隨著嵌入式系統(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，可以進一步設(shè)計完善醫(yī)用伽馬相機和小型SPECT設(shè)備的手持數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使得控制人員能夠遠離數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場，而通過遠程終端來控制現(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軟件來實現(xiàn)。WLAN包括進行通信的網(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標準、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)備接口有主機端與設(shè)備端區(qū)別，因而USB驅(qū)動程序也有USB主機端驅(qū)動程序與USB設(shè)備端驅(qū)動程序之分。在主控機方面，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)備進行訪問是通過文件系統(tǒng)的形式進行的。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主機必須具備對所有連接在總線上不同類型的USB設(shè)備進行配置管理的功能。LinuxUSB主機驅(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主機驅(qū)動由USB主機控制器驅(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ǎ匆粋€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)負責發(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，在宿主機上進行內(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“l(fā)stood”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)標準、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，進而得到網(wǎng)絡(luò)實際能夠達到的最大帶寬。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。現(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)場中的遠程無線視頻監(jiān)控。