USB無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )適配器在嵌入式系統中的應用

　　引言 WLAN技術(shù)和嵌入式技術(shù)是目前比較熱門(mén)的兩個(gè)研究方向，而將二者相結合，即具有無(wú)線(xiàn)接入功能的嵌入式系統更具有誘人的發(fā)展前景。本文介紹了將IEEE802.11b無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )適配器與嵌入式主機通過(guò)USB總線(xiàn)進(jìn)行連接的系統設計與實(shí)現。系統采用了先進(jìn)的ARM處理器，除具有10M/100M以太網(wǎng)接口外，還提供USB主接口方便連接具有USB接口的IEEE 802.11b無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )適配器。

　　1.系統的總體實(shí)現

　　1.1系統的構成

　　系統 CPU采用Samsung公司推出的帶有ARM7TDMI內核的S3C4510B作為CPU，RAM采用8M 32位SDRAM，ROM采用4M 16 位FLASH。帶有一個(gè)JTAG接口用于系統調試，一個(gè)RS-232串行端口用于終端調試，一個(gè)以太網(wǎng)控制器，一個(gè)USB主機控制器。系統硬件框圖如圖1-1：

　　圖1-1 系統硬件框圖

　　嵌入式主機采用uClinux操作系統。uClinux是縮微版的Linux，和Linux內核保持同步開(kāi)發(fā)。不同之處在于uClinux不帶有內存管理單元(MMU)，不能實(shí)現虛擬內存管理，比較適合嵌入式系統的需求。

　　由于CPU是ARM指令系統，所以要在PC上用交叉編譯器重新編譯uClinux內核，產(chǎn)生基于A(yíng)RM的uClinux內核二進(jìn)制代碼。

　　在編譯之前要進(jìn)行uClinux內核的配置工作，包括RAM、ROM的大小，地址空間的分配，外圍設備的支持。除此以外，最關(guān)鍵的工作就是實(shí)現USB主機控制器的驅動(dòng)程序，這也是研究工作的重點(diǎn)。

　　2. USB 主機控制器

　　在介紹USB主機控制器驅動(dòng)程序之前，先讓我們了解一下USB系統和USB主機控制器。

　　2.1 USB系統和USB主控制器的基本概念

　　在USB系統中，各種USB設備要與主機相連，就必須通過(guò)一個(gè)共同的接口接入主機。這個(gè)接口就是USB主機控制器(USB Host Controller)。HC是軟件、硬件以及固件的綜合，是USB拓撲的中心。

　　USB總線(xiàn)在物理上是一種以主機為根的樹(shù)狀分層星型拓撲，HUB作為分枝結點(diǎn)，USB設備作為葉子結點(diǎn)。在邏輯上，USB總線(xiàn)是以主機為中心的星型拓撲，HUB在邏輯上也看做為一個(gè)USB邏輯設備。在邏輯上，主機直接通USB邏輯設備通信，就好像沒(méi)有中間的HUB一樣。USB邏輯設備是指各種各樣的USB設備與主機連接所必須具有的最基本的標準接口，主機通過(guò)標準接口管理和配置所有的USB設備。

　　圖2-1是從USB主機客戶(hù)軟件到USB設備應用的通信流模型。

　　圖2-1 USB通信流模型

　　l 客戶(hù)軟件是為特定的USB設備服務(wù)的程序。USB只是一種總線(xiàn)協(xié)議，它的最終目的是為主機與外部設備之間提供方便快速的連接?？蛻?hù)軟件可以理解為外部設備的驅動(dòng)程序及應用程序，而不屬于USB系統的一部分。它是USB系統的客戶(hù)，它與USB所連接的外部設備之間進(jìn)行邏輯通信。

　　l USB系統軟件是在特定操作系統上支持的USB驅動(dòng)程序，它獨立于具體的USB設備，也獨立于客戶(hù)軟件。

　　USB系統軟件包括USB驅動(dòng)(USBD)，主機軟件，和主機控制器驅動(dòng)(HCD)。USBD提供USB驅動(dòng)接口(USBDI)與客戶(hù)軟件通信?？蛻?hù)軟件通過(guò)I/O請求包(IRP)與USBD進(jìn)行數據傳輸。同時(shí)，USBD還為客戶(hù)提供了一個(gè)抽象的USB標準設備用于USB設備的配置及控制，因為這樣的USB設備具有標準通道及標準控制。

　　主機軟件的功能類(lèi)似于USBD，出現在某些操作系統中替代USBDI來(lái)支持設備的配置及驅動(dòng)的加載。

　　l 主機控制器驅動(dòng)用于主機控制器的控制，由主機控制器廠(chǎng)商提供。HCD與USB之間的接口為主機控制器驅動(dòng)接口(HCDI)。這樣，USB系統就可以不關(guān)心主機控制器的具體實(shí)現，從而支持了不同的主機控制器。

　　目前，應用于PC的USB1.1 HCDI有兩種實(shí)現：一種是Intel制定的UHCI(Universal Host Controller Interface)，另一種是Compaq、Microsoft 等聯(lián)合制定的OHCI(Open Host Controller Interface)。但是在嵌入式系統領(lǐng)域里，一般由廠(chǎng)商或開(kāi)發(fā)人員實(shí)現HCI，而不屬于前兩個(gè)陣營(yíng)。

　　2.2 SL811HST主機控制器

　　SL811HC是Cypress公司推出的專(zhuān)用于嵌入式系統的USB1.1規范主控制器芯片，可以工作在USB主控制器模式或者USB從控制器模式。

　　同基于PC的主控制器芯片不同，SL811HC直接實(shí)現了與MCU的時(shí)序粘連邏輯，而前者大多提供PCI接口。圖2-2是SL811HC的功能框圖