【正文】 DA SA 注： 幀字段一般包括三個地址段， WDS 只是在有 WDS 擴展功能的 AP 上使用， DA， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 13 頁 共 47 頁 代表目的地址； SA，代表源地址。 b) 媒介訪問控制層 標準以無線媒介在工作站之間傳遞幀，為了使多個工作站能在同一信 道上同時進行無線通信，盡量減少數(shù)據(jù)的傳輸碰撞和重試發(fā)送，防止各站點無序地爭用信道，無線局域網(wǎng)中采用了與以太網(wǎng) CSMA/CD 相類似的 CSMA/CA(載波監(jiān)聽多路訪問 /沖突避免 )協(xié)議。 RT73 WIFI 無線網(wǎng)卡驅(qū)動的編寫 本節(jié)主要介紹 RT73 無線模塊的驅(qū)動程序，由于 RT2571 主控芯片的詳細芯片 資料 沒有公開，所以此部分的驅(qū)動程序主要來自于 linux 驅(qū)動程序的精簡和改寫， 為了完成驅(qū)動程序的編寫，需要完成三項主要工作：一是對 規(guī)范的了解和學(xué)習(xí)；二是完成對 RT73 無線網(wǎng)卡 linux 驅(qū)動程序的分析和理解，明確 RT73 無線網(wǎng)卡的工作流程 ；三是完成 對 RT73 無線 網(wǎng)卡 linux 驅(qū)動的裁剪和改寫。 中斷類型由如下幾種：1. USB 設(shè)備 連接中斷。 USBHostTasks() 此函數(shù)執(zhí)行 主機任務(wù)的各種操作，它必須被 在一定時間內(nèi)輪詢執(zhí)行，主要實現(xiàn)的功能是 USB 設(shè)備的枚舉，但并不執(zhí)行 USB 數(shù) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 10 頁 共 47 頁 據(jù)傳輸功能。 USB 客戶機驅(qū)動程序使嵌入式主機的應(yīng)用固件能夠控制與主機相連的 USB 外部設(shè)備的單個功能。寄存器接口使 CPU 可以配置模塊并與模塊進行通信。 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 進行配置。 e) HUB 執(zhí)行 PORT 復(fù)位操作，復(fù)位完成后該 PORT 就使能了。 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。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 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 RT73 模塊。 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。 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)。 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。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)議進行適當?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)。 AP一般稱為網(wǎng)絡(luò)橋接器或接入點 , 它是當作傳統(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。 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 主要技術(shù)優(yōu)點是無線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠 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600Mbps。 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。 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。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。 兩個核心模塊之間由 USB總線連接， MCU 是 USB 主機端，負責(zé)各種傳輸事務(wù)的發(fā)起和 USB 設(shè)備的連接枚舉操作?？梢韵氲綑z測是否有數(shù)據(jù)到達會耗費較多的 CPU時間，所以合理的軟件設(shè)計就成了關(guān)鍵。 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 設(shè)備會根據(jù)收到的令牌包來決定是否和主機進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┪?，一般用來確認傳輸是否已成功?，F(xiàn)在設(shè)備進入到 defalut狀態(tài)，可以從 Vbus 獲取不超過 100mA 的電流。 設(shè)備枚舉過程相當設(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 行數(shù)據(jù)傳輸 。 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。多功能設(shè)備通常將由多客戶機驅(qū)動程序來控制。 除了維護一個 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) 。 2. USB 設(shè)備斷開中斷。 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。 標準具備兩種載波監(jiān)聽功能：物理載波 監(jiān)聽 和虛擬載波監(jiān)聽 。 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。 幾種重要的管理幀： a) Beacon（信標）幀 ： Beacon 幀主要來聲明網(wǎng)絡(luò)的存在。 f) Reassociation Request 幀 :位于相同 ESS 中，當在不同的 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：它包含工作站當前所關(guān)聯(lián)的接入點 地址 。這種認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。 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，和詳細的工作流程。 Usb_rtusb_probe 函數(shù)會對網(wǎng)卡進行初始化，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 。 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。 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)。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。 另外兩個核心的內(nèi)核線程 MLMEthread 和 CMDthread 主要是完成一些管理操作，這里不去深究，因為課題主要的目標是實現(xiàn)底層的通信移植。 初 始 化 開 始RT73SetupRT73SetupEEpromrt2501_switch_channelieee80211_init初 始 化 結(jié) 束 圖 單片機網(wǎng)卡初始化流程圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 22 頁 共 47 頁 RT73Setup 進行 RT2571 基帶芯片本身初始化， 包括固件下載， 這里的固件是被放在一個 const 型的數(shù)組中的，所以直接調(diào)用 此數(shù)組發(fā)送到 RT2571 芯片即可 ；等待基帶芯片正常運行，通過反復(fù)檢測一個狀態(tài)寄存器進行；初始化基帶芯片控制寄存器為默認值。W E P 1 2 8 。 具體的接收流程如圖 ： 等 待R T 7 3 初 始 化 ？8 0 2 . 1 1 協(xié) 議 棧 初 始 化 ？連 接 A P ？啟 動 一 次 B U L K I N 傳 輸否是返 回 數(shù) 據(jù) 幀8 0 2 . 1 1 協(xié) 議 棧 處 理拷 貝 上 層 數(shù) 據(jù)完 成返 回 N A K 包沒 有 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 I N 令 牌等 待 s o f 包得 到 數(shù) 據(jù)沒 有 數(shù) 據(jù)T C P / I P 上 層 處 理 圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 24 頁 共 47 頁 當經(jīng)過 協(xié)議棧處理后，如果是管理幀，則我們直接進行管理幀的封裝然后發(fā)送出去進行響應(yīng)，當是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包時，需要將數(shù)據(jù)包暫存起來然后經(jīng)由 TCP/IP 層協(xié)議處理 。前后臺程序，中斷處理程序為前臺程序， main 函數(shù)中的循環(huán)為后臺程序，當有數(shù)據(jù)中斷主循環(huán)時，系統(tǒng)會跳至中斷程序中對中斷數(shù)據(jù)進行處理，中斷程序會設(shè)置全局變量通知主循環(huán)中的函數(shù)對數(shù)據(jù)進行處理，所以從數(shù)據(jù)中斷產(chǎn)生到對數(shù)據(jù)進行處理之間有一個延遲，這個延遲決定于主循環(huán)的時間，如果主循環(huán)循環(huán)一次時間較長，或者有類似延時的阻塞代碼，此時響應(yīng)時間會大大增加 。 b) 網(wǎng)絡(luò)接口層 ， LWIP 作者已實現(xiàn)了程序框架，只要進行修改即可。 c) 此文件中實現(xiàn)了 LWIP 協(xié)議棧的入口程序，包括網(wǎng)卡的裝載以及協(xié)議棧的初始化 ，LWIP 支持多網(wǎng)卡，這里 RT73 無線網(wǎng)卡會裝載到 LWIP 的網(wǎng)卡鏈表中。 采用 RTOS 的缺點是 RTOS 本身就占用了一定的資源，所以 RTOS 一般用在資源相對豐富的嵌入式系統(tǒng)中。圖 是接收幀的 整體處理 流程 P r o t o c o l S t a c k _ 8 0 2 1 1處 理 接 收 幀 主 函 數(shù)判 斷 數(shù) 據(jù) 校 驗i e e e 8 0 2 1 1 _ i n p u t實 際 的 幀 處 理 函 數(shù)O K數(shù) 據(jù) 幀 處 理 管 理 幀 處 理 控 制 幀 處 理 圖 處理程序根據(jù)不同的幀的類型轉(zhuǎn)到了不同的處理函數(shù)中 ，見圖 i e e e 8 0 2 1 1 _ i n p u t _ m g t管 理 幀 數(shù) 據(jù) 進 入具 體 幀 類 型 的 判 定P r o b e r e s p o n s e幀B e a c o n 幀A s s o c i a t e r e s p o n s e 幀獲 取 A P 的 基 本 信息 ， 加 密 模 式 ， 支持 的 速 率 ， B S S I D ，S S I D 等處 于 S C A N 狀 態(tài) ？S C A N 回 調(diào) 函 數(shù)是切 換 為 R U N 狀 態(tài) 圖 管理幀處理 進入 ieee80211_input_mgt 處理后，首先根據(jù) subtype 域判定收到的幀狀態(tài)，根據(jù) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 25 頁 共 47 頁 不同的幀狀態(tài)執(zhí)行不同的處理。8 0 2 . 1 1 地 址 ；L L C 層 ；填 充r t 2 5 0 1 _ m a k e _ t x _ d es c r i p t o r發(fā) 送 描 述 符 填 充結(jié) 束r t 2 5 0 1 _ t x執(zhí) 行 B U L K O U T 傳 輸結(jié) 束( 回 調(diào) 函 數(shù)