基于vCOS II实时操作系统的网卡驱动程序设计

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。在对网卡进行读写操作时，只有当HWAIT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。
责任编辑；zl