網卡是存在的：

wlandrv_ProbeDevice(void){

pcmcia_WriteMem(WI_COR_OFFSET,WI_COR_VALUE)；//進入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){

已找到網卡，此處做相應處理

}

}

wlandrv_Attach()函數用于讀取網卡內部的一些參數，這些操作都是通過向BAP設定相應的RID，讀取相應緩沖區完成的：

wlandrv_Attach (void){

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

……類似地讀取NIC ID，可用信道，WEP加密支持，網絡速率支持

}

wlandrv_Init()函數用于網絡參數的初始化設置：

wlandrv_Init(){

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

wi_write_ssid(WI_RID_DESIRED_SSID,ic_des_essid,7)；//設置SSID

wi_write_txrate()；//設置速率

wi_cmd(WI_CMD_ENABLE | WI_PORT0,0,0,0)；//啟動網卡

}

wlandrv_PutPacket()是被TCP/IP協議調用的函數，即IP協議將發送的數據打成IP包以后，將包傳遞給該函數。函數的工作首先是計算需要發送的字節總長度，然后在IP包前添加添加邏輯鏈路控制層的幀頭，幀頭為4個雙字，分別表示訪問點地址、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，將打好的包送入網卡的發送緩沖區。發送緩沖區的地址是通過設置FID管理寄存器后獲得的。

wlandrv_PutPacket(struct pkst *TxdData){

//TxdData為指向發送的IP包的指針

struct wi_frame frmhdr；

LLCS_SNAP_HEADER LLCSSNAPHeader ；

ETHERHDR *pMAC8023Header：

計算發送數據長度len為TxdData指向的數據包添加格式為LLCS_SNAP_HEADER的邏輯鏈路控制層包頭

wi_write_bap(rid,off,TxdData,len)；//發送數據包

)

wlandrv_Event()函數主要查詢三個事件，即管理消息、接收數據、發送數據。通過查詢消息代碼，可知網卡是否已經找到AP并關聯起來以及何時脫離關聯。響應接收數據事件可以接收數據幀，去掉邏輯鏈路控制層的幀頭，然后將IP包傳遞給IP協議層。對于發送數據事件可以不做響應。這些操作都是先查詢FID寄存器后，獲取事件數據的緩沖區地址，然后訪問該地址的緩沖區獲取相應數據 函數如下：

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 驅動程序的使用

驅動程序寫好以后，是通過TCP/IP程序調用這些API函數的，其調用過程如圖3所示。

?

4 結束語

通過在嵌入式終端中加入WiFi網卡，并編寫基于vCOS II實時操作系統的網卡驅動程序，實現了嵌入式終端與PC機之間的網絡通信。在實驗中，PC機通過無線網卡向嵌入式終端發送彩色圖片，嵌入式終端恢復數據后在彩色LCD上顯示該圖片，證明WiFi網卡驅動程序的開發是成功的。