通信處理器MPC852T無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的系統設計

20世紀90年代以來(lái)，隨著(zhù)個(gè)人數據通信的發(fā)展，為了實(shí)現任何人在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)均能實(shí)現數據通信的目標，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)得到了迅猛發(fā)展。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(wlan)，通常被稱(chēng)為wi-fi，這是一種可以在9l.44m內進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的技術(shù)。ieee802.11委員會(huì )把孤立使用的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)稱(chēng)為自組無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(ad-boc network)，把互連使用的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)稱(chēng)為多區無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(infrastructure network)

無(wú)線(xiàn)ap是組建多區無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的常用設備，配置多個(gè)接入點(diǎn)ap，就可以構成一個(gè)連續的覆蓋區域，可提供移動(dòng)用戶(hù)漫游的能力。同時(shí)，它在介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層mac中扮演無(wú)線(xiàn)工作站及有線(xiàn)局域網(wǎng)的橋梁，是一十兩端口的網(wǎng)橋。 　　1 無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap的功能描述和系統設計

無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap(accss point)通過(guò)一個(gè)標準的rj-45接口用電纜連接到一個(gè)傳統的集線(xiàn)器或交換機端口，一個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)可認為是一個(gè)中繼器，在有線(xiàn)局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)設備運行的rf之間轉發(fā)幀。

當一個(gè)站在lan上發(fā)送數據時(shí)，接入點(diǎn)以指定的rf和無(wú)線(xiàn)幀格式轉發(fā)幀，而并不考慮該幀的目的地。同樣，當一個(gè)無(wú)線(xiàn)設備發(fā)送一個(gè)幀時(shí)，接入點(diǎn)通過(guò)所設定運行的rf來(lái)接收幀，然后把幀轉發(fā)到有線(xiàn)局域網(wǎng)。兩個(gè)或者多個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)，將為移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設備提供一個(gè)接入到有線(xiàn)局域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)擴展區域。當建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接人點(diǎn)時(shí)，要配置一個(gè)bss(basic service set)標識符。同樣，也要為那些無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)適配卡設定一個(gè)區域標識符，其中接入點(diǎn)是為使用適配卡與其連接在一起的無(wú)線(xiàn)設備提供服務(wù)的。在多個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)構造的一個(gè)擴展服務(wù)集(ess，extended serice set)中，通過(guò)定位接入點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)設備就實(shí)現了漫游功能，以及通過(guò)應用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)服務(wù)的能力。一個(gè)基本的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是由一個(gè)連接到有限局域網(wǎng)的接入點(diǎn)和使用該接入點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)pc用戶(hù)所組成。

基于mpc852t的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap由核心板和接口板組成，如圖l所示。核心板集成了摩托羅拉mpc852t處理器，32mb sdram以及4mb的flash，為系統軟件提供了足夠的空間。核心板上還集成了一個(gè)l0m以太網(wǎng)口，不僅實(shí)現和有線(xiàn)局域網(wǎng)的橋接。還可以實(shí)現系統程序的以太網(wǎng)下載，從而燒寫(xiě)進(jìn)fiash中。底板上則提供了非常豐富的外設接口：1個(gè)10m以太網(wǎng)接口，1個(gè)100m以太網(wǎng)接口，1個(gè)rs-232接口(comi)，1個(gè)bdm調試口(mpc8xx系列的epbdm)，還有1個(gè)pcmcia接口，按入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，作為無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的rf，實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收。該系統具有體積小，耗電低，處理能力強，網(wǎng)絡(luò )功能強大的特點(diǎn)，能夠裝載和運行嵌入式linux的操作系統，可以在這個(gè)系統平臺上進(jìn)行自主的應用軟件和驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。

2 mpc852t功能介紹

在無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)a p的設計中，選用了motoiorampc852t處理器。它是motorola公司的powerquicc系列嵌入式通信處理器。powerqulcc處理器系列廣泛應用于當今市場(chǎng)上的dsl 調制解調器、soho路由器、遠程接入服務(wù)器、dslam、中心局交換機設備、無(wú)線(xiàn)基礎設施基站、企業(yè)路由器以及媒體網(wǎng)關(guān)等領(lǐng)域。

mpc852t powerquicc(quad integrated communicationcontroller)內部集成了微處理器和一些控制領(lǐng)域的常用器件，是一個(gè)多用途的通用芯片。它內部集成了微處理器和常用外圍器件，可用于各種控制領(lǐng)域。它應用于通信系統的低成本實(shí)現，提供了更高的性?xún)r(jià)比，并在通信方面有所增強。mpc852 powerquicc集成了兩個(gè)處理塊，一個(gè)處理塊是嵌入的powerpc核，另一個(gè)是通信處理模塊(cpm，c0mmunications processor module)。由于cpm分擔了嵌入式powerpc核的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結構功耗要低于傳統的體系結構的處理器。嵌入式mfc852t內核可達l00mhz，擴展總線(xiàn)最大頻率是66mhz，50/60mhz內核頻率支持l:1模式和2:1模式，80/100mhz內核頻率支持2:l模式。mfc852t系統集成單元主要包括：總線(xiàn)監視器、中斷監視器、軟件看門(mén)狗、中斷定時(shí)器、時(shí)鐘合成器、powerpc減量器、復位控制器及jtag1149.l測試口。以上性能理想地適用于各種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的通信處理任務(wù)，極大地滿(mǎn)足了控制層繁重的任務(wù)處理及傳輸層高帶寬的要求。

3 核心板的設計

mpc852t是32位地址，32位數據總線(xiàn)寬度，4kb的數據cache和4kb指令cache，分別帶有一個(gè)mmu，52mhz的主頻，52mbps的總線(xiàn)速度。若外接8位或l6位數據寬度的外設芯片，與cpu相接時(shí)，mpc852t的總線(xiàn)數據寬度是可設置的，可分配為8位、l6位或32位模式。在核心板中，選用了2片16×lbit數據寬度，共4mb的flash(mx29lv160btc，如有不同型號，則是完全兼容的器件)，速度70/90ns:2片16m×8bit數據寬度的sdram(hy57v651620btc-10s，如有不同型號，則是完全兼容的器件)構成，共32mb sdram。

mpc852t共提供了4個(gè)port，即porta、portb、p0rtc和portd，對應的控制寄存器實(shí)現與其它信號引腳的復用。

端口分配使用情況如表l所列。

其中：一個(gè)scc作為10m以太網(wǎng)接口，smc(和p0rtb gpio復用)作為兩線(xiàn)串口(txd，rxd)。核心板未用的，通過(guò)核心板接口，引到接口板作為gpl0資源使用。

同時(shí)，由1個(gè)led提供1個(gè)運行指示.1個(gè)l0m局域網(wǎng)接口link/transmit/receive指示，如圖2所示。

4 底層接口板的設計

底層接口板有1個(gè)9v供電插座和1個(gè)供電模塊,用的是9v的直流電源，為核心板和接口板提供標準的3.3v和5v電壓。底層接口板還提供了一系列的接口：1個(gè)標準rs-232串口，1個(gè)標準10m快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)標準的100m快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)pcmcia接口，1個(gè)bdm接口。其中，bdm接口和rs-232串口，可用于核心板硬件檢測，映象文件下載，運行，flash燒寫(xiě)等。

系統所用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡是lanescapetm xi-325h的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，pcmcia接口，2.4ghz直接序列擴頻，高速低功耗，發(fā)射功率為20dbm，遵循802.11h協(xié)議和wi-fi認證，64bit/128bitwep加密，支持tcp/ip，ipx，netbeui的協(xié)議，支持1mbps、2mbps、5.5mbps和llmbps的自動(dòng)傳輸速率選擇，支持ad-hoc(對等)，infrastructure(基礎網(wǎng)絡(luò ))和roaming(漫游)的網(wǎng)絡(luò )模式，可以實(shí)現方便快捷無(wú)縫連接以太網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。

mpc852t的cpm部分的4個(gè)scc均可配置為10m以太網(wǎng)控制器，fem是10m/100m以太網(wǎng)自適應控制器-通過(guò)這些以太網(wǎng)控制器，只需要簡(jiǎn)單的線(xiàn)路接口單元就可構成10m以太網(wǎng)口和10m/100m自適應網(wǎng)口。該以太網(wǎng)口符臺ieee8023規范。實(shí)際使用中，mpc852t設置多少個(gè)網(wǎng)口，應根據主芯片的運行主頻和接口要求統籌考慮。在50mhz的mpc852t芯片上，實(shí)現1個(gè)10m網(wǎng)口(采用sccl實(shí)現，如圖3所示)和1個(gè)lo/100m自適應網(wǎng)口如圖4所示。

mpc852t中i/o口的引腳幾乎都有多種功能，通過(guò)對有關(guān)的寄存器進(jìn)行設置或將某些引腳設置成指定電位，使得有關(guān)i/0功能為設計指定功能。由于mpc852t的引腳多，各引腳的功能也多，為了能夠盡快地確定各引腳的功能，可利用摩托羅拉公司提供的引腳功能安排工具，檢查引腳功能上的沖突。

5 無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap的系統軟件設計

mpc852t是遵照p0werpc結構體系的嵌入式芯片系列，因此可實(shí)現多任務(wù)操作，并支持多種內存映射方式，完全可以運行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，以滿(mǎn)足通信控制設備所要求的實(shí)時(shí)性。

嵌入式操作系統主要有palm os、windows ce、epoc、linux ce、onx、ecos、lynx等。高端嵌入式操作系統要求許多高級功能，如圖形用戶(hù)界面和網(wǎng)絡(luò )支持，但其價(jià)格很高，一般用戶(hù)難以接受。嵌入式linux操作系統以?xún)r(jià)格低廉，功能強大有易于移植而被廣泛應用。linux是個(gè)和unix相似，以核心為基礎的，完全內存保護，多任務(wù)多進(jìn)程的操作系統。它支持廣泛的計算機硬件，包括motorola、x86、alpha、sparce、mips、ppc、arm、neg等。

在移植的linux源代碼中，根據目標進(jìn)行半裁減定制，以適合目標系統,盡量少占用系統內存。操作系統定制后．將其連接到目標的應用程序上，成為應用程序的一部分，并對低級系統的初始化文件進(jìn)行修改，使之符合目標板的需要。對于mpc852t，所有軟件都固化在板上2片flash內，flash的內容可通過(guò)燒寫(xiě)工具來(lái)更新升級。開(kāi)發(fā)應用程序和更改其上的操作系統工作方式，可以采用一種交叉編譯的開(kāi)發(fā)模式,即為mpc852t應用。它不能直接在mpc823板上編輯、編譯和調試，而必須把工作寄宿到一臺pc機上完成。

一個(gè)小型的linux操作系統需要下面三個(gè)基本要素。

①引導工具．它完成系統的一些初始化工作，然后把操作系統調入到內存中，跳到操作系統的入口。

②linux內核，由內存管理，進(jìn)程管理和事務(wù)處理構成。因為linux內核支持多種cpu體系，所以修改linux內核運行到硬件平臺中，不需要太多的工作。

③初始化進(jìn)程，為linux系統安裝inetd、telnetd、tftpd、bttpd等守護進(jìn)程，使得linux系統成為名副其實(shí)的網(wǎng)絡(luò )操作系統，可以telnet遠程管理，可以ftp傳遞文件。

如果系統想成為完整的操作系統，還得加上一個(gè)文件系統，硬件驅動(dòng)程序和提供所需功能的一個(gè)或多個(gè)應用程序，如1個(gè)串口、1個(gè)10m以太網(wǎng)接口、1個(gè)100m以太網(wǎng)接口、1個(gè)bdm調試接口、wlan無(wú)限網(wǎng)卡的驅動(dòng)程序，802.1lb無(wú)線(xiàn)ap以及網(wǎng)關(guān)系統軟件，web server及tcp/ip協(xié)議等應用程序。

6 嵌入式linux無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap的實(shí)現

由于嵌入式操作系統硬件資源的限制．要做到實(shí)現ap在嵌入式linux操作系統上的應用，就需要對linux操作系統進(jìn)行特別定制，刪除ap不需要的部分，真正做到精簡(jiǎn)系統，過(guò)程大致可以分成兩個(gè)部分。

(1)精簡(jiǎn)內核

linux內核是可以根據特定的要求進(jìn)行定制的，筆者使用的是嵌入式linux操作系統3.0for powerpc版本.在/usr/src/linux目錄下，使用make menuconfig把可以拿掉的項目全部拿掉。如果嵌入式系統沒(méi)有軟驅和光驅?zhuān)瑒t去掉內核中對于軟驅(floppy)及光驅(cdrom)的支持選項;如果ap不需要發(fā)聲，則不要聲音(sound)的支持。去掉所有的字符設備(character device)等。

在去除的同時(shí) 要根據ap應用軟件及一些特定功能的要求，在內核中留下對需要驅動(dòng)的支持。例如：要保留對網(wǎng)絡(luò )的支持，保留對tcp/ip協(xié)議的支持，保留ppp(點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)特定功能的支持。

配置完成后，重新編譯內核，然后修改linux系統引導器iilo的配置文件井最后以新編譯的核作為啟動(dòng)內核。 (2)縮小llnux的文件系統

嵌入式linux本身是一種操作系統，它的主要任務(wù)是管理計算機的系統資源，為用戶(hù)提供使用計算機及外部設備的接口，因此在對linux進(jìn)行大幅度刪減縮小的同時(shí)，也保留了一些基本的命令和目錄。這些保留的命令和目錄大致可以分成三類(lèi)：一類(lèi)是linux操作系統啟動(dòng)所需要的，另一類(lèi)是為了完成一些系統功能的，最后一類(lèi)是使ap能夠正常工作的。

完成裁減工作后重啟，若linux能夠正常啟動(dòng)運行，表明初步的linux操作系統已構架成功，這樣就要完成ap在此上面的實(shí)現。ap是以運行腳本命令pcmcia將ap驅動(dòng)程序中已經(jīng)編好的目標文件(.o文件)作為模塊加載到系統中啟動(dòng)的，linux提供了depmod、insmod、rmmod以及其它一些命令來(lái)保證適當的模塊以正確的順序加載。同時(shí)，ap啟動(dòng)時(shí)還要讀取配置文件，所謂配置文件就是方便用戶(hù)修改相應的參數，如ap的ssid，ap的信道號等所編制的簡(jiǎn)單腳本文件。這些配置文件通知ap驅動(dòng)程序相關(guān)參數的設置。有了這些文件后，ap就能正常啟動(dòng)了。另外，ap的目標文件在ap關(guān)閉后自動(dòng)卸載掉。

最終實(shí)現的ap嵌入式linux操作系統大概由以下幾個(gè)目錄組成。

◇/bin: 包含用戶(hù)的使用命令，如cp、is、rm等,可根據情況對原系統的命令進(jìn)行刪減。

◇/boot：包含一些壓縮的內核映像和啟動(dòng)必備的文件。

◇/dev包含系統所需要的設備文件，是linux設備輸出，輸入所需要的，可以用命令mknod或是makedev來(lái)產(chǎn)生。

◇/etc：包含系統所需要的配置文件。

◇/lib包含執行命令所需要的共享庫，命令ldd可以告訴哪些庫可以動(dòng)態(tài)連接在某一個(gè)執行命令上，這樣可以將需要的庫拷入。

◇/mnt:此目錄一般為空。

◇/proc：是個(gè)空目錄，啟動(dòng)時(shí)內核將系統啟動(dòng)狀態(tài)文件放人此目錄中，是proc文件系統所需要的目錄。

◇/sbin：包含系統命令，如init、getty、reboot等，有 些命令會(huì )影響整個(gè)系統。

◇/var：包含ap啟動(dòng)時(shí)的一些日志文件。

◇/usr：放入另外一些必要的命令，在目錄/ust/sbin及/usr/bin中。

根據具體的情況進(jìn)行具體的刪減，最終在4mb存儲容量的巔入式linux操作系統中完成對無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap的使用。

結語(yǔ)

在嵌入式linux操作系統上實(shí)現基于mpc852t的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)ap的系統設計，充分發(fā)揮了mpc852t的強大控制能力和通信能力，以及l(fā)inux操作系統資源調度能力和實(shí)時(shí)性的特性，使ap具有較高的轉發(fā)速率，滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求，而且構成了一個(gè)結構清晰、模塊化、易實(shí)現、易使用的嵌入式系統。