1 引言

目前，在無線監(jiān)控、工業(yè)控制、視頻傳輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用中，嵌入式無線系統(tǒng)主要采用以NORDIC解決方案為代表的無操作系統(tǒng)環(huán)境，該方案由“CPU+無線數(shù)傳模塊”構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)短距離低帶寬無線通信。為滿足這種需求，北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱華大電子)適時(shí)的推出了不依賴于任何操作系統(tǒng)的Nos-Wlan模塊以加速現(xiàn)有產(chǎn)品的無線功能的升級(jí)，模塊支持國(guó)內(nèi)(WAPI)/國(guó)際(802.11i)安全標(biāo)準(zhǔn)。本文主要介紹了華大電子Nos-Wlan模塊在基于ARM7核處理器LPC2478的uC/OS-ii環(huán)境下的移植。

2 Nos-Wlan模塊介紹

Nos-Wlan系列模塊產(chǎn)品是為了滿足工業(yè)應(yīng)用、安防監(jiān)控等領(lǐng)域中，現(xiàn)有產(chǎn)品的無線功能升級(jí)的需要而研發(fā)的，其最大的特點(diǎn)在于：它提供了一個(gè)不基于任何操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軟件，可以集成到任何的系統(tǒng)平臺(tái)中運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，使得沒有操作系統(tǒng)也能使用Wi-Fi進(jìn)行視頻傳輸成為可能。Nos-Wlan產(chǎn)品硬件如圖1所示：

圖 1 TLG09UB09

Nos-Wlan其驅(qū)動(dòng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖 2 Nos-Wlan驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

Nos-Wlan模塊集成到主機(jī)系統(tǒng)中的位置如圖3所示：

圖 3 Nos-Wlan在主機(jī)系統(tǒng)的位置

3 LPC2478處理器uC/OS-ii系統(tǒng)框圖

該系統(tǒng)以NXP的LPC2478處理器為核心，外圍集成了FLASH，SDRAM，UART模塊，以太網(wǎng)接口模塊，USB OTG接口模塊，LCD液晶屏和觸摸屏模塊，以及以FPGA為核心的視頻采集模塊以及華大電子的Nos-Wlan模塊，該系統(tǒng)主要應(yīng)用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域，其系統(tǒng)硬件框架如圖4所示：

圖 4 系統(tǒng)硬件框架

4 Nos-Wlan模塊軟件移植

根據(jù)華大電子Nos-Wlan軟件用戶手冊(cè)，Nos-Wlan模塊軟件移植所調(diào)用的模塊內(nèi)部接口函數(shù)有：hedrv_Init，hedrv_UsbPlugIn，hedrv_UsbPullOut，hedrv_UsbRx，hedrv_UsbTxDone，hedrv_UsbControlDone，hedrv_TickFunction，所需要實(shí)現(xiàn)的模塊內(nèi)部回調(diào)函數(shù)有：hosts_UsbHostReset，hosts_UsbTx，hosts_UsbControl，Nos-Wlan模塊軟件移植代碼部分主要實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部的初始化，模塊內(nèi)部所使用源時(shí)鐘注冊(cè)，USB控制幀及批量傳輸幀的發(fā)送和接收。其中，系統(tǒng)USB HOST(OHCI)驅(qū)動(dòng)是基于周立功公司所提供的基于U盤的OHCI驅(qū)動(dòng)修改而來，以適應(yīng)USB無線網(wǎng)卡的需求。

4.1 模塊初始化

模塊初始化函數(shù)aq3_usb_init，完成整個(gè)模塊的初始化，包括Nos Wifi模塊內(nèi)部?jī)?nèi)存池的初始化(調(diào)用模塊接口函數(shù)hedrv_Init)、USB傳輸部分主數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化、USB傳輸主線程的創(chuàng)建、模塊內(nèi)部源時(shí)鐘的初始化及網(wǎng)卡的初始化(調(diào)用模塊接口函數(shù)hedrv_UsbPlugIn)，網(wǎng)卡初始化完成后模塊內(nèi)部會(huì)調(diào)用用戶注冊(cè)的初始化完成回調(diào)函數(shù)(DevInitDone，用戶實(shí)現(xiàn))，該函數(shù)由網(wǎng)卡初始化函數(shù)hedrv_UsbPlugIn的參數(shù)傳入。

4.2 模塊的卸載

模塊卸載函數(shù)aq3_usb_exit，完成整個(gè)模塊的卸載，包塊模塊主源時(shí)鐘的釋放、Nos Wifi模塊的卸載(調(diào)用模塊接口函數(shù)hedrv_UsbPullOut)及所申請(qǐng)資源的釋放等。

4.3 Nos-Wlan模塊臨界保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

由于ucos-ii是實(shí)時(shí)的多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，模塊需要對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨界保護(hù)，其實(shí)現(xiàn)只需要使用ucos-ii提供的臨界保護(hù)函數(shù)即可：

void hosts_EnterCritical (void)

{

OS_ENTER_CRITICAL();

}

void hosts_LeaveCritical (void)

{

OS_EXIT_CRITICAL();

}

4.4 模塊源時(shí)鐘

模塊的源時(shí)鐘時(shí)由系統(tǒng)tick定時(shí)器產(chǎn)生的，驅(qū)動(dòng)向系統(tǒng)tick服務(wù)程序注冊(cè)定時(shí)器超時(shí)回調(diào)函數(shù)，該函調(diào)函數(shù)進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)10ms定時(shí)時(shí)間到時(shí)，該函數(shù)調(diào)用模塊定時(shí)器超時(shí)處理回調(diào)函數(shù)hedrv_TickFunction。

4.5 USB控制幀、Bulkin幀、Bulkout幀傳輸

本系統(tǒng)中USB幀的發(fā)送都是統(tǒng)一在USB傳輸主線程里處理的，USB相關(guān)幀的傳輸接口函數(shù)只需要完成相關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化后將其提交給USB傳輸處理主線程即可。USB控制幀傳輸函數(shù)hosts_UsbControl只需完成USB標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)USB_DEV_REQ的初始化，USB BULKOUT幀傳輸函數(shù)hosts_UsbTx只需要完成USB請(qǐng)求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)urb的初始化，USB BULKIN幀傳輸函數(shù)usb_bulkin也是只需要完成USB請(qǐng)求數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)urb的初始化。USB傳輸主線程usb_transfer_thread，主要處理USB控制幀和批量傳輸幀的發(fā)送及其USB傳輸完成后的處理，其中USB控制傳輸采用同步的通信方式，批量傳輸采用異步的方式，提交urb后即返回，等到傳輸完成后USB HOST驅(qū)動(dòng)調(diào)用提交urb時(shí)注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)，該回調(diào)函數(shù)發(fā)送消息給USB傳輸主線程，由主線程完成對(duì)傳輸完成后的后續(xù)處理。USB傳輸完成后，主線程將根據(jù)完成幀的類型分別調(diào)用模塊控制幀回調(diào)函數(shù)hedrv_UsbControlDone或者BULKOUT幀回調(diào)函數(shù)hedrv_UsbTxDone通知模塊本次傳輸完成，后模塊判斷內(nèi)部緩存隊(duì)列是否為空，若不為空，則模塊調(diào)用控制幀或者BULKOUT幀傳輸回調(diào)函數(shù)(hosts_UsbControl，hosts_UsbTx)繼續(xù)發(fā)送。BULKIN幀傳輸完成后，傳輸完成回調(diào)函數(shù)將調(diào)用模塊內(nèi)部接口函數(shù)hedrv_UsbRx將接收到的數(shù)據(jù)幀提交模塊處理后繼續(xù)提交BULKIN幀以接受網(wǎng)卡上行數(shù)據(jù)。

4.6 Nos-Wlan網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧接口

該部分移植代碼涉及的模塊回調(diào)函數(shù)有：hedrv_AllocateNetBuf，hedrv_NetSendNetBuf及hedrv_NetSend，需要用戶實(shí)現(xiàn)的模塊回調(diào)函數(shù)是hosts_NetRecv。其中hedrv_NetSend是hedrv_AllocateNetBuf和hedrv_NetSendNetBuf的綜合，hedrv_AllocateNetBuf用于向模塊申請(qǐng)發(fā)送內(nèi)存，hedrv_NetSendNetBuf進(jìn)行發(fā)送操作，而hedrv_NetSend函數(shù)則是將用戶數(shù)據(jù)拷貝到模塊內(nèi)部所申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存里進(jìn)行相關(guān)處理及發(fā)送。用戶實(shí)現(xiàn)hosts_NetRecv回調(diào)函數(shù)用于處理網(wǎng)卡接收的數(shù)據(jù)幀，其中數(shù)據(jù)幀是以以太網(wǎng)包的形式由模塊內(nèi)部調(diào)用該函數(shù)以提交給用戶進(jìn)行處理的。

調(diào)用模塊MAC幀發(fā)送函數(shù)需要用戶將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包打包成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包后提交模塊發(fā)送，調(diào)用函數(shù)hedrv_NetSend，用戶只需將打包的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包和長(zhǎng)度傳給該函數(shù)即可，模塊內(nèi)部將完成緩存空間的申請(qǐng)和釋放，用戶也可以調(diào)用函數(shù)hedrv_AllocateNetBuf自行申請(qǐng)緩存空間并將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包拷貝至空間后調(diào)用函數(shù)hedrv_NetSendNetBuf進(jìn)行發(fā)送，申請(qǐng)的空間不需要用戶進(jìn)行釋放操作，模塊內(nèi)部將會(huì)在發(fā)送成功后自行釋放。

當(dāng)網(wǎng)卡接收到MAC數(shù)據(jù)幀時(shí)，模塊將調(diào)用回調(diào)函數(shù)hosts_NetRecv提交用戶處理，該函數(shù)由用戶實(shí)現(xiàn)，提交該函數(shù)的MAC數(shù)據(jù)模塊將其打包成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，用戶只需要按以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理即可。

5 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了華大電子Nos-Wlan模塊在LPC2478處理器uC/OS-ii系統(tǒng)上的移植，整個(gè)項(xiàng)目周期為2周，其中系統(tǒng)CPU主頻為40MHz，Nos-Wlan模塊在該平臺(tái)下吞吐可達(dá)4Mbps，穩(wěn)定通信可達(dá)72小時(shí)不斷網(wǎng)。通過該系統(tǒng)的移植，證明了華大電子Nos-Wlan模塊能夠加速客戶產(chǎn)品無線功能的升級(jí)。

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