【正文】 PIC32 CPU 采用 4字節(jié)對(duì)齊 define NO_SYS 0 啟用操作系統(tǒng)支持 協(xié)議 棧配置的要求是在滿足應(yīng)用層的需求的前提下使資源的使用量最小， 為了測(cè)試RT73 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序， 這里配置 支持 TCP 和 UDP 協(xié)議。 probe response 幀和 beacon 幀 的處理代碼相同，因?yàn)檫@兩種幀都是由 AP 發(fā)送出 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 25 頁 共 51 頁 的用來宣告網(wǎng)絡(luò)存在的管理幀，這兩種幀包含的信息基本相同，通常情況下，無線 AP會(huì)隔一段時(shí)間發(fā)送一個(gè) beacon 幀，而 probe response 幀是 在 probe request 幀發(fā)出后，無線 AP 的回應(yīng)幀，包括了無線網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)， BSSID， SSID，加密的方式，支持的速率等信息。 ieee80211_init 協(xié)議棧的初始化。 CipherAlg 域，指明此幀的加密方式，根據(jù)加密方式的不同，基帶芯片會(huì)進(jìn)行不同的加密處理。 u s b _ r t u s b _ i n i t _ d e v i c e函 數(shù) 入 口R T U S B B u l k R x H a n d l e中 斷 b u t t o m h a l f 初 始 化P o r t C f g I n i t無 線 網(wǎng) 卡 配 置 信 息 初 始 化初 始 化 環(huán) 形 發(fā) 送 隊(duì) 列 結(jié) 構(gòu) 體 和接 收 結(jié) 構(gòu) 體R T 2 5 7 1 硬 件 初 始 化a ) 等 待 R T 7 3 無 線 網(wǎng) 卡 到 穩(wěn) 定 .b ) 下 載 R T 7 3 無 線 網(wǎng) 卡 的 固 件 程 序 .c ) 初 始 化 功 能 寄 存 器d ) 讀 取 E E P R O M 中 的 配 置 信 息f ) 讀 取 網(wǎng) 卡 物 理 地 址g ) 配 置 物 理 層 ( a , b o r n )h ) 設(shè) 置 傳 輸 速 率初 始 化 M l m e T h r e a d 和R T U S B C m d T h r e a d 線 程結(jié) 束 圖 網(wǎng)卡初始化流程圖 RTUSBBulkRxHandle 函數(shù)處理收到的 數(shù)據(jù)包并進(jìn)行初步處理，當(dāng)收到數(shù)據(jù)包后，隨即將此函數(shù)作為 tasklet 被調(diào)度，在系統(tǒng)某個(gè)特定的安全事件運(yùn)行在軟件中斷的執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)。模塊一般 由module_init 作為入口， module_exit 作為出口。 d) 規(guī)范定義了一系列的管理操作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的管理，基本上管理操作就是無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在幕后進(jìn)行的所有操作，由此，無線網(wǎng)絡(luò)在連接感覺上就和其他類型的網(wǎng)絡(luò)沒什么兩樣。 d) 幀的分類 幀主要有三種類型，分別為數(shù)據(jù)幀，控制幀和管理幀。 RT73無線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)了 物理層和 MAC 層，通過 USB 總線提交數(shù)據(jù)是已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀的幀頭包括 RT73 無線網(wǎng)卡的控制信息和 協(xié)議幀頭， 所以 幀的格式是了解的重點(diǎn)。 c) USBHostTransferIsComplete() 此函數(shù)判斷指定端點(diǎn)的 USB 事務(wù)傳輸是否結(jié)束，并將端點(diǎn)狀態(tài)返回。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁 共 51 頁 應(yīng) 用 程 序U S B 客 戶機(jī) 驅(qū) 動(dòng)程 序U S B 客 戶機(jī) 驅(qū) 動(dòng)程 序U S B 客 戶機(jī) 驅(qū) 動(dòng)程 序U S B 主 機(jī) 層 圖 USBHOST協(xié)議?？傮w框圖 a) 應(yīng)用程序?qū)? 應(yīng)用程序?qū)邮菍?shí)現(xiàn)設(shè)備期望行為所必需的固件。 g) 主機(jī)再次向 HUB 發(fā)送請(qǐng)求，復(fù)位該 PORT。 USB 的基本通信方式為主從模式， 其中主機(jī)是一個(gè)提供 USB 接口及接 口管理能力的 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 7 頁 共 51 頁 硬件、軟件及固件的復(fù)合體，可以是 PC，也可以是 OTG 設(shè)備。 RT73 使用到 3個(gè) USB 端點(diǎn)：控制端點(diǎn) 0， BULK OUT 端點(diǎn) 1， BULK IN 端點(diǎn) 1。 Release 2 指令集構(gòu)。 現(xiàn)階段的 WIFI 控制方案一般基于 PC 機(jī)或是高性能的 ARM 嵌入系統(tǒng)，并且目前價(jià)格便宜的 WIFI 無線網(wǎng)卡一般都定位 于 PC機(jī)，接口一般為 PCI 接口或是 USB 接口。 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。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)。 b) 采用 USB 接口作為和主 MCU 通信的接口， RT2571 芯片集成了一個(gè) USB 設(shè)備控制器，它擁有一個(gè)控制 0端點(diǎn)，和一進(jìn)一出兩個(gè)批量傳輸端點(diǎn)， USB 接口支持 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 4 頁 共 51 頁 和 控制協(xié)議。 綜合以上分析，方案的硬件設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，主要是系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)以及 PIC32 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)； USB 接口的設(shè)計(jì)等。 USB 主機(jī)除負(fù)責(zé)基本的數(shù)據(jù)傳輸外，還對(duì)設(shè)備的熱插拔進(jìn)行了支持，每當(dāng)一個(gè)設(shè)備插入 USB 接口后， USB 主機(jī)檢測(cè)到外部信號(hào)線上電平的變化，由此判斷有設(shè)備插入，此時(shí) USB主機(jī)隨即對(duì)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(diǎn) 狀態(tài)改變端點(diǎn) 狀態(tài)改 變端點(diǎn) 狀態(tài)改變端點(diǎn)時(shí)返回對(duì)應(yīng)的 bitmap，告知 HOST 某個(gè) PORT 狀態(tài)發(fā)生了改變。 USB 模塊由 時(shí)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。 設(shè)備第一次連接到總線時(shí)，主機(jī)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。 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(shí)，會(huì)根據(jù)的得到設(shè)備描述符和 USB_TPL 中的信息進(jìn)行比對(duì)以確定是否連接的是RT73 設(shè)備。 2) Duration/ID 字段 持續(xù)時(shí)間 /標(biāo)志， 2個(gè)字節(jié)。 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)。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(gè)世界連接。 / / 網(wǎng) 卡 狀 態(tài)r t 7 3 _ i o c t l 。 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(gè)函數(shù)提供了詳細(xì)的信息 。 RT73 無線網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序整體結(jié)構(gòu) : 整個(gè)軟件分為底層的 USB部分和 協(xié)議處理部分， USB 部分主要處理 RT73 無線網(wǎng)卡的初始化和 BULK 數(shù)據(jù)傳輸， 部分處理和整個(gè)協(xié)議相關(guān)的功能，主要有連接 AP和 封裝數(shù)據(jù)幀的功能。 將所有數(shù)據(jù)裝填好后，就可以調(diào)用 USB 發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)了，真正的發(fā)送過程在中斷中啟動(dòng)，并在中斷中確認(rèn)結(jié)束，這里可以選用兩種方案進(jìn)行 USB 發(fā)送過程， 一種是等待 USB發(fā)送過程的結(jié)束，一種是發(fā)送完畢后通知主程序。 根據(jù)系統(tǒng)的需要和系統(tǒng)資源的限制，對(duì) LWIP 進(jìn)行了裁剪和配置。 LWIP 協(xié)議棧的移植 LWIP 的作者已經(jīng)為移植提供了框架和接口，移植需要改動(dòng)以下的文件： a) 這個(gè)文件中實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)模擬層， LWIP 可以被配置為在 RTOS 中運(yùn)行，它內(nèi)部會(huì)有一個(gè)核心 TCP/IP 線程，這個(gè) TCP/IP 線程在沒有數(shù)據(jù)包收到時(shí)處于阻塞狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)包收到，此時(shí)網(wǎng)卡接口層會(huì)向 TCP/IP 線程發(fā)送數(shù)據(jù)包的指針， TCP/IP 線程接收到數(shù)據(jù)包指針開始處理收到的數(shù)據(jù)幀。 c) 幀數(shù)據(jù)的接收 和數(shù)據(jù)幀的發(fā)送相比， 數(shù)據(jù)幀的接收比較復(fù)雜，因?yàn)閿?shù)據(jù)幀 的發(fā)送本質(zhì)上是異步的，當(dāng)有數(shù)據(jù)幀需要發(fā)送時(shí)，隨即調(diào)用發(fā)送函數(shù)將數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)幀的接收本質(zhì)是一個(gè)中斷的過程，而 USB 總線的特點(diǎn)是主機(jī)輪詢，所以當(dāng)有數(shù)據(jù)幀放入基帶芯片的緩沖區(qū)中時(shí)， 基帶芯片不能主動(dòng)通知 PIC32，而需要 PIC32 主動(dòng)試探，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)時(shí)，基帶芯片返回 NAK 握手包，直到有數(shù)據(jù)才返回?cái)?shù)據(jù)， 這樣 PIC32 的輪詢頻率就是一個(gè)關(guān)鍵的變量，輪詢的時(shí)間間隔不能過小，過小會(huì)導(dǎo)致 CPU 負(fù)荷較重，也不能間隔過大，過大會(huì)使數(shù)據(jù)通信延遲 變大 ， 綜合考慮將 BULKIN，傳輸設(shè)置為 1ms 進(jìn)行一次，也就是每次 sof包后 立即進(jìn)行一次 BULKIN 傳輸。 默認(rèn)情況下，剛剛初始化完畢的驅(qū)動(dòng)程序處于 IDLE 狀態(tài) ，此時(shí)用戶發(fā)出一個(gè) SCAN指令，此時(shí) PIC32 會(huì)發(fā)出 probe requset 幀，無線 AP 收到 probe 幀后，會(huì)返回 probe response 幀， 當(dāng)收到 需要連接到的 AP 的 response 幀后， PIC32 會(huì)發(fā)出 association 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁 共 51 頁 request 幀， 相應(yīng)的 AP 會(huì)發(fā)出 association response 幀， PIC32 收到 response 幀后轉(zhuǎn)為 CONNECTED 狀態(tài)。 _TXD_STRUC 結(jié)構(gòu)體說明了 RT73 發(fā)送描述符， RT73 發(fā)送描述符一共占用 6 個(gè)字節(jié)，它處于整個(gè)發(fā)送幀的最前面。 PRTMP_ADAPTER 是無線網(wǎng)卡的核心結(jié)構(gòu)，包含了網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)層所需要的一切信息，如 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁 共 51 頁 果需要一些設(shè)備信息，只需得到 PRTMP_ADAPTER 的指針即可。 關(guān)聯(lián)過程涉及三個(gè)步驟： 首先移動(dòng)工作站發(fā)送 Association Request(關(guān)聯(lián)請(qǐng)求 )幀。 d) Disassociation 幀與 Deauthentication 幀 :Disassociation （取消關(guān)聯(lián)）幀用來終結(jié)一段關(guān)聯(lián)關(guān)系，而 Deauthentication（解除身份驗(yàn)證）幀則用來終結(jié)一段認(rèn)證關(guān)系 。 3) Address 字段 地址字段包含不同類型的 MAC 地址，地址的類型取決于發(fā)送幀的類型。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁 共 51 頁 d) USB 主機(jī)棧需要調(diào)用 USBInitialize()函數(shù)進(jìn)行初始化，并且 USBTasks()函數(shù)需要定 期調(diào)用，以對(duì)設(shè)備進(jìn)行枚舉和初始化操作，這里可以選擇多種方式來定期調(diào)用，比如放在大循環(huán)中或是利用 中斷定時(shí)調(diào)用。如果是支持的設(shè)備，主機(jī)層將初始化相應(yīng)的客戶機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 USB 主機(jī)層主要維護(hù) 了一個(gè) USB 主機(jī)狀態(tài)機(jī)，負(fù)責(zé)完成設(shè)備上電枚舉時(shí)的狀態(tài)遷移，以及各種 USB 外設(shè)事件的處理。集成的上拉和下拉電阻省去了對(duì)外部信號(hào)傳輸元件的需要。 c) 主機(jī)等待（至少 100mS）設(shè)備上電穩(wěn)定，然后向 HUB 發(fā)送請(qǐng)求，復(fù)位并使能該 d) PORT。 以上的三個(gè)軟件組件聯(lián)系 緊密：首先，處于最底層的是 USB 協(xié)議棧，此部分負(fù)責(zé) MCU 和 USB 無線網(wǎng)卡之間的 幀通信， USB 總線是一種主從輪詢式總線 ，所以相對(duì)于 PCI 或其他同步總線來說耗費(fèi) CPU 時(shí)間較多，尤其是在接收數(shù)據(jù)時(shí)，不能采用中斷的方式通知 CPU，而只能采用不斷試探輪詢的方法來確 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 5 頁 共 51 頁 認(rèn)有數(shù)據(jù)到達(dá)，所以此 USB 部分的通信效率就比較重要；第二，在 USB 上層是 無線通信協(xié)議棧， 幀通過 USB 總線進(jìn)行傳輸， 協(xié)議棧解析 幀數(shù)據(jù)并作出響應(yīng)的響應(yīng)；第三，最上層為 TCP/IP 協(xié)議棧，此部分接收 TCP/IP 幀進(jìn)行處理。 d) 支持 6， 9， 12， 18， 24， 36， 48， 54Mbps 的通信速率。 b) 無線數(shù)據(jù)從媒介控制層到物理層的映射，完成實(shí)際的數(shù)據(jù)收發(fā)。 WIFI是由 AP ( Access Point)和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。在開放性區(qū)域通訊距離可達(dá) 305m， 在封閉性區(qū)域通訊距離 76 ～ 122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合，組網(wǎng)的成本更低。 PIC32MX 單片機(jī)（ MCU）是一款基于 MIPS174。RT73 無線模組同樣支持 協(xié)議 ，故 USB 總線采用全速傳輸?shù)姆绞?，傳輸速率?2Mbps。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 6 頁 共 51 頁 PIC32 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) PMD5/RE51PMD6/RE62PMD7/RE73SCK2/CN8/RG6/PMA54SDI2/CN9/RG7/PMA45SDO2/CN10/RG8/PMA36MCLR7SS2/CN11/RG9/PMA28VSS9VDD10C11N+/AN5/CN7/RB5/VBUSON11C11N/AN4/CN6/RB412C21N+/AN3/CN5/RB313C21N/AN2/CN4/RB214AN1/VREF/CN3/