無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器與嵌入式主機(jī)通過(guò)USB總線進(jìn)行連接的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

WLAN技術(shù)和嵌入式技術(shù)是目前比較熱門的兩個(gè)研究方向，而將二者相結(jié)合，即具有無(wú)線接入功能的嵌入式系統(tǒng)更具有誘人的發(fā)展前景。本文介紹了將IEEE802.11b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器與嵌入式主機(jī)通過(guò)USB總線進(jìn)行連接的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用了先進(jìn)的ARM處理器，除具有10M/100M以太網(wǎng)接口外，還提供USB主接口方便連接具有USB接口的IEEE 802.11b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器。
　　1.系統(tǒng)的總體實(shí)現(xiàn)
　　1.1系統(tǒng)的構(gòu)成
　　系統(tǒng)CPU采用Samsung公司推出的帶有ARM7TDMI內(nèi)核的S3C4510B作為CPU，RAM采用8M 32位SDRAM，ROM采用4M 16位FLASH.帶有一個(gè)JTAG接口用于系統(tǒng)調(diào)試，一個(gè)RS-232串行端口用于終端調(diào)試，一個(gè)以太網(wǎng)控制器，一個(gè)USB主機(jī)控制器。系統(tǒng)硬件框圖如圖1-1：
　　
　　嵌入式主機(jī)采用uClinux操作系統(tǒng)。uClinux是縮微版的Linux，和Linux內(nèi)核保持同步開(kāi)發(fā)。不同之處在于uClinux不帶有內(nèi)存管理單元（MMU），不能實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存管理，比較適合嵌入式系統(tǒng)的需求。
　　由于CPU是ARM指令系統(tǒng)，所以要在PC上用交叉編譯器重新編譯uClinux內(nèi)核，產(chǎn)生基于ARM的uClinux內(nèi)核二進(jìn)制代碼。
　　在編譯之前要進(jìn)行uClinux內(nèi)核的配置工作，包括RAM、ROM的大小，地址空間的分配，外圍設(shè)備的支持。除此以外，最關(guān)鍵的工作就是實(shí)現(xiàn)USB主機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)程序，這也是研究工作的重點(diǎn)。
　　2. USB主機(jī)控制器
　　在介紹USB主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序之前，先讓我們了解一下USB系統(tǒng)和USB主機(jī)控制器。
　　2.1 USB系統(tǒng)和USB主控制器的基本概念
　　在USB系統(tǒng)中，各種USB設(shè)備要與主機(jī)相連，就必須通過(guò)一個(gè)共同的接口接入主機(jī)。這個(gè)接口就是USB主機(jī)控制器（USB Host Controller）。HC是軟件、硬件以及固件的綜合，是USB拓?fù)涞?a target='_blank' class='arckwlink_none'>中心。
　　USB總線在物理上是一種以主機(jī)為根的樹狀分層星型拓?fù)?，HUB作為分枝結(jié)點(diǎn)，USB設(shè)備作為葉子結(jié)點(diǎn)。在邏輯上，USB總線是以主機(jī)為中心的星型拓?fù)洌琀UB在邏輯上也看做為一個(gè)USB邏輯設(shè)備。在邏輯上，主機(jī)直接通USB邏輯設(shè)備通信，就好像沒(méi)有中間的HUB一樣。USB邏輯設(shè)備是指各種各樣的USB設(shè)備與主機(jī)連接所必須具有的最基本的標(biāo)準(zhǔn)接口，主機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口管理和配置所有的USB設(shè)備。
　　
　　圖2-1是從USB主機(jī)客戶軟件到USB設(shè)備應(yīng)用的通信流模型。
　　l客戶軟件是為特定的USB設(shè)備服務(wù)的程序。USB只是一種總線協(xié)議，它的最終目的是為主機(jī)與外部設(shè)備之間提供方便快速的連接?？蛻糗浖梢岳斫鉃橥獠吭O(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序及應(yīng)用程序，而不屬于USB系統(tǒng)的一部分。它是USB系統(tǒng)的客戶，它與USB所連接的外部設(shè)備之間進(jìn)行邏輯通信。
　　l USB系統(tǒng)軟件是在特定操作系統(tǒng)上支持的USB驅(qū)動(dòng)程序，它獨(dú)立于具體的USB設(shè)備，也獨(dú)立于客戶軟件。
　　USB系統(tǒng)軟件包括USB驅(qū)動(dòng)（USBD），主機(jī)軟件，和主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)（HCD）。USBD提供USB驅(qū)動(dòng)接口（USBDI）與客戶軟件通信?？蛻糗浖ㄟ^(guò)I/O請(qǐng)求包（IRP）與USBD進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，USBD還為客戶提供了一個(gè)抽象的USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備用于USB設(shè)備的配置及控制，因?yàn)檫@樣的USB設(shè)備具有標(biāo)準(zhǔn)通道及標(biāo)準(zhǔn)控制。
　　主機(jī)軟件的功能類似于USBD，出現(xiàn)在某些操作系統(tǒng)中替代USBDI來(lái)支持設(shè)備的配置及驅(qū)動(dòng)的加載。
　　l主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)用于主機(jī)控制器的控制，由主機(jī)控制器廠商提供。HCD與USB之間的接口為主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)接口（HCDI）。這樣，USB系統(tǒng)就可以不關(guān)心主機(jī)控制器的具體實(shí)現(xiàn)，從而支持了不同的主機(jī)控制器。
　　目前，應(yīng)用于PC的USB1.1 HCDI有兩種實(shí)現(xiàn)：一種是Intel制定的UHCI（Universal Host Controller Interface），另一種是Compaq、Microsoft等聯(lián)合制定的OHCI（Open Host Controller Interface）。但是在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域里，一般由廠商或開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)HCI，而不屬于前兩個(gè)陣營(yíng)。