0 引 言
    隨著移動通信和便攜通信的發(fā)展，無線局域網(wǎng)WLAN日漸普及,。嵌入式系統(tǒng)中無線局域網(wǎng)的接入,，既可以實現(xiàn)對嵌人式系統(tǒng)的無線控制和數(shù)據(jù)傳輸，又可以滿足一些特殊應(yīng)用的場合,。這里通過對USB無線網(wǎng)卡的Linux設(shè)備驅(qū)動的深入理解和分析,，成功地移植在Atmel 9261 ARM處理器上。實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的無線局域網(wǎng)接入,。利用該平臺,，可以進(jìn)一步設(shè)計完善醫(yī)用伽馬相機(jī)和小型SPECT設(shè)備的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使得控制人員能夠遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場,，而通過遠(yuǎn)程終端來控制現(xiàn)場數(shù)據(jù)和各種控制信號,，較好地解決了安全性問題,。

1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成
1．1 USB無線網(wǎng)卡介紹
    無線網(wǎng)卡是無線局域網(wǎng)(WLAN)的重要組成部分，WLAN的物理層及MAC層是用無線網(wǎng)卡的硬件及其軟件完成的,，而LLC層以上各層均由計算機(jī)軟件來實現(xiàn),。WLAN包括進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)接口卡(簡稱無線網(wǎng)卡)和接人點／橋接器(AP／網(wǎng)橋)。其中,，無線網(wǎng)卡提供了最終用戶設(shè)備(手持設(shè)備)與接人點／橋接器之間的接口,。目前，無線網(wǎng)卡主要以PCMCIA,，CompactFlash(CF)卡的形式廣泛應(yīng)用,。大多數(shù)可用的無線網(wǎng)卡都是基于Intersil Prism或Lucent Hermes芯片組的，其中USB設(shè)備的無線網(wǎng)卡則由Ateml芯片組支持,。該系統(tǒng)采用D-Link的WLG-122無線網(wǎng)卡,，芯片組為Prism2，它通過USB host port接入,。
1．2 系統(tǒng)構(gòu)成
    主控制器采用Atmel 9261,，工作頻率180 MHz，具有16 KB數(shù)據(jù)cache和16 KB指令cache,，外接64 MBNAND FLASH和64 MB SDRAM,，外圍接口由10／100 Mb／s自適應(yīng)以太網(wǎng)卡，3個USB 2.0接口,，2個通用異步收發(fā)器(UART),，LCD接口以及串行外圍接口(SPI)等組成，可以方便地外接工作設(shè)備,。操作系統(tǒng)采用Linux 2.6.15,；Bootloader采用U-boot；根文件系統(tǒng)采用ramdisk,。系統(tǒng)啟動后掛載yaffs文件系統(tǒng),，該系統(tǒng)采用Ateml公司的Atmel 9261開發(fā)板，外圍接口包括2個USB host接口,，其中一個外接USB無線網(wǎng)卡,。無線路由器采用Cisco-Linksys的WRTl60N，支持802.11g標(biāo)準(zhǔn),、TCP協(xié)議和TFTP協(xié)議,，如圖1所示。

2 USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動
2．1 Linux USB驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)
    對于接入系統(tǒng)中的USB無線網(wǎng)卡,，從CPU的角度首先看到的是USB總線,，然后才是網(wǎng)卡芯片，所以USB驅(qū)動要先于網(wǎng)卡驅(qū)動實現(xiàn),。USB設(shè)備接口有主機(jī)端與設(shè)備端區(qū)別,，因而USB驅(qū)動程序也有USB主機(jī)端驅(qū)動程序與USB設(shè)備端驅(qū)動程序之分,。在主控機(jī)方面，主要有UHCI和OHCI兩種規(guī)范,。
    上層的應(yīng)用軟件對系統(tǒng)的USB設(shè)備進(jìn)行訪問是通過文件系統(tǒng)的形式進(jìn)行的,。每個連接到系統(tǒng)總線上的USB設(shè)備可以同時對應(yīng)一個或多個驅(qū)動程序，即每個USB設(shè)備可以在Linux系統(tǒng)上設(shè)置一個或多個節(jié)點供應(yīng)用程序使用,。
    由于USB接口為主從方式和多設(shè)備連接的樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，所以USB主機(jī)必須具備對所有連接在總線上不同類型的USB設(shè)備進(jìn)行配置管理的功能。LinuxUSB主機(jī)驅(qū)動程序可以同時支持多路USB總線功能,，每路USB總線獨立工作,。USB主機(jī)驅(qū)動由USB主機(jī)控制器驅(qū)動(HCD)，USB驅(qū)動(USBD)和不同的USB設(shè)備類型驅(qū)動三部分組成,。圖2描述了Linux USB驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu),。Linux定義了通用請求塊(UniversalReqlaest Block，URB),，用來在USB設(shè)備類驅(qū)動程序與USBD,，USBD與HCD間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2．2 LinUX網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)
    所有的Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序都遵循通用的接口,。設(shè)計時采用面向?qū)ο蟮姆椒?，即一個設(shè)備就是一個對象(net device結(jié)構(gòu))，它內(nèi)部有自己的數(shù)據(jù)和方法,。一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的方法有初始化、發(fā)送和接收,。Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)可以劃分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口,、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口、設(shè)備驅(qū)動功能和網(wǎng)絡(luò)媒介四層,。網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中最主要的工作就是完成設(shè)備驅(qū)動層功能,，使其滿足所需要的功能。
2．2．1 USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動設(shè)備的訪問和控制
    與PCI,ISA等設(shè)備不同,，USB,1394等新一代總線沒有IO／MEM映射,、中斷和DMA硬件資源，取而代之的是抽象出來的硬件資源概念,。對USB設(shè)備來說,，資源主要包括配置(configuration)、接口(interface)和端點(endpoint),。這些資源中,，端點對于USB設(shè)備有著最重要的意義，實際的數(shù)據(jù)傳輸就是通過端點的讀寫實現(xiàn)的,。驅(qū)動程序通過描述符來獲取這些資源,。在初始化時,，USB驅(qū)動程序從設(shè)備端點0讀取描述符，經(jīng)過解析后保存這些資源的屬性,，為傳輸數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備,。

2．2．2 USB網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計
    USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序首先向USB子系統(tǒng)注冊自己，然后通過vendor id和device id來判斷硬件設(shè)備是否已經(jīng)插入總線,，攝像頭驅(qū)動程序需要創(chuàng)建一個

    當(dāng)無線網(wǎng)卡插入USB總線時,，USB core就會調(diào)用Probe方法來檢測被傳遞進(jìn)來的信息，以確定無線網(wǎng)卡設(shè)備是不是與驅(qū)動程序匹配,，同時填充struct net_device完成對該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始化,。當(dāng)無線網(wǎng)卡被拔出時，USB core就會調(diào)用Disconnect方法來完成清除工作,。驅(qū)動程序通過顯示模塊的初始化和消除函數(shù)注冊與注銷模塊調(diào)用module_init來初始化一個模塊,，并在卸載時調(diào)用moduel_exit函數(shù)。

其中,，open函數(shù)主要完成對描述網(wǎng)卡硬件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)pAd的初始化,，包括urb包接收函數(shù)、接口配置函數(shù),、初始化發(fā)送接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和MAC地址拷貝函數(shù),，以及最后開始的net_dev數(shù)據(jù)發(fā)送接收函數(shù)。RTMPSend-Packets函數(shù)負(fù)責(zé)發(fā)送包裝好的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包,。無線網(wǎng)卡驅(qū)動與USB core的通信則通過中斷／批量的方式來傳送,。

3 編譯與測試
3．1 無線網(wǎng)卡驅(qū)動編譯
    該系統(tǒng)的Linux內(nèi)核版本為2．6．15，在宿主機(jī)上進(jìn)行內(nèi)核配置,，通過“make menuconfig"將內(nèi)核中不必要的功能去掉,，增加對WLAN的支持。依次點擊De-Vice Driver→Network device suppor→Wireless LAN(non-hamradio)→選中Wireless Lan driners(non-hamradio)＆Wireless Extensions,；然后進(jìn)入通用USB-WLAN驅(qū)動程序源碼,，修改makefile，將內(nèi)核文件夾選項重新定位在剛才編譯好的Linux內(nèi)核下,，通過“make"在該文件夾下編譯生成rt73．ko驅(qū)動模塊,。
    在ARM嵌入式Linux開發(fā)中文件的傳輸方式有多種，比如TFTP服務(wù)和NFS文件系統(tǒng),。在此采用將rt73．ko驅(qū)動模塊下載至開發(fā)板,，由于Linux支持模塊的動態(tài)加載，所以可以很方便地將該模塊用“insmod”加載至內(nèi)核,，通過“lstood”查看加載的模塊,，之后rt73模塊已經(jīng)被成功加載。
    在開發(fā)板文件系統(tǒng)中添加無線管理應(yīng)用程序，和iwconfig,，iwapy,，iwlist等，用于配置頻率,、網(wǎng)絡(luò),、ID、ES-SID,、接受靈敏度,、接人模式、無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),、加密開關(guān),。
    最后編寫無線網(wǎng)絡(luò)啟動和自配置程序，實現(xiàn)自動配置IP地址和無線網(wǎng)卡,。至此整個無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序全部編譯完成,。
3．2 測試結(jié)果及分析
    啟動無線網(wǎng)絡(luò)，編寫測試帶寬程序,。該測試程序采用C／S設(shè)計模式,，客戶端運行在ARM開發(fā)板上，服務(wù)器運行在局域網(wǎng)內(nèi)一臺Linux PC上,。改測試程序的工作流程主要如下,，客戶端分別發(fā)送不同大小的字節(jié)流，經(jīng)服務(wù)器處理計算出對應(yīng)的帶寬,，可以得到一條寬帶曲線,，進(jìn)而得到網(wǎng)絡(luò)實際能夠達(dá)到的最大帶寬。經(jīng)反復(fù)測試,，該無線網(wǎng)卡能夠穩(wěn)定工作,，在距離AP 50 m的半徑內(nèi)下帶寬為6 Mb／s，距離理論值54 Mb／s還有一定距離,，具體原因正在分析中,。測試結(jié)果如圖3所示,。

4 結(jié) 語
    Linux作為當(dāng)今市場上嵌入式系統(tǒng)使用比例最高的操作系統(tǒng),，其驅(qū)動模式支持模塊堆疊技術(shù)，內(nèi)核開發(fā)者已提供了一些通用模塊?，F(xiàn)從工程應(yīng)用出發(fā),，研究并移植了Linux下USB無線網(wǎng)卡的設(shè)備驅(qū)動，以此為基礎(chǔ)既可以構(gòu)建嵌入式無線局域網(wǎng),，又可以用于有線網(wǎng)絡(luò)無法延伸或難以安裝,，以及有可靈活移動和臨時性使用等要求的、諸如外加攝像頭和圖像處理芯片的場合，還可以用于工業(yè)現(xiàn)場中的遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控,。