【正文】 在主機模式下，此模塊旨在用作嵌入式主機，因此并未實現(xiàn) UHCI 或 OHCI 控制器。 k) 根據(jù)配置信息，主機選擇合適配置，通過 set_configuration 請求對設(shè)備 進(jìn)行配置。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 8 頁 共 47 頁 g) 主機再次向 HUB 發(fā)送請求，復(fù)位該 PORT。 e) HUB 執(zhí)行 PORT 復(fù)位操作，復(fù)位完成后該 PORT 就使能了。 d) 同步傳輸：用于對可靠性要求不高的實時數(shù)據(jù)傳輸，如攝像頭、 USB 音響等。 信息包是 USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝唬?USB 信息包分為：令牌包，數(shù)據(jù)包，握手包等信息包， 在一次典型的 USB 通信過程中，主機首先發(fā)送 令牌包以表明本次 USB 傳輸?shù)哪康牡刂?，令牌包中一般會包?USB 設(shè)備地址和端點地址。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 7 頁 共 47 頁 USB 的基本通信方式為主從模式， 其中主機是一個提供 USB 接口及接 口管理能力的硬件、軟件及固件的復(fù)合體，可以是 PC，也可以是 OTG 設(shè)備。TCP/IP 完整協(xié)議棧比較大，所以此部分需要對 TCP/IP 協(xié)議棧的合理裁剪就顯得尤為重要。 MCU通過對 層的數(shù)據(jù)包解析，獲取有效的 TCP/IP 數(shù)據(jù)包，并將 TCP/IP 數(shù)據(jù)包傳入 TCP/IP 層進(jìn)一步的處理。 MCU 不斷間隔一定的時間發(fā)起B(yǎng)ULK IN 事務(wù)傳輸， 輪詢是否有數(shù)據(jù)到達(dá) RT73 模塊。 RT73 使用到 3個 USB 端點：控制端點 0， BULK OUT 端點 1， BULK IN 端點 1。 WIFI 控制系統(tǒng)基本原理和特點 硬件部 分： WIFI控制系統(tǒng)核心由 MCU控制模塊和 WIFI通信模塊構(gòu)成。該模塊具有以下特點： a) 采用 RT2571作為 核心 基帶處理芯片， RT2571是一款高度集成的 MAC/baseband 處理器，它支持 。 無線 WIFI模塊的選擇： 無線模塊的選擇主要基于成本，本課題主要的研究方向即實現(xiàn)一種低成本的 WIFI控制方案，所以成本成為了選擇 WIFI 模塊的主要依據(jù)。 Release 2 指令集構(gòu)。 P I C 3 2 控 制 核 心 U S B 總 線 R T 7 3 無 線 網(wǎng) 卡 圖 WIFI控制 系統(tǒng) 整體 框圖 控制核心 的選擇 ： 由于 ，而且較高的通信速率又是 ，故需選擇一款數(shù)據(jù)處理能力強的 MCU，同時 無線通信協(xié)議是一種比較復(fù)雜的通信協(xié)議，如果還需實現(xiàn) TCP/IP 的通信則系統(tǒng)的開銷會更大，所以 選擇的 MCU 應(yīng)該具有比較大的片上 RAM 和程序存儲空間。 b) 通信協(xié)議控制。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段一些單片機的資源已經(jīng)足夠駕馭 協(xié)議和 TCP/IP 協(xié)議，并且我們也可以對 和 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行適當(dāng)?shù)木?，只保留基本?shù)據(jù)傳輸部分，以此實現(xiàn)低成本低性能的 WIFI 控制系統(tǒng)。 現(xiàn)階段的 WIFI 控制方案一般基于 PC 機或是高性能的 ARM 嵌入系統(tǒng)，并且目前價格便宜的 WIFI 無線網(wǎng)卡一般都定位 于 PC機，接口一般為 PCI 接口或是 USB 接口。 AP一般稱為網(wǎng)絡(luò)橋接器或接入點 , 它是當(dāng)作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁 , 因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡的 PC 均可透過AP 去分享有線局域網(wǎng)絡(luò)甚至廣域網(wǎng)絡(luò)的資源。 隨著互聯(lián)網(wǎng)越來越深入的走進(jìn)人們的生活，用戶對能夠隨時隨地上網(wǎng)的需求越來越迫切， WIFI 無線通信技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 1 頁 共 47 頁 1 引言 隨著移動技術(shù)的不斷發(fā)展，整個世界在走向移動化 。 WiFi(Wireless Fidelity)是無線局域網(wǎng) (WLAN)技術(shù) —— IEEE 系列標(biāo)準(zhǔn)的商用名稱。 WIFI 主要技術(shù)優(yōu)點是無線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠(yuǎn) 其中， 可以將WLAN 的傳輸速率由目前 及 提供的 54Mbps，提高到 300Mbps 甚至高達(dá)600Mbps。誠然，以上兩種方案的優(yōu)勢明顯，主要體現(xiàn)在傳輸速度高，軟件編制容易等方面，缺點是單個節(jié)點造價較高。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 2 頁 共 47 頁 2 總體設(shè)計方案 系統(tǒng)概述 WIFI 控制系統(tǒng)主要由兩 部分構(gòu)成，主控部分和 無線 通信部分。此部分控制無線通信的具體過程，具體來說就是 建立無線連接，傳送采集和處理后的數(shù)據(jù)。 基于以上的考慮，課題最終選擇了 PIC32MX440 這款單片機作為核心控制 MCU。本節(jié)概述 PIC32MX 系列單片機的 CPU 特性和系統(tǒng)架構(gòu)。同時， WIFI 模塊還應(yīng)該易于 MCU控制，軟件復(fù)雜程度也是重要的考慮方面。 b) 采用 USB 接口作為和主 MCU 通信的接口， RT2571 芯片集成了一個 USB 設(shè)備控制器，它擁有一個控制 0端點，和一進(jìn)一出兩個批量傳輸端點， USB 接口支持 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 4 頁 共 47 頁 和 控制協(xié)議。 兩個核心模塊之間由 USB總線連接， MCU 是 USB 主機端，負(fù)責(zé)各種傳輸事務(wù)的發(fā)起和 USB 設(shè)備的連接枚舉操作。 RT73 模塊需要在上電后進(jìn) 行初始化配置， 配置 通過 USB 控制傳輸來進(jìn)行?？梢韵氲綑z測是否有數(shù)據(jù)到達(dá)會耗費較多的 CPU時間，所以合理的軟件設(shè)計就成了關(guān)鍵。 綜合以上分析，方案的硬件設(shè)計并不復(fù)雜，主要是系統(tǒng)的供電設(shè)計以及 PIC32 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計； USB 接口的設(shè)計等。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)供電電路 Vin3Vout2GND1U6Vin3Vout2GND1U7Vin3Vout2GND1*1R491R50220UC11104C5+220UC12104C6EXT +220UC13104C7+5V123DCDC+9VGNDAKD51N5819 圖 系統(tǒng)電源設(shè)計 如圖 為系統(tǒng)的供電電路，系統(tǒng)采用 9V 的電源適配器電源輸入，由于 PIC32MX440單片機需要 供電，故需要三端穩(wěn)壓器提供 電壓，之所以采用兩路 供電電路，主要 9V的輸入電壓較高，所以實際 1117 輸出的電流會比較小，所以一路供電支MCU，另一路可以提供給其它的功率較大的設(shè)備。 USB 采用輪詢廣播的方式傳輸數(shù)據(jù)，每一個 USB 設(shè)備都有其自身的地址，所有的數(shù)據(jù)傳輸均由 USB主機發(fā)起，任何時刻整個 USB 傳輸系統(tǒng)中只允許一個數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。 USB 設(shè)備會根據(jù)收到的令牌包來決定是否和主機進(jìn)行配合來完成本次事務(wù)傳輸；數(shù)據(jù)包中包含了本次事務(wù)傳輸中的真正有效數(shù)據(jù)；握手包，處于事務(wù)傳輸?shù)哪┪?，一般用來確認(rèn)傳輸是否已成功。 USB 主機除負(fù)責(zé)基本的數(shù)據(jù)傳輸外，還對設(shè)備的熱插拔進(jìn)行了支持，每當(dāng)一個設(shè)備插入 USB 接口后， USB 主機檢測到外部信號線上電平的變化，由此判斷有設(shè)備插入，此時 USB主機隨即對外設(shè)進(jìn)行枚舉并分配地址，具體的枚舉過程如下： a) 連接了設(shè)備的 HUB 在 HOST 查詢其狀態(tài)改變端點 狀態(tài)改變端點 狀態(tài)改 變端點 狀態(tài)改變端點時返回對應(yīng)的 bitmap，告知 HOST 某個 PORT 狀態(tài)發(fā)生了改變?，F(xiàn)在設(shè)備進(jìn)入到 defalut狀態(tài)，可以從 Vbus 獲取不超過 100mA 的電流。 h) 主機通過標(biāo)準(zhǔn)請求 set_address 給設(shè)備分配地址。 設(shè)備枚舉過程相當(dāng)設(shè)備自身的初始化過程 經(jīng)過了枚舉的設(shè)備此時才能在整個 USB總線中進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸 。 USB 模塊由 時鐘發(fā)生器、 USB 電壓比較器、收發(fā)器、串行接口引擎（ Serial Interface Engine，SIE）、專用 USBDMA 控制器、上拉和下拉電阻以及寄存器接口組成。 PIC 單片機 USBHOST 協(xié)議棧 USB 嵌入式主機棧按實現(xiàn)邏輯分為三層，分別為應(yīng)用程序?qū)樱?USB 客戶機驅(qū)動程序?qū)樱?USB 主機層。它是由用戶設(shè)計和實現(xiàn)的代碼，應(yīng)用程序?qū)涌梢酝ㄟ^一個或多個 USB 客戶機驅(qū)動程序，并在需要時使用系統(tǒng)中任何其他固 件，與 USB設(shè)備進(jìn)行通信。多功能設(shè)備通常將由多客戶機驅(qū)動程序來控制。 設(shè)備第一次連接到總線時，主機層將從 設(shè)備讀取描述符，以確定設(shè)備類型以及支持的功能。 除了維護(hù)一個 USB 狀態(tài)機任務(wù)外， USB 主機層還提供了一些可供驅(qū)動層和應(yīng)用層 調(diào)用 的 API， 這 部分包含一 系列的數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，上層 USB 主機設(shè)備驅(qū)動可以直接調(diào)用此部分的 API函數(shù) 。 d) USBHostSetNAKTimeout() 此函數(shù)設(shè)置指定端點的 NAK的超時次數(shù)，也就是說如果主機連續(xù)得到了超過指定次數(shù)的 NAK 握手包，則指定端點會返回一個錯誤狀態(tài)。 2. USB 設(shè)備斷開中斷。 b) 將 RT73 模塊的廠商 ID 和產(chǎn)品 ID 加入 USB_TPL(目標(biāo)外設(shè)表 )中，這樣當(dāng) RT73 枚舉初始化時，會根據(jù)的得到設(shè)備描述符和 USB_TPL 中的信息進(jìn)行比對以確定是否連接的是RT73 設(shè)備。 協(xié)議規(guī)范介紹 IEEE802 家族是由一系列局域網(wǎng)技術(shù)規(guī)范所組成的。 a) 網(wǎng)絡(luò)類型 無線網(wǎng)絡(luò)分為了兩種類型 ：一類是獨立型網(wǎng)絡(luò) (independent BSS，簡稱IBSS)。 標(biāo)準(zhǔn)具備兩種載波監(jiān)聽功能：物理載波 監(jiān)聽 和虛擬載波監(jiān)聽 。 2) Duration/ID 字段 持續(xù)時間 /標(biāo)志， 2個字節(jié)。 4) Sequence Control 字段 順序控制字段， 2 字節(jié)，由 4位的片段編號 (Fragment Number)和 12 位的順序編號(Sequence Number)組成，原來重組幀片段以及丟棄重復(fù)幀。下面詳述各種幀的結(jié)構(gòu)和用途。 幾種重要的管理幀： a) Beacon（信標(biāo)）幀 ： Beacon 幀主要來聲明網(wǎng)絡(luò)的存在。 b) Probe Request 幀 ： 工作站通過 Probe Request 幀來掃描所在區(qū)域內(nèi)的 網(wǎng)絡(luò)。 f) Reassociation Request 幀 :位于相同 ESS 中，當(dāng)在不同的 BSS 之間移動的工作站若要再次使用分布式系統(tǒng)（ DS），必 需與網(wǎng)絡(luò)重新關(guān)聯(lián)，區(qū)別于關(guān)聯(lián)請求幀 的是：它包含工作站當(dāng)前所關(guān)聯(lián)的接入點 地址 。 以下列出了最基本的管理操作： 1) 掃描 使用 網(wǎng)絡(luò)之前，必須找出網(wǎng)絡(luò)的存在，在無線領(lǐng)域中，工作站要加入任何兼容 網(wǎng)絡(luò)之前必須先經(jīng)過一番識別工作，在所在區(qū)域內(nèi)識別現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的過程稱為掃描 。這種認(rèn)證方法包含了兩個管理幀，首先由移動工作站發(fā)送 authentication(身份驗證 )的管理幀，它的作用是發(fā)出身份驗證請求。關(guān)聯(lián)只限于 infrastructure(基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型 )網(wǎng)絡(luò)，在邏輯上等同于在有線網(wǎng)絡(luò)中插入網(wǎng)線，一旦完成此過程，無線工作站就可以通過分布式系 統(tǒng)與整個世界連接。 RT73 無線網(wǎng)卡 linux 驅(qū)動分析 由于沒有 RT73 無線網(wǎng)卡的詳細(xì)資料手冊， 所以需要分析 RT73 的 linux 驅(qū)動程序來明確 RT2571 基帶處理芯片的初始化過程，和詳細(xì)的工作流程。 Module_init 將 RT73 網(wǎng)卡驅(qū)動注冊到內(nèi)核中 ， 以下的結(jié)構(gòu)體 會被注冊到 內(nèi)核中。 Usb_rtusb_probe 函數(shù)會對網(wǎng)卡進(jìn)行初始化，并將一些網(wǎng)絡(luò)操 作函數(shù)注冊到內(nèi)核，所以 probe 函數(shù)是理解網(wǎng)卡工作流程的關(guān)鍵，以下是 probe 函數(shù)的流程圖 ： P r o b e ( ) 函 數(shù) 入 口判 斷 V I D 和 P I D ， 驅(qū) 動 是 否 支 持申 請 P R T M P _ A D A P T E R 結(jié) 構(gòu) 體 ， 并 初 始化網(wǎng) 絡(luò) 操 作 函 數(shù) 注 冊 到 內(nèi) 核 ：u s b _ r t u s b _ o p e n 。 / / 網(wǎng) 卡 狀 態(tài)r t 7 3 _ i o c t l 。 usb_rtusb_init_device 函數(shù)是 RT73 模塊真正的初始化過程，一些配置信息和核心線程都是在這個函數(shù)中實現(xiàn)的。 無線網(wǎng)卡的配置信息一般來自于用戶的配置文件，當(dāng)然也會有一些 默認(rèn)的配置。 Mlme 線程用于連接路由的操作，本身是一個復(fù)雜的狀態(tài)機， Cmd 線程是命令隊列線程，這個線程會將用戶的操作轉(zhuǎn)換為命令發(fā)送到 Mlme 線程中，來改變網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)。 這里比較重要的函數(shù)是 RTUSBHardTransmit 函數(shù)，此函數(shù)完成了 幀頭，和RT73 發(fā)送描述符的封裝，也就是說要搞清楚 RT73 無線網(wǎng)卡的工作原理，這個函數(shù)提供了詳細(xì)的信息 。不過一般而言上層的 TCP/IP 協(xié)議可以設(shè)置網(wǎng)絡(luò)包最大長度，所以可以將 TCP/IP 包最大長度設(shè)置為一個 數(shù)據(jù)幀最大長度之內(nèi)，這樣就消除了數(shù)據(jù)分片的可 能性。 接收數(shù)據(jù)流程： u s b _ r t u s b _ i n i t _ d e v i c e初 始 化 接 收 軟 中 斷 軟 中 斷 函 數(shù) ： R T U S B B u l k R x H a n d l eR T U S B B u l k R x H a n d l e初 始 化 接 收 接 收