資料介紹
WLAN技術和嵌入式技術是目前比較熱門的兩個研究方向,而將二者相結合,即具有無線接入功能的嵌入式系統更具有誘人的發展前景。本文介紹了將IEEE802.11b無線網絡適配器與嵌入式主機通過USB總線進行連接的系統設計與實現。系統采用了先進的ARM處理器,除具有10M/100M以太網接口外,還提供USB主接口方便連接具有USB接口的IEEE 802.11b無線網絡適配器。
1.系統的總體實現
1.1系統的構成
系統CPU采用Samsung公司推出的帶有ARM7TDMI內核的S3C4510B作為CPU,RAM采用8M 32位SDRAM,ROM采用4M 16位FLASH.帶有一個JTAG接口用于系統調試,一個RS-232串行端口用于終端調試,一個以太網控制器,一個USB主機控制器。系統硬件框圖如圖1-1:
![無線網絡適配器與嵌入式主機通過USB總線進行連接的系統設計](/uploads/allimg/171017/2362486-1G01G0393Y30.png)
嵌入式主機采用uClinux操作系統。uClinux是縮微版的Linux,和Linux內核保持同步開發。不同之處在于uClinux不帶有內存管理單元(MMU),不能實現虛擬內存管理,比較適合嵌入式系統的需求。
由于CPU是ARM指令系統,所以要在PC上用交叉編譯器重新編譯uClinux內核,產生基于ARM的uClinux內核二進制代碼。
在編譯之前要進行uClinux內核的配置工作,包括RAM、ROM的大小,地址空間的分配,外圍設備的支持。除此以外,最關鍵的工作就是實現USB主機控制器的驅動程序,這也是研究工作的重點。
2. USB主機控制器
在介紹USB主機控制器驅動程序之前,先讓我們了解一下USB系統和USB主機控制器。
2.1 USB系統和USB主控制器的基本概念
在USB系統中,各種USB設備要與主機相連,就必須通過一個共同的接口接入主機。這個接口就是USB主機控制器(USB Host Controller)。HC是軟件、硬件以及固件的綜合,是USB拓撲的中心。
USB總線在物理上是一種以主機為根的樹狀分層星型拓撲,HUB作為分枝結點,USB設備作為葉子結點。在邏輯上,USB總線是以主機為中心的星型拓撲,HUB在邏輯上也看做為一個USB邏輯設備。在邏輯上,主機直接通USB邏輯設備通信,就好像沒有中間的HUB一樣。USB邏輯設備是指各種各樣的USB設備與主機連接所必須具有的最基本的標準接口,主機通過標準接口管理和配置所有的USB設備。
![無線網絡適配器與嵌入式主機通過USB總線進行連接的系統設計](/uploads/allimg/171017/2362486-1G01G03950518.png)
圖2-1是從USB主機客戶軟件到USB設備應用的通信流模型。
l客戶軟件是為特定的USB設備服務的程序。USB只是一種總線協議,它的最終目的是為主機與外部設備之間提供方便快速的連接。客戶軟件可以理解為外部設備的驅動程序及應用程序,而不屬于USB系統的一部分。它是USB系統的客戶,它與USB所連接的外部設備之間進行邏輯通信。
l USB系統軟件是在特定操作系統上支持的USB驅動程序,它獨立于具體的USB設備,也獨立于客戶軟件。
USB系統軟件包括USB驅動(USBD),主機軟件,和主機控制器驅動(HCD)。USBD提供USB驅動接口(USBDI)與客戶軟件通信。客戶軟件通過I/O請求包(IRP)與USBD進行數據傳輸。同時,USBD還為客戶提供了一個抽象的USB標準設備用于USB設備的配置及控制,因為這樣的USB設備具有標準通道及標準控制。
主機軟件的功能類似于USBD,出現在某些操作系統中替代USBDI來支持設備的配置及驅動的加載。
l主機控制器驅動用于主機控制器的控制,由主機控制器廠商提供。HCD與USB之間的接口為主機控制器驅動接口(HCDI)。這樣,USB系統就可以不關心主機控制器的具體實現,從而支持了不同的主機控制器。
目前,應用于PC的USB1.1 HCDI有兩種實現:一種是Intel制定的UHCI(Universal Host Controller Interface),另一種是Compaq、Microsoft等聯合制定的OHCI(Open Host Controller Interface)。但是在嵌入式系統領域里,一般由廠商或開發人員實現HCI,而不屬于前兩個陣營。
1.系統的總體實現
1.1系統的構成
系統CPU采用Samsung公司推出的帶有ARM7TDMI內核的S3C4510B作為CPU,RAM采用8M 32位SDRAM,ROM采用4M 16位FLASH.帶有一個JTAG接口用于系統調試,一個RS-232串行端口用于終端調試,一個以太網控制器,一個USB主機控制器。系統硬件框圖如圖1-1:
![無線網絡適配器與嵌入式主機通過USB總線進行連接的系統設計](/uploads/allimg/171017/2362486-1G01G0393Y30.png)
嵌入式主機采用uClinux操作系統。uClinux是縮微版的Linux,和Linux內核保持同步開發。不同之處在于uClinux不帶有內存管理單元(MMU),不能實現虛擬內存管理,比較適合嵌入式系統的需求。
由于CPU是ARM指令系統,所以要在PC上用交叉編譯器重新編譯uClinux內核,產生基于ARM的uClinux內核二進制代碼。
在編譯之前要進行uClinux內核的配置工作,包括RAM、ROM的大小,地址空間的分配,外圍設備的支持。除此以外,最關鍵的工作就是實現USB主機控制器的驅動程序,這也是研究工作的重點。
2. USB主機控制器
在介紹USB主機控制器驅動程序之前,先讓我們了解一下USB系統和USB主機控制器。
2.1 USB系統和USB主控制器的基本概念
在USB系統中,各種USB設備要與主機相連,就必須通過一個共同的接口接入主機。這個接口就是USB主機控制器(USB Host Controller)。HC是軟件、硬件以及固件的綜合,是USB拓撲的中心。
USB總線在物理上是一種以主機為根的樹狀分層星型拓撲,HUB作為分枝結點,USB設備作為葉子結點。在邏輯上,USB總線是以主機為中心的星型拓撲,HUB在邏輯上也看做為一個USB邏輯設備。在邏輯上,主機直接通USB邏輯設備通信,就好像沒有中間的HUB一樣。USB邏輯設備是指各種各樣的USB設備與主機連接所必須具有的最基本的標準接口,主機通過標準接口管理和配置所有的USB設備。
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圖2-1是從USB主機客戶軟件到USB設備應用的通信流模型。
l客戶軟件是為特定的USB設備服務的程序。USB只是一種總線協議,它的最終目的是為主機與外部設備之間提供方便快速的連接。客戶軟件可以理解為外部設備的驅動程序及應用程序,而不屬于USB系統的一部分。它是USB系統的客戶,它與USB所連接的外部設備之間進行邏輯通信。
l USB系統軟件是在特定操作系統上支持的USB驅動程序,它獨立于具體的USB設備,也獨立于客戶軟件。
USB系統軟件包括USB驅動(USBD),主機軟件,和主機控制器驅動(HCD)。USBD提供USB驅動接口(USBDI)與客戶軟件通信。客戶軟件通過I/O請求包(IRP)與USBD進行數據傳輸。同時,USBD還為客戶提供了一個抽象的USB標準設備用于USB設備的配置及控制,因為這樣的USB設備具有標準通道及標準控制。
主機軟件的功能類似于USBD,出現在某些操作系統中替代USBDI來支持設備的配置及驅動的加載。
l主機控制器驅動用于主機控制器的控制,由主機控制器廠商提供。HCD與USB之間的接口為主機控制器驅動接口(HCDI)。這樣,USB系統就可以不關心主機控制器的具體實現,從而支持了不同的主機控制器。
目前,應用于PC的USB1.1 HCDI有兩種實現:一種是Intel制定的UHCI(Universal Host Controller Interface),另一種是Compaq、Microsoft等聯合制定的OHCI(Open Host Controller Interface)。但是在嵌入式系統領域里,一般由廠商或開發人員實現HCI,而不屬于前兩個陣營。
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