ucos WiFi网卡驱动程序的开发
ucos wifi网卡驱动程序的开发
嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。目前，嵌入式系统已经存在于各种数据采集、工业控制、娱乐、通信等应用领域。在一些应用场合，需要嵌入式设备具有与其它系统交换信息的能力，因此必须为嵌入式系统增加通信功能。通信功能的实现可以采用很多方式，例如以太网，adsl，gprs以及其它方式。在一个嵌入式终端中使用wifi网卡，实现无线网络通信的功能是一种较新的通信方式。由于在ucos实时操作系统中还没有wifi的驱动程序，因此下面将介绍wifi的驱动程序的编写。
1 wifi介绍
wifi(wireless fidelity)，又称802.1lb标准，ieee于1997年6月批准了该标准。802.11标准的体系结构组成包括：无线站点sta(station)，无线接入点ap(access point)，独立基本服务组ibss(independent basic service set)，基本服务组bss(basicservice set)，分布式系统ds(distribution system)和扩展服务组ess(extended service set).
该标准定义了两种工作模式：ad hoc模式和infrastructure模式。ad hoc即对点模式，包含两个无线站点(sta，即带无线网卡的设备)。而infrastructure即ap模式，无线站点(sta)通过ap与现有的骨干网相连接，组成一个基本服务组(bss)。在bss中，ap不仅提供sta之间通信的桥接功能，还提供sta与有线局域网的连接，可以实现有线hub几乎所有的功能。
2 嵌入式终端系统结构
2.1 硬件结构
嵌入式终端硬件系统(如图1所示)以philips公司的lpc2210嵌入式处理器为核心，lpc2210是基于16/32位arm7tdmi-s，并支持实时仿真和跟踪的cpu。lpc2210的数据和地址总线是开放的，片内有16k字节的ram。嵌入式终端需要较大存储空间运行实时操作操作系统、tcp/ip协议、图形用户界面(gui)、串口驱动程序、wifi驱动程序、英文及汉字字库等，因此在外部扩展了一片容量为256k×16的静态ram 1s61lv25616及一片容量为1m×16的flash 39vf160。为了方便调试程序，使用了lpc2210的串口诊断程序的运行结果。
图1 嵌入式终端的硬件结构
系统中选择了使用prism 2芯片的网卡，型号为compaq nc5004，支持ieee802.11b，最高速率为11mb/s.网卡的物理驱动接口为pcmcia，供电电压为3.3v.由于lpc2210没有pcmcia控制器，因此lpc2210与nc5004的pcmcia 接口是通过lpc2210的通用端口连接的，总线时序通过软件仿真来完成，即pcmcia接口的驱动程序。
pcmcia总线有控制线、数据线、地址线、电源线。其中数据线宽度可选为16位或8位，nc5004的数据线宽度是16位的，即d15～d0。地址线宽度为26位，但在wifi网卡中只须用10位地址线a9～a0。wifi网卡的pcmcia 的控制线有10根，其中reset为复位，该线为低电平时网卡回到初始状态。ce1，ce2为卡的地址控制，当ce1，ce2为低时，分别表示偶地址和奇地址的字节有效。oe，we分别为memory空间的读写控制线，iord，iowr为i/o空间的读写控制线，均为低电平有效。reg用于选择地址访问空间，包括i/o空间和存储器空间。ireq提示处理器处理网卡的内部事件，可以不用。在对网卡进行读写僮魇保?挥械盚wait变高表示读或写的数据进入存储器，才能进行下一步总线操作。
2.2 软件结构
嵌入式终端的软件系统(如图2所示)包括实时操作系统、pcmcia驱动程序、wifi网卡驱动程序、tcp/ip协议、串口驱动程序、图形界面等。本系统中的实时操作系统vcos ii是一个公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。最多可以支持64个任务，分别对应优先级0～63，其中0为最高优先级。vcos需要移植才能用于不同的处理器平台，移植需要改写的文件：os_cpu.h，os_cpu_a.s，os_cpu_c.c.对于lpc2210嵌入式处理器，厂家的技术支持一般提供了该型号处理器的这三个移植文件，将这三个文件代替原文件即可使用。
图2 嵌入式终端的软件结构
但ucos ii缺少对外围设备和接口的支持，如没有文件系统、网络协议、图形界面。在厂家提供的开发资料中有其自行开发的tcp/ip协议和串口驱动程序。但该tcp/ip协议是与以太网卡驱动程序接口的，因此在该tcp/ip协议中，需要修改与网卡接口的api函数。其余的pcmcia驱动程序、wifi网卡驱动程序需要自己进行编写。
3 驱动程序的编写
3.1 pcmcia驱动程序
pcmcia 驱动程序包括五个主要函数，分别是initpcmciaports()，pcmcia_writemem()，pcmcia_writereg()，pcmcia_readmem ()，pcmcia_read_reg()。initpcmciaports()函数用于pcmcia设备的复位，其作用是通过控制reset复位线为低电平，延迟一段时间以后，再恢复为高电平。
pcmcia设备内部空间分为memory空间和i/o空间，对memory空间读写分别为pcmcia_readmem()，pcmcia_writemem()，而i/o空间的读写为pcmcia_readreg()，pcmcia_writereg().这几个函数区别在于控制线we，oe，iord，iowr的操作不一样。
pcmcia驱动程序函数按照pcmcia时序设置lpc2210相应的通用端口。pcmcia总线的工作时序是这样，首先在地址线上设置数据地址，并将ce1，ce2设为低电平，然后reg设为低电平将地址锁存。接下来进行读或写操作，读操作中，memory空间和i/o空间的读操作分别将oe，iord设为低电平，然后等待hwait变为高电平。hwait变为高电平后，将数据线上的状态读入。写操作中，首先按照待写数据设置数据线上的状态，然后memory空间的写操作和i/o空间的写操作分别将we，iowe设置为低电平。接下来，hwait变为高电平后说明数据已经写入。在读写操作完成以后，依次将oe或者iord(读操作)，we或者iowr(写操作)，ce2，ce1，reg恢复为高电平。
3.2 网卡驱动程序
prism 2网卡内部操作是封闭的，外部对其操作都是通过存储器操作完成的，memory空间的存储器有cor(configuration option register)寄存器，i/o空间的存储器有bap(baffuer access path)寄存器，命令/状态寄存器，fid管理寄存器，事件寄存器，控制寄存器，主机软件寄存器，辅助端口寄存器等，这些寄存器的含义及偏移地址见文献[2].lpc2210管理、配置网卡的数据项都是加载一个特定的rid(resource identifiers)到bap寄存器，读取或者写入一个特定的缓冲区。wifi网卡驱动程序中的函数功能都是通过访问这些存储器完成的，下面将介绍这些api函数的功能。
wlandrv_probedevice()函数用于检测网卡是否存在，函数首先访问cor寄存器，设置网卡进入i/o模式，设置操作属于memory空间的读写操作。然后，使用pcmcia_writereg()函数写一个值到地址为0x28的寄存器中，再用pcmcia_readreg()函数读取这个寄存器的值，与原来的值相比较，如果值相同，则说明网卡是存在的：
wlandrv_probedevice(void){
pcmcia_writemem(wi_cor_offset,wi_cor_value)；//进入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){
已找到网卡，此处做相应处理
}
}
wlandrv_attach()函数用于读取网卡内部的一些参数，这些操作都是通过向bap设定相应的rid，读取相应缓冲区完成的：
wlandrv_attach (void){
wi_read_rid(wi_rid_mac_node,ic.ic_myaddr,&buflen)；//读取网卡地址
……类似地读取nic id，可用信道，wep加密支持，网络速率支持
}
wlandrv_init()函数用于网络参数的初始化设置：
wlandrv_init(){
wi_write_val(wi_rid_porttype,wi_porttype_bss)；//配制为站点
wi_write_ssid(wi_rid_desired_ssid,ic_des_essid,7)；//设置ssid
wi_write_txrate()；//设置速率
wi_cmd(wi_cmd_enable | wi_port0,0,0,0)；//启动网卡
}
wlandrv_putpacket()是被tcp/ip协议调用的函数，即ip协议将发送的数据打成ip包以后，将包传递给该函数。函数的工作首先是计算需要发送的字节总长度，然后在ip包前添加添加逻辑链路控制层的帧头，帧头为4个双字，分别表示访问点地址、控制类型以及帧头类型，最后将ieee802.3的帧头改成wifi的帧头。最后，将打好的包送入网卡的发送缓冲区。发送缓冲区的地址是通过设置fid管理寄存器后获得的。
wlandrv_putpacket(struct pkst *txddata){
//txddata为指向发送的ip包的指针
struct wi_frame frmhdr；
llcs_snap_header llcssnapheader ；
etherhdr *pmac8023header：
计算发送数据长度len为txddata指向的数据包添加格式为llcs_snap_header的逻辑链路控制层包头
wi_write_bap(rid,off,txddata,len)；//发送数据包
)
wlandrv_event()函数主要查询三个事件，即管理消息、接收数据、发送数据。通过查询消息代码，可知网卡是否已经找到ap并关联起来以及何时脱离关联。响应接收数据事件可以接收数据帧，去掉逻辑链路控制层的帧头，然后将ip包传递给ip协议层。对于发送数据事件可以不做响应。这些操作都是先查询fid寄存器后，获取事件数据的缓冲区地址，然后访问该地址的缓冲区获取相应数据 函数如下：
wlandrv_event(){
eventstatus=pcmcia_readreg (wi_event_stat)；//读取事件代码
if(eventstatus&wi_ev_info){
wi_info_intr()；//处理信息时间
}
else if(eventstatus& wi_ev_rx){
wi_rx_intr()：
}
//处理接收事件
else if(eventstatus& wi_ev_tx_exc){
}
3.3 驱动程序的使用
驱动程序写好以后，是通过tcp/ip程序调用这些api函数的，其调用过程如图3所示。
4 结束语
通过在嵌入式终端中加入wifi网卡，并编写基于vcos ii实时操作系统的网卡驱动程序，实现了嵌入式终端与pc机之间的网络通信。在实验中，pc机通过无线网卡向嵌入式终端发送彩色图片，嵌入式终端恢复数据后在彩色lcd上显示该图片，证明wifi网卡驱动程序的开发是成功的。
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1 wifi介绍
wifi(wireless fidelity)，又称802.1lb标准，ieee于1997年6月批准了该标准。802.11标准的体系结构组成包括：无线站点sta(station)，无线接入点ap(access point)，独立基本服务组ibss(independent basic service set)，基本服务组bss(basicservice set)，分布式系统ds(distribution system)和扩展服务组ess(extended service set).
该标准定义了两种工作模式：ad hoc模式和infrastructure模式。ad hoc即对点模式，包含两个无线站点(sta，即带无线网卡的设备)。而infrastructure即ap模式，无线站点(sta)通过ap与现有的骨干网相连接，组成一个基本服务组(bss)。在bss中，ap不仅提供sta之间通信的桥接功能，还提供sta与有线局域网的连接，可以实现有线hub几乎所有的功能。
2 嵌入式终端系统结构
2.1 硬件结构
嵌入式终端硬件系统(如图1所示)以philips公司的lpc2210嵌入式处理器为核心，lpc2210是基于16/32位arm7tdmi-s，并支持实时仿真和跟踪的cpu。lpc2210的数据和地址总线是开放的，片内有16k字节的ram。嵌入式终端需要较大存储空间运行实时操作操作系统、tcp/ip协议、图形用户界面(gui)、串口驱动程序、wifi驱动程序、英文及汉字字库等，因此在外部扩展了一片容量为256k×16的静态ram 1s61lv25616及一片容量为1m×16的flash 39vf160。为了方便调试程序，使用了lpc2210的串口诊断程序的运行结果。
图1 嵌入式终端的硬件结构
系统中选择了使用prism 2芯片的网卡，型号为compaq nc5004，支持ieee802.11b，最高速率为11mb/s.网卡的物理驱动接口为pcmcia，供电电压为3.3v.由于lpc2210没有pcmcia控制器，因此lpc2210与nc5004的pcmcia 接口是通过lpc2210的通用端口连接的，总线时序通过软件仿真来完成，即pcmcia接口的驱动程序。
pcmcia总线有控制线、数据线、地址线、电源线。其中数据线宽度可选为16位或8位，nc5004的数据线宽度是16位的，即d15～d0。地址线宽度为26位，但在wifi网卡中只须用10位地址线a9～a0。wifi网卡的pcmcia 的控制线有10根，其中reset为复位，该线为低电平时网卡回到初始状态。ce1，ce2为卡的地址控制，当ce1，ce2为低时，分别表示偶地址和奇地址的字节有效。oe，we分别为memory空间的读写控制线，iord，iowr为i/o空间的读写控制线，均为低电平有效。reg用于选择地址访问空间，包括i/o空间和存储器空间。ireq提示处理器处理网卡的内部事件，可以不用。在对网卡进行读写僮魇保?挥械盚wait变高表示读或写的数据进入存储器，才能进行下一步总线操作。
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pcmcia设备内部空间分为memory空间和i/o空间，对memory空间读写分别为pcmcia_readmem()，pcmcia_writemem()，而i/o空间的读写为pcmcia_readreg()，pcmcia_writereg().这几个函数区别在于控制线we，oe，iord，iowr的操作不一样。
pcmcia驱动程序函数按照pcmcia时序设置lpc2210相应的通用端口。pcmcia总线的工作时序是这样，首先在地址线上设置数据地址，并将ce1，ce2设为低电平，然后reg设为低电平将地址锁存。接下来进行读或写操作，读操作中，memory空间和i/o空间的读操作分别将oe，iord设为低电平，然后等待hwait变为高电平。hwait变为高电平后，将数据线上的状态读入。写操作中，首先按照待写数据设置数据线上的状态，然后memory空间的写操作和i/o空间的写操作分别将we，iowe设置为低电平。接下来，hwait变为高电平后说明数据已经写入。在读写操作完成以后，依次将oe或者iord(读操作)，we或者iowr(写操作)，ce2，ce1，reg恢复为高电平。
3.2 网卡驱动程序
prism 2网卡内部操作是封闭的，外部对其操作都是通过存储器操作完成的，memory空间的存储器有cor(configuration option register)寄存器，i/o空间的存储器有bap(baffuer access path)寄存器，命令/状态寄存器，fid管理寄存器，事件寄存器，控制寄存器，主机软件寄存器，辅助端口寄存器等，这些寄存器的含义及偏移地址见文献[2].lpc2210管理、配置网卡的数据项都是加载一个特定的rid(resource identifiers)到bap寄存器，读取或者写入一个特定的缓冲区。wifi网卡驱动程序中的函数功能都是通过访问这些存储器完成的，下面将介绍这些api函数的功能。
wlandrv_probedevice()函数用于检测网卡是否存在，函数首先访问cor寄存器，设置网卡进入i/o模式，设置操作属于memory空间的读写操作。然后，使用pcmcia_writereg()函数写一个值到地址为0x28的寄存器中，再用pcmcia_readreg()函数读取这个寄存器的值，与原来的值相比较，如果值相同，则说明网卡是存在的：
wlandrv_probedevice(void){
pcmcia_writemem(wi_cor_offset,wi_cor_value)；//进入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){
已找到网卡，此处做相应处理
}
}
wlandrv_attach()函数用于读取网卡内部的一些参数，这些操作都是通过向bap设定相应的rid，读取相应缓冲区完成的：
wlandrv_attach (void){
wi_read_rid(wi_rid_mac_node,ic.ic_myaddr,&buflen)；//读取网卡地址
……类似地读取nic id，可用信道，wep加密支持，网络速率支持
}
wlandrv_init()函数用于网络参数的初始化设置：
wlandrv_init(){
wi_write_val(wi_rid_porttype,wi_porttype_bss)；//配制为站点
wi_write_ssid(wi_rid_desired_ssid,ic_des_essid,7)；//设置ssid
wi_write_txrate()；//设置速率
wi_cmd(wi_cmd_enable | wi_port0,0,0,0)；//启动网卡
}
wlandrv_putpacket()是被tcp/ip协议调用的函数，即ip协议将发送的数据打成ip包以后，将包传递给该函数。函数的工作首先是计算需要发送的字节总长度，然后在ip包前添加添加逻辑链路控制层的帧头，帧头为4个双字，分别表示访问点地址、控制类型以及帧头类型，最后将ieee802.3的帧头改成wifi的帧头。最后，将打好的包送入网卡的发送缓冲区。发送缓冲区的地址是通过设置fid管理寄存器后获得的。
wlandrv_putpacket(struct pkst *txddata){
//txddata为指向发送的ip包的指针
struct wi_frame frmhdr；
llcs_snap_header llcssnapheader ；
etherhdr *pmac8023header：
计算发送数据长度len为txddata指向的数据包添加格式为llcs_snap_header的逻辑链路控制层包头
wi_write_bap(rid,off,txddata,len)；//发送数据包
)
wlandrv_event()函数主要查询三个事件，即管理消息、接收数据、发送数据。通过查询消息代码，可知网卡是否已经找到ap并关联起来以及何时脱离关联。响应接收数据事件可以接收数据帧，去掉逻辑链路控制层的帧头，然后将ip包传递给ip协议层。对于发送数据事件可以不做响应。这些操作都是先查询fid寄存器后，获取事件数据的缓冲区地址，然后访问该地址的缓冲区获取相应数据 函数如下：
wlandrv_event(){
eventstatus=pcmcia_readreg (wi_event_stat)；//读取事件代码
if(eventstatus&wi_ev_info){
wi_info_intr()；//处理信息时间
}
else if(eventstatus& wi_ev_rx){
wi_rx_intr()：
}
//处理接收事件
else if(eventstatus& wi_ev_tx_exc){
}
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4 结束语
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