（检测技术与自动化装置专业论文）基于嵌入式vxworks无线网络传输关键技术的研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 本文以我校研制的综合导航显控台内的电子海图系统为工程背景。更改 海图系统硬盘中一些及时需要修改的数据、程序和电子海图等，必须拆卸设 备中的硬盘。针对这个问题，提出了嵌入式v x w o r k s 下无线传输的设计方案。 着重设计了v x w o r k s 下无线网卡驱动程序、v x w o r k s 和w i n d o w sx p 系统下 的无线网络应用程序，实现电子海图系统与便携式计算机的无线网络通信。 本文首先提出了论文的系统设计和硬件设计方案，即在电子海图系统上 扩展一块r t 8 1 8 5 l 无线网卡，概述了设计的开发背景和无线网卡的结构和工 作过程。 其次详细设计了驱动程序的整个流程，包括p c i 设备的查找和初始化、 必要数据结构、常用函数的初始化等。编写了v x w o r k s 系统下的无线网卡的 e n d 驱动程序。并添加e n d 驱动程序到v x w o r k s 操作系统，采用中断处理， 实现无线网卡与系统间报文的接收和发送。 再次设计了无线网络通信应用程序，介绍了v x w o r k s 的网络结构和 t c p i p 网络协议栈，包括i p 协议、i c m p 协议、a r p 协议。给出了v x w o r k s 下电子海图系统与w i n d o w sx p 系统下笔记本电脑之间的网络通信的实现方 法，重点设计了数据报套接字( u d p ) 的程序， 最后将驱动程序和应用程序添加到v x w o r k s 操作系统后，采用“a dh o e ” 异构网络对等模式，设置一个无线局域网进行通信测试。测试表明：电子海 图系统与便携式计算机可以进行无线网络通信。 关键词：电子海图系统；v x w o r k s ；无线网卡r t 8 1 8 5 l ；u d p ；无线局域网 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eb a c k g r o u n do ft h i sp a p e ri st h ee l e c t r o n i cc h a r ts y s t e m ，w h i c hi n s e tt h e i n t e g r a t e dn a v i g a t i o nd i s p l a ya n dc o n t r o lc o n s o l eo fo u rs c h 0 0 1 w h e nt h ed a t a p r o g r e s sa n dt h ee l e c t r o n i cc h a r tn e e d e dt ob er e j i g g e r e d ，t h ed i s ki nt h ec h a r t m o d u l em u s tb e t a k e nd o w n t or e s o l v et h i sp r o b l e m ，t h i sp a p e ra d v a n c et h e d e s i g n i n go ft h ew i r e l e s st r a n s m i s s i o nu n d e rv x w o r k sr e a lt i m es y s t e m 1 1 1 e w i r e l e s sn e t w o r kc a r dd r i v e ra n du n d e rt h ea p p l i c a t i o no ft h ew i r e l e s sn e t w o r k u n d e rv x w o r k ss y s t e ma r ee s p e c i a l l yd e s i g n e d ，w h i c ha c h i e v i n gt h ew i r e l e s s n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s b e t w e e ne l e c t r o n i cc h a r ts y s t e ma n dt h en o t e b o o k f i r s t l y , t h ep a p e ra d v a n c e st h ed e s i g no ft h es y s t e ma n dt h eh a r d w a r e ，w h i c h e x t e n d i n gai 玎818 5 lw i r e l e s sc a r di nt h ec h a r tm o d u l ea n da l s oi n t r o d u c e st h e d e s i g n i n gb a c k g r o u n da n dt h ep r i n c i p l eo ft h ew i r e l e s sn e t w o r kc a r d s e c o n d l y , t h ep a p e rp a r t i c u l a r l yd e s i g n st h ew h o l ef l o wo ft h ed r i v e r , i n c l u d i n gt h ei n i t i a l i z a t i o no ft h ep c ie q u i p m e n t s ，s o m en e e d e dd a t as t r u c t u r e a n df u n c t i o n t l l ep a p e ra l s oi n c l u d e sae n dd r i v e r o ft h ew i r e l e s sn e t w o r kc a r d a n da d dt h ee n dd r i v e rt ot h ev x w o r k sr e a lt i m es y s t e ma n da d o p ti s rt o a c h i e v et h ed a t at r a n s m i s s i o nb e t w e e nt h ec a r da n dt h es y s t e m t h i r d l y , t h ea p p l i c a t i o no ft h ew i r e l e s sn e t w o r ki sd e s i g n e da n dt h en e t w o r k s t r u c t u r ea n dt h et c p i ps t a c ki n c l u d i n gi p ，i c m p ，a r pa r ea l s oi n t r o d u c e d 1 h e w a y t oc o m m u n i c a t ew i r e l e s s l yb e t w e e ne l e c t r o n i cc h a r tm o d u l ea n dn o t e b o o ki s a l s oi n t r o d u c e d ，t h ed e s i g no ft h eu d p p r o c e s si se s p e c i a l l yd e s i g n e d f i n a l l y ，a f t e ra d d i n gt h ee n dd r i v e ra n dt h ea p p l i c a t i o nt o t h ev x w o r k s s y s t e m w ea d o p tt h e “a dh o e t os e t t i n g aw l a n ，w h i c hc a i lm a k ea c o m m u n i c a t i o n st e s t a n dt h er e s u l to ft h et e s ti n d i c a t e st h a tt h ee l e c t r o n i cc h a r t s y s t e ma n dt h e n o t e b o o kc a nc a r r yt h r o u g haw i r e l e s sn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n k e yw o r d s ：e l e c t r o n i cc h a r ts y s t e m ；v x w o r k s ；r t 818 5 l ；u d p ；w l a n 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：妥胁易t 日期：诮年月f 旧 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 囤在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：夕陟五 日期： 砂7 年月j f 日 f 导师( 签字) ：形暑闰。1 伊罗年歹月l 旧 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题的背景和意义 v x w o r k s 因其卓越的可靠性和实时性被广泛应用于通信、军事、航空、 等实时性要求较高的领域。将应用广泛的导航系统移植到v x w o r k s 操作系 统下的主要原因有两个： 1 v x w o r k s 系统的实时性，能够很好的满足导航系统实时性的要求翻； 2 使用v x w o r k s 操作系统，程序开发者可以进行最底层的程序开发且能 够完全控制系统的资源，确保导航信息的安全嘲。 伴随无线传输技术的发展，我们期望能通过无线网络在组合导航系统的 各种设备间进行数据( 如船位、航向、航速等) 的传输，同时希望无线传输 可以成为综导台传统数据传输技术的有效补充。这种设计必须确保无线网络 通讯在各种条件下均能安全、可靠的实现，并提高数据通讯的稳定性、可靠 性。而且通过无线传输可以更加方便快捷的更改海图系统硬盘中一些及时需 要修改的数据、程序和电子海图等，避免拆卸设备，给工作带来方便。 我校综合导航显示平台是结合计算机技术、显示技术、控制系统、通讯 系统和数据处理等理论的综合应用，在船舶导航系统中发挥重要作用p 】。综 合导航系统是应用组合导航技术和信息融合技术把各个导航设备有机地组合 起来，在不改变各导航设备的情况下，采用滤波技术，对各种导航信息进行 处理，实现各种导航信息互相取长补短，提高导航定位精度；通过对导航信 息进行集中显示，集中控制和综合处理，可以实现最大限度发挥每一种导航 信息的作用，实现向各使用部门提供实时的、全面的、最佳的导航信息川。 综导台的硬件和软件随着导航技术的发展也不断得到改进和发展，来满足我 们对通讯可靠性和多样性的需求p 1 。软件方面从早期t o m a d 0 1 0 v x w o r k s 5 1 平台移植到t o r n a d 0 2 2 v x w o r k s 5 5 平台下，硬件方面，从早期的串行口单一 通讯模块发展到集串行口、c a n 总线、以太网等通讯模块于一体的复杂通讯 平台。 本文将使用无线局域网技术，以原有的综合导航显控台为基础，在电子 海图模块上扩展一块p c i 无线网卡来实现的。通过无线网卡的正常通信，完成 哈尔滨工程大学硕士学位论文 电子海图系统与便携式电脑之间的传输功能。 1 2 无线通信技术的国内外研究发展现状 无线通信网络技术的应用已经成为以太网之后的又一个热点技术嘲。它 是随着计算机网络技术、无线技术、智能传感器技术的发展而逐渐得到应用， 在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足p 1 。 目前广泛应用的无线通信技术主要有无线局域网( w i r e l e s sl a n ) 、蓝牙技 术( b l u e t o o t h ) 、无线短程网、传感器网络( s e n s o rn e t w o r k ) 、无线射频识别技 术( r f i d ) 、红外通信等，它们有各自不同的技术特性和应用范围捧1 。 1 无线局域网( w l a n ) 的发展。广义而言，无线局域网络可归类为光束、 高频无线电波两大种。经光作为传输媒介的无线网络时，两个端点必须在可 以互相看得到的一直线，也就是所谓的l o s ，中间若有阻隔则通讯就会停摆， 有鉴于光束难以穿透大多障碍物，无线网络的应用开始朝着高频无线电波的 方向走，包括窄带微波。由于源白军事应用的展频通讯具备高可靠性，高保 密性而且不易受到干扰的特性，现在已蔚为主流。而展频技术主要又分为直 接序列展频d s s s 、跳频展频两类。自从1 9 7 7 年第一个民用网系统a r c n e t 投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得 了成功并得到了迅速发展。基于8 0 2 1 1 无线网络的标准虽然有7 8 种之多， 但到目前为止，真正获得正式承认的却只有8 0 2 1 l a 、8 0 2 1 1 b 和8 0 2 1 l g 三 种，目前8 0 2 1 l b 是无线局域网的主流标准，被多数厂商所采用。但是许多 新的w l a n 标准正在崭露头角。其中，8 0 2 1 l a 和8 0 2 1 1 9 更是倍受业界关 注。目前国内的无线局域网研究相比国外要晚，西安电子科技大学早期曾独 立的研制出基于自主技术的无线局域网产品，该产品接入速率较低，且不兼 容8 0 2 1 1 协议。在i e e e 8 0 2 1 l 协议推出后，更强调不同无线局域网产品之 间的兼容性，所以一些边缘产品也就自然消失了。现在，国内的一些的比较 著名的i t 企业如长城、联想、上海贝尔也纷纷推出了g e m 无线局域网产品 ( 主要是网卡和a p ) ，但这些企业只是购买成套解决方案( 电路图的g e r b e r 文件和驱动源程序) ，既没有充分的消化这项技术，也没有进行自主的跟踪研 究。而在另一方面，单纯的无线网卡和a p 产品的市场规模现在并不是很大， 无线局域网技术的真正优势则在于它可以容易地与其他的一些传统i t 产品 2 哈尔滨下程大学硕士学位论文 融合，从而形成一种适合高速移动接入的新型网络产品。例如美国的s y m b o l 公司就推出了基于8 0 2 1 1 协议的移动p 电话、移动售货p o s 终端，这些产 品给人耳目一新之感。例如，i n t e l 公司于2 0 0 1 年1 1 月推出比之前无线技术 快5 倍的、实现台式机与便携机无线连接的新型联网产品，然后发布移动计 算技术“迅驰”以及w i f i 无线服务p 1 。 2 蓝牙技术( b l u e t o o t h ) 是由东芝、爱立信、i b m 、i n t e l 和诺基亚于1 9 9 8 年5 月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。它可以取代数据电缆的 短距离通信，可以支持物体与物体之间的通信，其工作频段是全球开放的 2 4 g h z 频段，可以同时进行数据和语音传输，传输速率可达到1 0 m b s ，使得在 其范围内的各种信息化设备都能实现无缝资源共掣7 1 。 3 无线短程网的主要技术之一的紫蜂( z i g b e e ) 网络，则专门针对短距离 低速率通信。它采用直接序列扩频( d s s s ) 技术，物理层采用i e e e 8 0 2 1 5 4 标 准，运行在2 4 g h z ( 全球) 、8 6 8 m h z ( 欧洲) 及9 15 m h z ( 美国) i s m 频段，通信距 离在1 0 7 5 米之间，最高支持速率为2 5 0 k b p s 。每个z i g b e e 网络最多可支持2 5 5 个设备。2 0 0 4 年底z i g b e e 联盟发布第一个z i g b e e 网络协议规范z i 曲e e l o ，并确 定z i g b e e 的应用市场为无线传感器网络、家庭智能控制和工业自动化u 叫。 4 无线射频识别技术( r f i d ) 是一种非接触的自动识别技术。典型r f i d 系 统由电子标签、读写器和信息处理系统组成，完成对被识别对象的信息采集、 信息控制和处理工作。与传统的识别方式相比，r f i d 技术无需直接接触、无 需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，并且操作快捷方便， 具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、标签上数据存储量大、可以加密和 更改等优点“。 5 超宽带无线通讯( u w b ) 的频谱非常宽，因而在高速数据传输方面很 有潜力。f c c 允许u w b 系统可以和原有用户重叠使用3 1 g h z 1 0 6 g h z 的 频段。理论上来说，重叠使用将会干扰这一频段的所有系统，其中包括安全 和军事部门的系统、使用开放频率的8 0 2 1 1 无线局域网和蓝牙等系统。但是 u w b 在雷达和通信界非常受欢迎的，因为其宽带特性拥有精确的测距能力垆1 。 6 红外通信就是通过红外线频谱中的一束聚焦光线传输数据，通信距离 在l 米左右，最大的传输速度是11 5 2 k b p s ( i r d a 1 0 ) 4 m b p s ( i r d a 。1 1 ) 。在红外 技术发展早期，存在好几个红外通讯标准，不同标准之间的红外设备不能进 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 行红外通讯。为了使各种红外设备能够互联互通，1 9 9 3 年6 月，由二十多个厂 商发起成立了红外数据协会( i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ，k d a ) ，统一了红外通 讯的标准，这就是目前被广泛使用的i r d a 红外数据通讯协议及规范n 町。 1 3 论文的主要研究内容 本课题主要通过对无线通信传输技术深入研究与分析，基于现有的电子 海图模块，提出基于v x w o r k s 无线传输关键技术的研究。通过对v x w o r k s 下无线网卡驱动程序、无线网络通信应用程序的设计，实现数据在v x w o r k s 下电子海图系统与w i n d o w sx p 下便携式电脑之间无线传输。论文的主要内 容包括： 1 系统设计：在本课题的研究意义及背景下，提出了论文的系统设计方 案，并提出了论文的硬件设计方案，即在电子海图系统上扩展一块r t 8 1 8 5 l 无线网卡。概述了设计的开发背景，包括嵌入式实时操作系统v x w o r k s 及其 集成开发环境t o m a d 0 2 2 。最后介绍了无线网卡的结构和工作过程。 2 无线网卡驱动程序设计：详细设计了驱动程序的整个流程，包括p c i 设备的查找和初始化、必要数据结构、常用函数的初始化等。编写了v x w o r k s 系统下的无线网卡的e n d 驱动程序。添加e n d 驱动程序到v x w o r k s 操作系 统团1 ，采用中断处理，实现无线网卡与系统间报文的接收和发送。 3 网络通信应用程序设计：首先介绍了v x w o r k s 的网络结构，然后介绍 了基于v x w o r k s 操作系统的t c p i p 网络协议栈，包括i p 协议、i c m p 协议、 a r p 协议、t f t p 协议。给出了v x w o r k s 下电子海图系统与w i n d o w sx p 系 统下笔记本电脑之间的网络通信的实现方法，设计了u d p 套接字的程序。 4 无线网络调试：测试环境采用 a dh o c ”异构网络对等模式。本设计完成 电子海图系统和笔记本电脑的无线网卡的配置，并设置相同的频道号组成一 个无线局域网进行通信，实现海图数据的无线传输。 4 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 第2 章无线网络技术 综合导航显控台通过串口、c a n 总线和以太网等完成对外部设备信息的 采集及处理，并将处理的结果送给其它系统使用。本文主要以电子海图系统 为背景，在v x w o r k s 操作系统及t o r n a d 0 2 2 环境下进行无线网卡的驱动程序 和网络应用程序设计。本章主要介绍硬件设计和开发环境。 2 1 无线网络的系统设计 本设计利用一个开发机和一个测试机建立一个无线局域网，实现数据在 他们之间传输。其中开发机的配置为p e t i u m3 0 0 mc p u ，2 5 6 m 内存，开发 机使用的是v x w o r k s 系统，在电子海图系统上，添加标准p c i 0 4 总线转换成 p c i 总线的扩展卡和雷凌公司生产的r t 8 1 8 5 l5 4 mp c i 无线网卡。测试p c 机是带有p c m c i a 无线网卡的笔记本电脑，测试p c 机的配置为p e t i u m 4 2 9 3 gc p u ，5 1 2 m 内存，使用的是w i n d o w sx p 系统。整个无线网络系统设 计如图2 1 。 测试p c 机 图2 1 无线网络系统设计 2 2 硬件开发平台 2 2 1 综导显控台硬件结构 综导显控台的硬件结构系统采用一块嵌入式p c 1 0 4 总线的s c m s u p e r d xc p u 模块，p c 1 0 4 是计算机界对嵌入式p c 所制定的工业总线标准( 该标 准可与i s a 总线兼容) ，在体积为9 0 2 m m 9 5 9 r a m * 1 5 2 m m 大小下集成了 s 哈尔滨工程大学硕士学位论文 c p u 、b i o s 、总线和基本i o 设备( 键盘口、硬盘口、串口、并口等) 。这样 的一套系统具有体积小、功耗低、结构简单、功能强大、可靠性高、系统升 级容易的优点。由于综导显控台系统要与很多外部的导航设备进行通信，单 靠主板上的两个串口是远远不够的，我们选用了8 通道串行端口p c 1 0 4 模块， 这样便增加了8 个通信端口，可以满足显控台系统的需要。在导航系统与其 它系统间选择以太网络作为通讯方式，选用s b s 的s y s e x p a n m o d u l e d e t h 双口网卡，使用了r t l 8 0 1 9 a s 网络接口芯片。该以太网通信具有高可靠性， 具备双网口以实现网络通信的冗余切换。现有的综导显控台系统为确保信息 传递的可靠性，还使用了以c a n 总线通讯扩展模块q m l 。综导显控台硬件结 构图如图2 2 所示。 图2 2 综导显控台硬件结构图 2 2 2 电子海图硬件 综导显控台主要包括信息机模块、航迹仪、电子海图三个部分。电子海 图主要包括s p t 4 8 0 0 主板、( s l e l d2 52 g b h e ) f l a s hd i s k 电子硬盘。 本设计开发机所使用采用了适合p c 1 0 4 总线转p c i 总线的扩展卡，并采 用符合i e e e 8 0 2 1 1 b 协议的雷凌公司生产的r t 8 1 8 5 l5 4 mp c i 无线网卡图 2 - 3 ，其数据总线和地址总线均采用了p c i 总线。 6 堕垒垄三堡奎兰堡圭茎竺鎏圣 图2 4 电子海图的硬件结构框图 2 3 系统操作平台及开发环境 23 1v x w o r k s 操作系统 v x w o r k s 操作系统是美国w i n d r i v e r 公司于1 9 8 3 年设计开发的一种嵌入 式实时操作系统( r t o s ) ，是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发 展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领 域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、 军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。v x w o r k s 系统 7 哈尔滨丁程大学硕+ 学位论文 的特点主要有可靠性、实时性、可裁减性等引。 v x w o r k s 系统组成可以从下面几部分来说m 删，如图2 5 所示。 系统工具6 用程序 二凸留z 毕，幽仃= ：i 口i = 争 u m t 4jw ，j l ，o 系统t c p i p 协议栈 千上 v x w o r k s 支持库 + 文件系统 m u x 接口 i 内核 i 设备相关的驱动程序 r 5 。m 驱明 lbsp i 。- f 网卡驱动程序 l h i + s c s i 控制器中断控制器定时器网卡控制器 图2 5v x w o r k s 的系统组成 1 高性能实时内核( w i n dk e r n e l ) v x w o r k s 的核心，一般称作w i n d ，w i n d 使用中断驱动和基于优先级的 调度方式。负责多任务调度、任务间的同步、进程间通信机制、中断处理、 看门狗和内存管理机制。 2 文件系统( f i l es y s t e m ) v x w o r k s 提供快速文件，它包括几种支持使用块设备( 如磁盘) 的本地文 件系统。这些设备都使用一个标准的接口，从而使得文件系统能够灵活地在 设备驱动程序上移植。另外，v x w o r k s 也支持s c s i 磁带设备的本地文件系 统。 3 设备驱动( d e v i c ed r i v e r s ) v x w o r k s 系统提供b s p 、n e t w o r kd r i v e r 、s c s id r i v e r 构成硬件抽象层。 硬件抽象层是一个介于操作系统和底层硬件之间的软层次，包括了系统中大 部分与硬件相关的软件模块。在功能上包含两部分：系统初始化及与硬件相关 的设备驱动。 4 i o 系统( i os y s t e m s ) 8 哈尔滨工程大学硕士学位论文 v x w o r k s 提供了一个快速灵活的与a n s i c 兼容的i o 系统，包括u n i x 标准的缓冲i o 和p o s 标准的异步i o 。 5 网络堆栈( n e t w o r ks t a c k ) v x w b 幽提供了对其他网络和t c p i p 网络系统的“透明”访问，包括与 b s d 套接字兼容的编程接口，远程过程调用( i 冲c ) ，远程文件访问以及b o o t p 和a r p 代理。所有的v x w o r k s 网络机制都遵循标准的i n t e m e t 协议。 6 v x w o r k s 的板级支持包b s p 呻1 例 v x w o r k s 操作系统的一个强项是它可以使应用程序编码在很大程度上与 目标板的硬件和结构无关。这种便利功能是由于v x w b 旭操作系统的模块化 设计，它把所有特定的硬件功能都集成在一个被称作板级支持包 b o a r d s u p p o r tp a c k a g e ( b s p ) 的库中。它的目的就是为v x w o r k s 提供硬件环境 的接口。b s p 的作用是： 在通电后，初始化硬件。 ( 支持v x w o r k s 和硬件驱动通信。 使与硬件相关和独立于硬件在v x w o r k s 系统中很好的结合。 7 虚拟内存与共享内存 虚拟内存即v x v m i 项；共享内存即v x m p 项。v x v m i 为带有m m u 的 目标提供了虚拟内存机制。v x m p 提供了共享信号量，消息队列和在不同处 理器之间的共享内存区域。 8 目标代理( t a r g e ta g e n t ) 目标代理遵循w b d ( w i n dd e b u g ) 协议，允许目标机与宿主机上的 t o r n a d o 开发工具相连。在目标代理的缺省设置中，目标代理是以v x w o r k s 的一个任务t w d b 佻k 的形式运行的 t o m a d o 目标服务器( t a r g e ts e r v e r ) 向目标代理发送调试请求调试请求通 常决定目标代理对系统中其它任务的控制和处理。缺省状态下，目标服务器 与目标代理通过网络进行通信，但是用户也可以改变通信方式。 9 实用库 v x w o r k s 提供了一个实用例程的扩展集，包括中断处理、看门狗计时器、 消息登录、内存分配、字符扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和a n s i c 标准。 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 0 基于目标机的工具 在t o r n a d o 开发系统中，开发工具是驻留在宿主机上的。但是也可以根 需要将基于目标机的s h e l l 和装载卸载模块加入v x w o r k s 。 2 3 2t o m a d o 开发环境 t o m a d o 是风河公司推出的图像化的开发工具，包括调试器c r o s s w i n d 、 命令行界面w i n d s h e l l 、资料查看器b r o w s e r 、模拟器s i m u l a t o r 等工具。使 用t o m a d o 及其开发调试工具，用户可以轻松地编译生产b o o t r o m ，创建并 配置v x w o r k s 编辑、编译、下载和调试代码，随时查看目标机的系统资源， 帮助用户缩短交叉式开发的周期p 6 删。 t o m a d o 是一种交互式软件开发的集成环境，集成了设计开发和分析等 特性使之成为一有机整体。它提供一种有效的方式开发嵌入式实时应用程序， 同时对目标机系统的影响做到最小。如图2 6 所示为t o r n a d o 主机和目标机 系统的关系原理： 主机系统t o m a a o 开发环境目标机系统 应用程序 w i n d s h i v x w o r k s 操作系统 c r o s sw i n d 尘 目标服务器 编 调试器 4 t a r g e ts t a w e r网络系统 文件系统f o 系统 辑 罂b r o w s e r p o s i ) ( 接口浏览器 l 以太再 串行l牟 w 础v i c w 操作系统内核( c r ) 目标代理 微内核州i i l d ) | a g e n t v x s i m 板级支持包 v x w o r k s 目标仿真嚣 i ( t a r g e t a g e n t )( b s p ) 图2 6t o r n a d o 主机和目标机系统的关系 t o r n a d o 系统包含一个高性能的嵌入式实时操作系统v x w o r k s 和交互式 开发环境，这些环境包括： 1 驻留于主机的t a r g e t s e r v e r ： 在主机上运行的t a r g e ts e r v e r 是所有主机驻留工具的基础，它使得主机 驻留工具完全独立于目标机系统的硬件细节。每个目标机系统需要一个 t a r g e ts e r v e r ，由它来实现与t a r g e ta g e m 的交互并管理主机目标机连接 1 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 的细节。所有主机驻留工具通过t a r g e ts e v r e r 访问目标机。t a r g e ts e r v e r 负责 根据主机驻留工具的要求向t a r g e t a g e n t 发送相应的请求，并从m g e t a g e n t 获得执行的结果，然后将结果返回给工具。t a r g e ts e r v e r 包括一系列的机制 以提高主机目标机交叉开发的性能。诸如目标机内存c a c h e 、主机驻留的目 标机内存管理以及一个高度优化的主机目标机通信协议，以减少通信流量。 在一般情况下，t a r g e ts e r v e r 将开发工具的服务请求直接传递给m g e t a g e m 。 但有时工具的服务请求完全由t a r g e ts e r v e r 完成。 t a r g e ts e r v e r 管理目标机的符号表，并且从目标机上指定的一段内存中 分配存储空间。主机驻留开发工具和t a r g e ts e r v e r 之间的接口是标准的 t c p i p 网络接e l ，这使得开发工具和t a r g e ts e r v e r 可以运行于不同的主机上。 这使得主机方的系统资源可以进行充分的合理配置。同时由于所有的工具都 通过t a r g e ts e r v e r 与目标机交互，这使得开发工具间的协同操作成为可能。 2 驻留于目标机上的t a r g e ta g e n t ： 在目标机上加入一个可剪裁的t a r g e ta g e n t ，使开发工具从目标机向主机 的迁移成为可能。t a r g e t a g e n t 是t o r n a d o 中连接主机驻留工具和目标机系统 的关键部件。它响应来自主机驻留工具的请求，诸如内存数据显示、断点通 知、虚拟i o 请求、任务控制等，然后在目标机上执行相应的操作，然后将 结果返回给主机驻留工具。 t a r g e ta g e n t 支持两种断点策略：指定任务的断点模式和系统级的断点模 式。t a r g e ta g e n t 可以工作在任何一种模式或根据用户命令在两种模式间切 换。指定任务的断点模式主要用来调试单个任务，而系统级的断点模式则监 视目标机处理器执行的指令流，这样可以调试多个任务，甚至中断服务程序 和内核本身。t a r g e ta g e n t 并不依赖于目标机上的操作系统v x w o r k s 。t a r g e t a g e n t 使用的设备驱动器是工作于轮询或中断方式下的裸驱动器，并不使用 v x w o r k s 的i o 系统。这使得它可以独立于操作系统内核运行，甚至在操作 系统启动之前运行。t a r g e t a g e m 一个很重要的功能是响应主机驻留的目标模 块l o a d e r 的请求。在目标机启动时，自动加载目标机上可用的符号表。之后， 每通过l o a d e r 下装一个应用目标模块，再相应的增加符号表。这样极大的减 少了启动和下装时间。t a r g e t a g e n t 本身也是可裁剪的。在最终的产品中，可 以将t a r g e ta g e n t 配置成不包括所有的附加功能，诸如断点支持，但仍能完 哈尔滨工程大学硕士学位论文 成主机目标机连接，进行现场测试。 3 集成的源码编辑器e d i t o r ： 类似子微软的v i s u a ls t u d i o 的开发环境，包括下列特性， 标准文本控制能力 c 和c + + 语法元素用不同颜色 调制集成：编辑窗口跟踪代码的执行 编译集成：项目管理将编译警告和编译错误，并直接和编辑窗口中的相 应代码对映 4 项目管理器p r o j e c t ： 可定制的项目管理特性( p r o j e c tm a n a g e m e n tf a c i l i t y ) 。简化了v x w o r k s 应用开发中的组织、配置和创建工作。它包括配置v x w o r k s 特性的图形工具 w i n dc o n f i g ，允许用户在上百个可裁剪的特性中选择( 包括选择编译选项分析 代码相关性和大小) ，构成适合用户特性的v x w o r k s 操作系统运行环境，并 生成相应的b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k e t ) 配置。同样也提供一个通用设置管理工 具c l e a r c a s e 用来进行基本配置。还有一个具有动态链接特性的装载器 l o a d e r ，可在调试中动态加载用户模块或系统模块。 5 浏览器b r o w s e r ： 用于监测目标机，允许用户对系统对象( 任务、消息队列、信号量等) 和 存储器使用情况进行观察的浏览器。b r o w s e r 汇总了应用进程，内存消耗和 一个目标内存的映射。通过b r o w s e r ，用户可以观察信号量、消息队列、内 存分配、看门狗计时器、堆栈使用情况、目标机c p u 使用率，对象模块结构 和符号表以及每个任务的详细信息。 6 调试器( d e b u g g e r ) ： 由c r o s s w i n d 模块来具体实现，增强的图形方式源程序( c 或c + + 以及汇 编程序等) 的调试工具，提供图形方式或命令行方式的全面的调试特性，包括 符合分解，任务级或系统级断点设置，单步运行，显示系统状态，异常处理 等等；其实现类似微软的v i s u a ls t u d i o 的开发环境。 7 s h e n ： 是驻留于主机的c 表达式解释器，允许用户交互地执行已卸载到目标机 上的所有函数。它是一种非常受用户欢迎的开发工具，其交互性和可操作性 1 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 允许用户调用内存中的应用程序模块或是v x w o r k s 模块中的任何例程。它不 但具有一般命令语言的功能而且也具有c 语言的设计特点，能够解释几乎任 何c 语言表达式，执行大多数c 语言算子，解析符号表数据。 8 w i n d v i e w 软件逻辑分析仪： 能以一个可视化的图形界面动态实时地提供导致发生上下文切换，事件 的有关信息，以及使用中的对象信息。 9 目标模拟机v x s i m ： 可在主机系统上模拟运行目标机系统，这简化了t o r n a d o 环境和开发嵌入 式系统之间的学习。更方便的是，对于一些应用开发，为开发者提供了一个 不依赖于专用硬件代码( b s p s ) 和目标机硬件的独立开发环境。这样可在硬件 设备未完成之前，在主机上对应用程序进行仿真分析 2 4 无线网卡 无线网卡又称为无线适配器，其作用类似于以太网中的网卡。无线网卡 是终端无线网络的设备，是无线局域网的无线覆盖下通过无线连接网络进行 上网使用的无线终端设备。电脑之间在进行相互通讯时，数据不是以流而是 以帧的方式进行传输的。我们可以把帧看做是一种数据包，在数据包中不仅包 含有数据信息，而且还包含有数据的发送地、接收地信息和数据的校验信息。 2 4 1 无线网卡功能及分类 一块网卡包括o s i 模型的两个层物理层和数据链路层。物理层定义 了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和 电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、 数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等 功能。 无线网卡的功能主要有两个：一是将电脑的数据封装为帧，并通过电磁波 将数据发送到网络上去；- - 是接收网络上其它设备传过来的帧，并将帧重新组 合成数据，发送到所在的电脑中。网卡能接收所有在网络上传输的信号，但 正常情况下只接受发送到该电脑的帧和广播帧，将其余的帧丢弃。然后，传 送到系统c p u 做进一步处理。当电脑发送数据时，网卡等待合适的时间将分 哈尔滨工程大学硕士学位论文 组插入到数据流中。接收系统通知电脑消息是否完整地到达，如果出现问题， 将要求对方重新发送。 无线网卡按无线标准可定为i e e e8 0 2 1 l b 、i e e e8 0 2 1 1 a 、i e e e8 0 2 1 l g 。 在频段频段上来说8 0 2 1 l a 标准为5 8 g h z 频段，8 0 2 1 l b 、8 0 2 1 1 9 标准为 2 4 g h z 频段。从传输速率上来说8 0 2 1 1 b 使用了d s s s ( 直接序列扩频) 或 c c k ( 补码键控调制) ，传输速率为1 1 m b p s ，而8 0 2 1 1 9 和8 0 2 1 l a 使用相同 的o f d m ( 正交频分复用调制) 技术，使其传输速率是b 的5 倍，也就是 5 4 m b p s 。兼容上来说8 0 2 1 1 a 不兼容8 0 2 1 1 b ，但是可以兼容8 0 2 1 l g ，而 8 0 2 1 1 9 和8 0 2 1 1 b 两种标准可以相互兼容使用，但在使用时仍需注意，8 0 2 1 1 9 的设备在8 0 2 1 1 b 的网络环境下使用只能使用8 0 2 1 1 b 标准，其数据数率只能 达到1 1 m b p s 。 无线网卡按照接口的不同可以分为多种。 1 台式机专用的p c i 接口无线网卡。 2 笔记本电脑专用的p c m i c a 接口网卡。 3 u s b 无线网卡，这种网卡不管是台式机用户还是笔记本用户，只要安装 了驱动程序，都可以使用。在选择时要注意的一点就是，只有采用u s b 2 0 接口的无线网卡才能满足8 0 2 1 1 9 或8 0 2 1 1 9 + 的需求。 4 除此而外，还有笔记本电脑中应用比较广泛的m i n i p c i 无线网卡。 m i n i p c i 为内置型无线网卡，迅驰机型和非迅驰的无线网卡标配机型均使用 这种无线网卡。其优点是无需占用p c 卡或u s b 插槽，并且免去了随时身携 一张p c 卡或u s b 卡的麻烦。 目前这几种无线网卡在价格上差距不大，在性能功能上也差不多，可按 需选择即可。每块无线网卡都有一组独一无二的硬件地址，即所谓的“m a c 地址”。 2 4 2 无线网卡的工作原理 在工作原理上，无线网卡主要由网络接口卡( n i c ) 单元、扩频通信机 和天线3 个功能模块组成。n i c 单元属于数据链路层，负责建立主机与物理 层之间的连接；扩频通信机与物理层建立对应关系，并通过天