基于vCOS II實時操作系統(tǒng)的網(wǎng)卡驅動程序設計

嵌入式系統(tǒng)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(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、通信等應用領域。在一些應用場合，需要嵌入式設備具有與其它系統(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。在一個嵌入式終端中使用WiFi網(wǎng)卡，實現(xiàn)無線網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)卡的設備）。而infrastructure即AP模式，無線站點（STA）通過AP與現(xiàn)有的骨干網(wǎng)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(wǎng)的連接，可以實現(xiàn)有線Hub幾乎所有的功能。

2 嵌入式終端系統(tǒng)結構

2.1 硬件結構

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，并支持實時仿真和跟蹤的CPU。LPC2210的數(shù)據(jù)和地址總線是開放的，片內有16K字節(jié)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(tǒng)、TCP/IP協(xié)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(tài)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(tǒng)中選擇了使用Prism 2芯片的網(wǎng)卡，型號為COMPAQ NC5004，支持IEEE802.11b，最高速率為11Mb/s.網(wǎng)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(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為復位，該線為低電平時網(wǎng)卡回到初始狀態(tài)。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(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空間和存儲器空間。IREQ提示處理器處理網(wǎng)卡的內部事件，可以不用。在對網(wǎng)卡進行讀寫操作時，只有當HWAIT變高表示讀或寫的數(shù)據(jù)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(tǒng)（如圖2所示）包括實時操作系統(tǒng)、PCMCIA驅動程序、WiFi網(wǎng)卡驅動程序、TCP/IP協(xié)議、串口驅動程序、圖形界面等。本系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng)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(tǒng)。最多可以支持64個任務，分別對應優(yōu)先級0～63，其中0為最高優(yōu)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(tǒng)、網(wǎng)絡協(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)議和串口驅動程序。但該TCP/IP協(xié)議是與以太網(wǎng)卡驅動程序接口的，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驅動程序、WiFi網(wǎng)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(shù)，分別是initPCMCIAPorts（），pcmcia_WriteMem（），pcmcia_WriteReg（），pcmcia_ReadMem （），pcmcia_Read_Reg（）。initPCMCIAPorts（）函數(shù)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(shù)區(qū)別在于控制線WE，OE，IORD，IOWR的操作不一樣。

PCMCIA驅動程序函數(shù)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(shù)據(jù)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?yōu)楦唠娖?。HWAIT變?yōu)楦唠娖胶螅瑢?shù)據(jù)線上的狀態(tài)讀入。寫操作中，首先按照待寫數(shù)據(jù)設置數(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恢復為高電平。

3.2 網(wǎng)卡驅動程序

Prism 2網(wǎng)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(tài)寄存器，F(xiàn)ID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(wǎng)卡的數(shù)據(jù)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(qū)。WiFi網(wǎng)卡驅動程序中的函數(shù)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(shù)的功能。

wlandrv_ProbeDevice（）函數(shù)用于檢測網(wǎng)卡是否存在，函數(shù)首先訪問COR寄存器，設置網(wǎng)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(shù)寫一個值到地址為0x28的寄存器中，再用pcmcia_ReadReg（）函數(shù)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(wǎng)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(wǎng)卡，此處做相應處理

}

}

wlandrv_Attach（）函數(shù)用于讀取網(wǎng)卡內部的一些參數(shù)，這些操作都是通過向BAP設定相應的RID，讀取相應緩沖區(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)絡速率支持

}

wlandrv_Init（）函數(shù)用于網(wǎng)絡參數(shù)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(wǎng)卡

}

wlandrv_PutPacket（）是被TCP/IP協(xié)議調用的函數(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)的工作首先是計算需要發(fā)送的字節(jié)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(wǎng)卡的發(fā)送緩沖區(qū)。發(fā)送緩沖區(qū)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(fā)送的IP包的指針

struct wi_frame frmhdr；

LLCS_SNAP_HEADER LLCSSNAPHeader ；

ETHERHDR *pMAC8023Header：

計算發(fā)送數(shù)據(jù)長度len為TxdData指向的數(shù)據(jù)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(fā)送數(shù)據(jù)包

）

wlandrv_Event（）函數(shù)主要查詢三個事件，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并關聯(lián)起來以及何時脫離關聯(lián)。響應接收數(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。對于發(fā)送數(shù)據(jù)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(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(shù)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(wǎng)卡，并編寫基于vCOS II實時操作系統(tǒng)的網(wǎng)卡驅動程序，實現(xiàn)了嵌入式終端與PC機之間的網(wǎng)絡通信。在實驗中，PC機通過無線網(wǎng)卡向嵌入式終端發(fā)送彩色圖片，嵌入式終端恢復數(shù)據(jù)后在彩色LCD上顯示該圖片，證明WiFi網(wǎng)卡驅動程序的開發(fā)是成功的。
責任編輯；zl