基于S3C2440平臺(tái)的USB_WiFi驅(qū)動(dòng)移植

陳侃松+邵沖+張丹+張滿意+何林桂

摘 要：針對(duì)當(dāng)下比較通用的USB_WiFi無線通信芯片在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用中的具體要求，分析 Linux系統(tǒng)下基于ARM9處理芯片S3C2440 的USB_ WiFi驅(qū)動(dòng)程序。結(jié)合 S3C2440與AR9271的接口電路設(shè)計(jì)、USB_WiFi驅(qū)動(dòng)程序體系結(jié)構(gòu)移植了USB無線設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并分析了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w過程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，該WiFi驅(qū)動(dòng)程序能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，并可用于應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：WiFi無線通信；Linux；S3C2440；驅(qū)動(dòng)程序；無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）05-00-02

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步， 基于802.11系列協(xié)議的WiFi無線保真通信技術(shù)迅猛發(fā)展，使得WiFi技術(shù)能夠應(yīng)用在多種不同的嵌入式設(shè)備上，并方便的連接運(yùn)營商提供的接入點(diǎn)。WiFi與其他無線通信技術(shù)相比， 擁有組網(wǎng)靈活，數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸距離遠(yuǎn)的特性。在已部署WiFi網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)搭建WSN網(wǎng)絡(luò)非常靈活而且組網(wǎng)成本不高。

1 WiFi技術(shù)和平臺(tái)介紹

1.1 硬件平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，能達(dá)到本文需求的無線傳輸系統(tǒng)由S3C2440控制器、WiFi無線網(wǎng)卡和上位機(jī)組成。測試系統(tǒng)將輸入的數(shù)據(jù)傳輸給中心處理芯片S3C2440，S3C2440將得到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后由USB接口將封裝的數(shù)據(jù)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)建立起的無線通信鏈路，傳送到遠(yuǎn)端上位機(jī)。

圖 1 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

1.2 USB接口電路設(shè)計(jì)

S3C2440處理器通過USB接口與Atheros AR9271無線網(wǎng)卡的USB接口連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和接收。其中，數(shù)據(jù)的發(fā)送端是S3C2440。針對(duì)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)資源需求的不同，在USB規(guī)范中規(guī)定了4種不同的數(shù)據(jù)傳輸方式，這里使用實(shí)時(shí)傳輸方式。這種傳輸方式可以連續(xù)不斷地在S3C2440與USB設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。S3C2440的DN0、DP0引腳分別與AR9271的DM、DP引腳相連接；DN與DP輸出的是一對(duì)差分信號(hào)。

2 WiFi驅(qū)動(dòng)程序移植

2.1 WiFi驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)

AR9271無線網(wǎng)卡正常工作所需要的驅(qū)動(dòng)程序主要包括兩部分：WLAN驅(qū)動(dòng)和USB接口驅(qū)動(dòng)。WLAN驅(qū)動(dòng)的作用在整個(gè)數(shù)據(jù)接收和傳輸?shù)倪^程中非常重要，它既要接收從應(yīng)用層傳來的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)從USB接口轉(zhuǎn)發(fā)到S3C2440平臺(tái)；又要響應(yīng)S3C2440平臺(tái)傳過來的中斷，借助USB驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)的接口函數(shù)，讀取硬件緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)流，傳遞數(shù)據(jù)到應(yīng)用層。內(nèi)核啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)加載AR9271的固件htc_9271.fw，它在S3C2440平臺(tái)根文件系統(tǒng)的/lib/firmware目錄下。它的主要作用是控制WiFi硬件上的接口，完成802.11數(shù)據(jù)幀和802.3數(shù)據(jù)幀之間的轉(zhuǎn)換和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。由此可見， WiFi無線網(wǎng)卡設(shè)備在Linux中是被當(dāng)作一般的以太網(wǎng)設(shè)備來識(shí)別。

2.2 USB接口驅(qū)動(dòng)分析

USB接口初始化函數(shù)由ath9k_hif_usb_init入口，ath9k_hif_usb_exit出口。ath9k_hif_usb_init所做的工作，就是通過usb_register函數(shù)將ath9k_hif_usb驅(qū)動(dòng)掛入到內(nèi)核USB驅(qū)動(dòng)鏈中。

ath9k_hif_usb_probe函數(shù)是最重要的，主要用于設(shè)備的探測以及所需內(nèi)核資源的初始化。ath9k_hif_usb_suspend和ath9k_hif_usb_resume主要是處理電源管理相關(guān)工作，如收到suspend時(shí)以怎樣的低功耗工作，以及resume如何恢復(fù)等。

ath9k_hif_usb_disconnect是當(dāng)USB設(shè)備從系統(tǒng)中移除之后會(huì)調(diào)用的接口。rtusb_usb_id是驅(qū)動(dòng)支持的USB設(shè)備ID。

ath9k_hif_usb_driver結(jié)構(gòu)體初始化時(shí)向內(nèi)核注冊(cè)完之后，驅(qū)動(dòng)就會(huì)掃描USB總線，查找是否有此驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備在總線上，如果有設(shè)備，就會(huì)調(diào)用probe函數(shù)；或者驅(qū)動(dòng)初始化后，再把設(shè)備插到系統(tǒng)上，此時(shí)也會(huì)從USB總線的中斷觸發(fā)到ath9k_hif_usb_driver的probe函數(shù)。兩種調(diào)用的觸發(fā)方式不同。

2.3 無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)分析

2.3.1 Probe函數(shù)分析

ath9k_hif_usb_driver中的probe函數(shù)作用是測試當(dāng)前驅(qū)動(dòng)是否支持接入的USB設(shè)備。如果支持該USB設(shè)備，則調(diào)用interface_to_usbdev（）函數(shù)先獲取該接口的信息，再讓udev結(jié)構(gòu)體指針指向這段信息，使用kzalloc（）函數(shù)為該USB設(shè)備分配空間，用hif_device_usb *hif_dev指針接收。然后把設(shè)備信息、接口信息、設(shè)備ID賦值給分配的USB設(shè)備：

hif_dev->udev = udev；

hif_dev->interface = interface；

hif_dev->usb_device_id = id；

接著probe 函數(shù)調(diào)用 usb_set_intfdata（struct usb_interface *intf， void *data）函數(shù)，這個(gè)函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是通過probe函數(shù)接收的要支持USB設(shè)備接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針，第二個(gè)參數(shù)是內(nèi)核中自己分配的描述該USB設(shè)備的結(jié)構(gòu)體指針。 這個(gè)函數(shù)主要的作用是把接口和本驅(qū)動(dòng)要用到的USB設(shè)備結(jié)構(gòu)體建立連接。通過probe（struct usb_interface *interface，const struct usb_device_id *id）函數(shù)和上面一系列的分析我們可以看出來，一個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)。

在這一系列工作完成后，通過init_completion（&hif_dev->fw_done）函數(shù)把它放入等待隊(duì)列，等待加載與之相對(duì)應(yīng)的固件。

2.3.2 數(shù)據(jù)的傳輸

USB無線網(wǎng)卡與其它接口無線網(wǎng)卡不一樣的地方是，USB無線網(wǎng)卡是ath9k_hif_usb_rx_cb（）函數(shù)通過查詢來確定是否需要讀取數(shù)據(jù)，而不是使用中斷方式。當(dāng)USB設(shè)備需要傳輸數(shù)據(jù)給其它無線設(shè)備時(shí)，ath9k_hif_usb_alloc_rx_urbs（）函數(shù)會(huì)分配一個(gè)URB結(jié)構(gòu)體，然后由ath9k_hif_usb_rx_cb（）函數(shù)向USB核心發(fā)送一個(gè)讀請(qǐng)求，以便它能夠及時(shí)響應(yīng)。當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，802.11協(xié)議層會(huì)構(gòu)造并填充kb_buff結(jié)構(gòu)體來描述將要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并調(diào)用hif_usb_send（）函數(shù)來發(fā)送該數(shù)據(jù)包；這個(gè)函數(shù)的另一個(gè)作用是根據(jù)數(shù)據(jù)包的長度把它分割成USB設(shè)備能夠傳輸?shù)拈L度，然后構(gòu)造寫請(qǐng)求URB，再發(fā)送到USB核心，當(dāng)USB設(shè)備從系統(tǒng)中移除后，就會(huì)調(diào)用ath9k_hif_usb_disconnect（）函數(shù)，釋放已經(jīng)分配的系統(tǒng)資源，注銷該設(shè)備。

3 結(jié) 語

作為目前無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，在S3C2440平臺(tái)上WiFi驅(qū)動(dòng)的移植非常具有實(shí)際意義。本文分析移植了基于Linux系統(tǒng)的USB接口WiFi驅(qū)動(dòng)程序的具體過程，且測試可用。這為其他的嵌入式平臺(tái)WiFi驅(qū)動(dòng)提供了參考。

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