基于ARM的USB无线网卡Linux设备驱动设计要点(pdf 6页).pdf

基于A R M 的U S B 无线网卡L i n u x 设备驱动设计 杨勇叶梅初元萍胡磊 中科院高能物理所北京1 0 0 0 4 9 摘要 本文介绍了D L i n k 无线网卡在嵌入式L i n u x 下的驱动设计与实现 该系统主要应用于医用佃玛相机和小 型S P E C T 设备的手持数据采集系统 首先搭建好嵌入式开发的软硬件环境 对L i n u x 内核进行裁剪 然 后研究了网络驱动工作原理 针对D L i n k 无线网卡对通用的无线网卡驱动进行修改和交叉编译 最终移 植到A R M 平台上 建立嵌入式无线局域网 为迸一步的无线网络研究搭建好开发平台 关键字lA R M 嵌入式L i n u x 无线网卡 8 0 2 1 1 9 设备驱动 1 引言 随着移动通信和便携通信的发展 无线局域网W L A N 应用而生 日渐普及 嵌入式系统的无线局域网接入 可以实现对嵌入式系统的无线控制和数据传输 可以满足一些特殊应用的场合 本文通过对U S B 无线网卡的 L i n u x 设备驱动的深入理解和分析 成功的移植在A t m e l 9 2 6 1A R M 处理器上 实现了嵌入式系统的无线局域网 接入 利用此平台 可以进一步设计完善的医用伽玛相机和小型S P E C T 设备的手持数据采集系统 使得控制人 员远离数据采集现场 较好的解决了安全性问题 可以将现场的数据和各种控制信号由远程终端来控制 2 硬件系统构成 2 1U S B 无线网卡介绍 无线网卡是无线局域网 W L A N 的重要组成部分 W L A N 的物理层及M A C 层是由无线网卡的硬件及其软 件完成的 而L L C 层以上各层均有计算机软件来实现 W L A N 包括进行通信的网络接口卡 简称无线网卡 和 接入点 桥接器 A P 网桥 其中无线网卡提供了最终用户设备 手持设备 与接入点 桥接器之间的接口 目 前 无线网卡主要以P C M C I A C o m p a c tF l a s h C 1 D 卡的形式广泛应用 大多数可用的无线网卡都是基于I n t e r s i l P r i s m 或L u c e n tH e r m e s 芯片组的 其中U S B 设备的无线网卡则是A t m e l 芯片组支持的 本系统采用D L 址的 W L G 1 2 25 4 M 无线网卡 芯片组为P r i s m 2 通过U S BH O S TP O R T 接入 2 2 系统构成 主控制器采用A T M E L 9 2 6 1 工作频率1 8 0 M H z 具有1 6K B y t e s 数据c a c h e 和1 6K B y t e s 指令c a c h e 外 接6 4 MN A N DF L A S H 和6 4 M S D R A M 外围接口有1 0 1 0 0 M 自适应以太网卡 3 个U S B 2 0 接1 2 1 2 个通用异步 收发器 U m 盯 L C D 接口以及串行外围接口 S P I 等 可以方便的外接工作设备 操作系统采用L i n u x2 6 1 5 b o o t l o a d e r 采用U b o o t 根文件系统采用r a m d i s k 系统启动后挂载y a f f s 文件系 统 系统采用A t m e l 公司的A t m e l 9 2 6 1 开发板 外围接口包括3 个U S BH O S T 接1 2 1 其中一个外接U S B 无线网 卡 无线路由器采用C i s c o L i n k s y s 的W R T l 6 0 N 支持8 0 2 1 I g 标准 T C P 协议和邢协议 如图l 所示 圈 图l 硬件结构 3 U S B 无线网卡驱动 3 1L i n u xU S B 驱动模块结构 对于接入系统中的U S B 无线网卡 从C P U 的角度首先看到的是U S B 总线 然后才是网卡芯片 所以U S B 驱动要先于网卡驱动实现 U S B 设备接E l 有主机端与设备端区别 因而U S B 驱动程序也有U S B 主机端驱动程序 8 2 4 与设备端程序之分 在主控机方面 主要有U H C I 和O H C I 两种规范 上层的应用软件对系统的U S B 设备进行访问是通过文件系统的形式进行的 每个连接到系统总线上0 0U S B 设备可以同时对应一个或多个驱动程序 即每个U S B 设备可以在L i n u x 系统上设置一个或多个节点供应用程序 使用 由于U S B 接口为主从方式 多设备连接的树状网络设备结构 所以U S B 主机必须具有对所有连接在总线上 的不同类型的U S B 设备进行配置管理的功能 L i n u xU S B 主机驱动程序可以同时支持多路U S B 总线功能 每路U S B 总线独立工作 U S B 主机驱 动分三大部分组成 U S B 主机控制器驱动 H C D U S B 驱动 U S B D 和不同的U S B 设备类驱动 图2 描述了L i n u xU S B 驱动程序的结构 L i n u x 定 义了通用请求块U R B U n i v e r s a lR e q u e s tB l o c k 用来在U S B 设备类驱动程序和U S B D U S B D 和 H C D 间进行数据传输 3 2L i n u x 网络驱动程序结构 所有的L i n u x 网络驱动程序遵循通用的接口 设计时采用的是面向对象的方法 一个设备就是 一个对象 n e t d e v i c e 结构 它内部有自己的数 据和方法 一个网络设备最基本的方法有初始化 发送和接收 L i I l u x 网络驱动程序的结构可以划分 成四层 网络协议接口 网络设备接口 设备驱 动功能和网络媒介层 网络驱动程序最主要的工 作就是完成设备驱动功能层 使其满足我们自己 所需要的功能 3 2 1U S B 无线网卡驱动设备的访问和控制 与P C I I S A 等设备不同 U S B 1 3 9 4 等新 一代总线没有I O M E M 映射 中断和D M A 硬件 资源 取而代之的 是抽象出来的硬件资源概念 对U S B 设备来说 资源主要包括配置 c o n f i g u r a t i o n 接1 3 i n t e r f a c e 和端点 e n d p o i n t 图2L i n u xU S B 驱动程序的结构 这些资源中 端点对于U S B 设备有着最重要的意义 实际的数据传输就是通过对端点的读写实现的 驱动程序 通过描述符来获取这些资源 在初始化时 U S B 驱动程序从设备端点0 读取描述符 经过解析后保存这些资源 的属性 为传输数据做准备 3 2 2U S B 网络设备驱动程序设计 U S B 无线网卡驱动程序首先向U S B 子系统注册自己 然后通过v e n d o ri d 和d e v i c ei d 来判断硬件设备是否已 经插入总线 摄像头驱动程序需要创建一个u s b d r i v e r 数据结构 S t l t l C tu s bd r i v e rr t u s b d r i v e r I n a m e r t 7 3 p r o b e u s br t u s b p r o b e d i s c o n n e c t u s b r t u s b d i s c o n n e c L i d t a b l e r t u s b u s b i d l 当无线网卡插入U S B 总线的时候 U S BC O l e 就会调用p r o b e 方法来检测被传递进来的信息 以确定无线网 卡设备是不是和驱动程序匹配 同时填充s t r u c tn e t d e v i c e 完成对该网络设备的初始化 当无线网卡被拔出时 U S BC O l e 就会调用d i s c o n n e c t 方法来完成清楚工作 驱动程序通过显式的模块初始化和消除函数注册与注销模块 调用m o d u l e i n i t 来初始化一个模块 并在卸载时调用m o d u e l e x i t 函数 p r o b e 函数主要代码如下 8 2 5 n e m e o p e n u s br l u s bo p e n 发定o p e n 函数 n e t d e v h a r d s t 矾一X m l R T M P S e n d P a c k e t s w 设定拄送函数 a e t d e v s t o p a s b J m s bc l o s e 爱定c l o s e 函数 n e t d e v D mp A d 设定私有数据指针 n e t d e v g e ts t a t s r t 7 3 g e te e rs t a t s J l 设定状态统计匝数 其中o p c 函数主耍完成对描述网卡硬件数据结构p a d 的初始化 包括岫包接收函数 接口配置函数 柳 始化发送接收数据结构 以及M A C 地址拷贝函数 最后开始n m d e v 数据拉进接收函数 R T M P S e n d P a c k e t s 函 数负责发送包装好的网络数据包 无线网卡驱动与U S Bc o R 的通信是通过中断什 量的方式来传送的 4 编译与测试 4 1 无线阿卡驱动稿译 本系统L i n u x 内核版本为2 6L 5 在宿主机上进行内棱配置 通过 m a k e m e n u c o n f i g 将内棱中不必要的功 能去掉 增加对W I A N 的支持依次点击D e v i c e D r i v e B 一 N e t w o r kd e v i c es u p p o r t 一 W i r e l e s sL A N n o n h a m m d i o 一 选中W i r e l e s sL a nd r i v e r s n o n h a m r a d i o W i r e l e s s E x t e 弘i o n s 然后进入通用U S B w L A N 驱动程序源码 修 改M a k e f i l e 将内拉文件夹选项重新定位在刚才编译好的L i n u x 内按下 通过 m a k e7 在该立件夹下编译生成n 7 3k o 驱动模块 在A R M 嵌 式1 2 n u x 开发中立件的传辅方式有多种 比如珊服务和N F s 文件系统 本文采用前者将 n 7 3 k o 驱动模块下载至开投扳 由于L m 雌支持模块的动态加载 所以町以很方便的将此模块用 i n s m o d 加载 至内接 通过 I s m o d 查看加载的模块 n 7 3 模块已经被成功加载 在开拄扳文件系统中添加无线管理应用程序 i w c o n f i g i w a p y i w l i s t 等 用于配置额率 网络 E S S F D 接受是敏度 接八模式 无线网络标准 加密开关 最后编写无线网络启动和自配置程序 实现自动配置I P 地址和无线阿关 至此整个无线同卡驱动程序全部 编译完成 4 1 嗣试结果盈分析 启动无线阿络 编写删试带宽程序 该测试程序采用C J S 设计模式 客户端运行在A R M 开发扳板上 服务 器运行在局域两内一台L m P C 上 该测试程序的工作流程主要如下 客户端分别茬送不同太小的字节流 经 服务器处理计算出对应的带宽 可以得到一条带宽曲线 进而得到网络实际能够达到的培大带宽 经反复测试 该无线网卡能够稳定工作 在距离A P5 0 m 的半径内下带宽为6 M b p s 距离理论值5 4 M b p s 还有一定的距离 具 体原因正在分析之中 测试结果如图3 所示 无线带宽图 霞簌露爱瑟瑟黪缆雾j 霉囊蠹黻z 鞭誊溪 隧瓣滋囊遂薹醛j 露攀登凌糕麓薹嚣灞 鬻醚慧懋鍪麓荔霪 l 萋塑鬟薹篷翟 趱黥黧霹蕊鬣鐾囊羹震霸黧溺 巍鬻蕊鍪凌蕊畿淄潍酗畿瀚 b n 圈3 无线网络带宽测试图 5 小结 L i n u x 作为当今市场上嵌入式系统使用比例最高的操作系统 其驱动模型支持模块堆叠技术 内核开发者已 提供了一些通用模块 本文从工程应用出发 研究并移植了L i n u x 下U S B 无线网卡设备驱动 以此为基础可以 构建嵌入式无线局域网 可以用于有线网络无法延伸或难以安装 有可灵活移动和临时性使用等要求的场合 如 外加摄像头和图像处理芯片 还可以用于工业现场中的远程无线视频监控 参考文献l 1 叶梅 赵京伟 初元萍 嵌入式l i n u x 系统在P o w e r P C 上的实现 核电子学与探测技术 2 0 0 6 2 6 2 钱晓华 郭继红 基于嵌入式L i n u x 的无线网卡驱动程序 辽宁大学学报 2 0 0 8 3 5 3 C o r b e t 3L i n u x 设备驱动程序 M 北京 中国电力出版社 2 0 0 6 4 史蒂文森U n i x 网络编程 M H 匕京 清华大学出版社 1 9 9 8 5 刘亨杰 汪敏 潘志浩U S B 无线网络适配器在嵌入式系统中的应用 嵌入式应用 2 0 0 3 论文作者简介一 杨勇 2 5 硕士研究生 主要从事嵌入式软件开发 D e s i g no fU S B W L A NA d a p t e rL i n u xD e v i c eD r i v e rb a s e do nA R M Y A N GY o n g Y EM e i C H UY u a n p i n g H UL e i I l l s t i t u t eo fH i g hE n e r g yP h y s i c s C A S B e i j i n g10 0 0 4 9 C h i n a A b s t r a c t T h i Sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f 也eU S B W L A Na d a p t e rL m t l Xd e v i c ed r i v e r I tc a nb e u s e do nm e d i c a lg a m m aC a l T l e r aa n dS P E C Ts y s t e m T os t a r tw i t ht h ew o r k t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r ee m b e d d e d d e v e l o p m e n tf r a m e w o r ki se s t a b l i s h e d N e x t t h eL i n u xk e r n e lr e b u i l da n dn e td e v i c ed r i v e rr e s e a r c ha r ea c c o m p U s h e d I na d d i t i o n t h eU S B 一 A Na d a p t e rd e v i c ed r i v e ri sm o d i f i e da n dc r o s s c o m p i l e da c c o r d i n gt Ot h eg e n e r a lW L A N a d a p t e rd e v i c ed r i v e r F i n a l l yt h eU S B 肌A Na d a p t e rd e v i c ed r i v e ri Si m m i g r a t e df r o mX 8 6s t r u c t u r et oA R M F u r t h e r m o r e t h ee m b e d d e dM A Nb a s e do n 删p l a t f o r mw a se s t a b l i s h e d I ti Sa v a i l a b l et Of u r t h e rr e s e a r c ho n w i r e l e s sc o m m u r d c a t i o n K e y w o r d s 删 E m b e d d e dL i n u x U S B W L A Na d a p t e r 8 0 2 1 1g D e v i c ed r i v e r 8 2 7 基于ARM的USB无线网卡Linux设备驱动设计基于ARM的USB无线网卡Linux设备驱动设计 作者 杨勇 叶梅 初元萍 胡磊 作者单位 中科院高能物理所北京100049 相似文献 10条 相似文献 10条 1 学位论文 周哲 应用于无线视频监控的嵌入式Linux系统平台构建 2009 随着无线网络技术和嵌入式技术的发展 无线视频监控已经成为嵌入式系统应用的一个新的发展方向 嵌入式系统由嵌入式操作系统和嵌入式硬件 平台两部分组成 ARM架构是嵌入式设备中使用相当广泛的硬件平台 而随着Linux的发展 嵌入式Linux操作系统已经成为嵌入式领域的主流操作系统 嵌入式Linux操作系统支持多种硬件平台 具有良好的移植性和网络传输特性 本文所介绍的方案正是基于ARM9硬件平台和嵌入式Linux系统所构建的无 线视频监控系统 本文分为五个章节 前三个章节分别介绍了无线视频监控系统和嵌入式系统的概念以及构建一般性嵌入式Linux操作系统的步骤和组成 本文第四章 的侧重点是介绍如何构建适用于无线视频监控的嵌入式Linux系统 第四章从bootloader的移植 Linux kernel的移植以及相关驱动的开发移植 嵌入式 根文件系统的构建三方面分别进行了阐述 由于无线视频监控系统的特殊性 本文详细介绍了USB摄像头驱动模块和无线网卡驱动模块的代码架构以及工 作方式 在本文的第五章 作者介绍了本系统进行ad hoc网络模式和infrastructure网络模式的配置方式以及在PC监控端所截获的视频监控图像 在本 文的最后部分 作者提出了对于通过嵌入式Linux系统来实现无线视频监控的未来展望 2 期刊论文 杨勇 叶梅 张秦艳 初元萍 胡磊 YANG Yong YE Me ZHANG Qin yan CHU Yuan ping HU Lei 基于ARM的 嵌入式Linux无线网卡设备驱动研究 核电子学与探测技术2010 30 4 介绍了D Link无线网卡在嵌入式Linux下的驱动设计与实现 基于医用伽玛相机和小型SPECT设备的手持数据采集系统 首先搭建好嵌入式开发的软硬 件环境 分析Linux内核USB驱动模块和网络驱动工作原理 然后针对D Link无线网卡对通用的无线网卡驱动进行修改和交叉编译 最终移植到ARM平台上 建 立嵌入式无线局域网 为进一步的无线网络研究搭建好开发平台 3 学位论文 杨小铸 基于嵌入式Linux的小型移动机器人远程控制系统设计 2007 本文对基于嵌入式Linux的小型移动机器人远程控制系统进行了 研究 主要内容包括 1 构建了基于嵌入式IJnux的系统平台 包括引导装载程序 Linux内核移植 USB无线网卡和USB摄像头的驱动程序 2 实现了移动机器人运动控制与传感器信息采集 包括调速电机的控制 内部传感器信息采集 图像信息采集 及无线传感网络数据的获取 3 设计了基于socket连接的机器人网络控制服务器 包括采用TCP传输协议的服务程序编写和控制接口的实现 4 构造了基于Web服务器Boa的机器人远程监控系统 实现基于网页的机器人控制 图像信息的发布 机器人状态信息和无线传感网络数据的查询等 5 采用USB接口和R 232接口实现机器人底层控制与上位机的连接 增强了系统的开放性和扩展能力 4 期刊论文 杨勇 张秦艳 叶梅 基于ARM的嵌入式Linux无线网卡设备驱动设计 科技信息 学术版 2008 34 本文介绍了D Link无线网卡在嵌入式Linux下的驱动设计与实现 该设计可以用于构建无线数据采集系统 首先搭建好嵌入式开发的软硬件环境 分析 Linux内核USB驱动模块和网络驱动工作原理 然后针对D Link无线网卡对通用的无线网卡驱动进行修改和交叉编译 最终移植到ARM平台上 建立嵌入式无 线局域网 为进一步的无线网络研究搭建好开发平台 ARM微处理器的使用使本系统比传统的数据采集系统更具有便携性和灵活性 甚至可以工作在恶劣的 环境之中 5 学位论文 马汝袆 基于MPC852T的无线AP设计 2004 本文介绍了基于MPC852T的无线AP AccessPoint 设计与实现 包括系统的整体介绍 硬件与软件的开发平台 硬件与软件系统的设计与实现 系统 性能分析 本系统是基于摩托罗拉MPC852TCPU与嵌入式LINUX平台的具有无线接入功能的无线AP AccessPoint 其主要是实现无线802 11b帧结构的包与以太网 帧结构的包之间相互转换 同时考虑到用户登陆安全等问题 这款无线AP为网络用户提供快速 可靠 高效的无线接入解决方案 主要是作为小型企业 家庭的无线接入点 可以提供高达11Mbps数据传输速率 该产品的设计完全符合802 11b国际标准 可提供强大的功能 如基于Windows的配置管理软 件 支持NAT网络地址转换和DNS代理服务器功能 DHCP功能 WEP数据加密等等 系统可连接局域网 LAN 广域网 WAN 及无线局域网 WLAN 局域网 LAN 的数据通过二层交换芯片ADM6996进行交换 广域网 WAN 与局域网 LAN 之 间由MPC852T进行桥接 并完成地址解析等功能 无线局域网的数据由设备上的无线网卡来转发 MPC852T对无线局域网和有线网络之间进行桥接 无线 网卡负责信号的调制解调和发送以及802 11b协议数据的打包与拆包 MPC852T还负责数据的双向传递 转发和对无线网卡的控制与管理 同时本文还对设计过程中的一些问题作了分析 最后还对无线AP的性能做了测试分析 6 学位论文 刘少阳 基于嵌入式Linux的WLAN终端设计与实现 2006 嵌入式系统是目前无线网络技术领域的研究热点之一 在嵌入式系统上实现通信网协议的移植 分析 改进和实现己成为人们研究的热点 论文针对当前嵌入式系统和无线网络的最新发展方向 设计一种适合中高端应用的WLAN终端平台 同时还可支持如Ethernet RS232 USB等基本的 通信接口 论文构建了该平台的硬件系统和软件开发环境 硬件系统采用的处理器是三星公司的S3C2440A ARM Advanced RISC Machines 体系结构的处 理器以其小体积 低功耗 低成本 高性能等特点 日益成为构建嵌入式系统首选的处理器 论文讲述了基于ARM处理器S3C2440A的硬件设计方法 内容 主要包括S3C2440A的体系结构介绍和S3C2440A的主要硬件电路模块设计两部分 论文的软件部分包括在开发板上成功运行Linux操作系统 并通过移植和交叉编译 分别调试成功了PCMCIA接口和基于PCMCIA接口的802 11b无线网 卡 进一步 我们可通过开发板之间的无线连接 以建立嵌入式无线通信网络 为进一步的无线网络研究搭建好开发平台 7 期刊论文 王标 郭敏 单保慈 WANG Biao GUO Min SHAN Baoci 基于ARM的无线网卡设备驱动设计 现代电子技术 2009 32 7 介绍了D Link无线网卡在嵌入式Linux下的驱动设计与实现 该系统主要应用于医用伽马相机和小型SPECT设备的手持数据采集系统 首先搭建嵌入式 开发的软硬件环境 对Linux内核进行剪裁 然后研究网络驱动工作原理 利用D Link无线网卡对通用无线网卡的驱动进行修改和交叉编译 最终移植到 ARM平台上 建立嵌入式无线局域网 8 学位论文 濮琼 嵌入式系统PCMCIA协议分析及WIMAX的接入 2006 目前 在无线接入领域 开发所采用的硬件套片日益成熟 相关协议也已经棚当完善 这些使得通过无线网卡的接入来为嵌入式设备添加新的通信 功能成为一条经济可行的途径 根据课题要求 本文分析并比较了各种接入方法的性能指标和市场现状 在嵌入式linux平台上 实现了一个具有良好的 兼容性和稳定性的无线模块 完成的工作主要有以下儿点 1 通过对接入技术和PCMCIA子系统的分析研究 简化了PCMCIA协议栈的接口函数集 并根据这些函数的目的和重要性对它们重新进行了分类和分析 提出了嵌入式移植中兼容问题的一个较为通用的解决策略 2 通过对PC卡驱动和PCMCIA子系统交互部分的研究 实现了PC卡驱动和PCMCIA子系统的交互 3 根据对WIMAX协议体系结构的分析 实现了WIMAX无线模块的接入 根据课题的实际情况 本文验证了所提出的兼容性问题解决策略 对无线模块的兼容性和稳定性进行了验证和分析 9 学位论文 黄学雷 无线局域网在嵌入式系统中的应用 2006 21世纪是信息的时代 是无线通信蓬勃发展的时代 目前无线通信还处在Persona to Persona时代 即个人通信 并逐步向Persona to Device 人 物通信 Device to Device 物物通信 时代过渡 随着该时代的到来 越来越多的嵌入式设备渴望摆脱线缆的束缚和具备与人 设备进行无线通信的能 力 在此 以WLAN Wireless Local AreaNetwork 无线局域网 Bluetooth 蓝牙 等为代表的短距离无线通信技术将扮演着举足轻重的角色 融合嵌入 式技术与无线局域网通信技术的嵌入式系统 具备突出的无线通信的能力 是目前与未来的发展热点之一 本文研究了ARM硬件系统架构 板级Bootloader设计 嵌入式Linux内核分析与移植 USB设备驱动程序的设计 TCP IP协议栈移植 应用程序设计 重点进行了嵌入式无线网卡设计 并进行了无线网卡驱动程序和无线网卡配置管理程序的设计 这是系统实现无线通信的关键 论文首先分析了无线通信的现状及相关的新技术 对无线局域网技术在嵌入式系统应用的意义进行了研究 然后设计了无线局域网在嵌入式系统中 应用的软硬件总体结构 其中硬件电路设计的重点在设计以S3C2410X芯片为微处理器的主板和自主设计的以SIS163U无线网卡芯片为核心的嵌入式无线网 卡上 主板和嵌入式无线网卡通过USB接口相连 软件设计是在硬件电路设计的基础上 构建交叉开发环境 设计Bo