USB無線網絡適配器在嵌入式系統中的應用

　　引言 WLAN技術和嵌入式技術是目前比較熱門的兩個研究方向，而將二者相結合，即具有無線接入功能的嵌入式系統更具有誘人的發展前景。本文介紹了將IEEE802.11b無線網絡適配器與嵌入式主機通過USB總線進行連接的系統設計與實現。系統采用了先進的ARM處理器，除具有10M/100M以太網接口外，還提供USB主接口方便連接具有USB接口的IEEE 802.11b無線網絡適配器。

　　1.系統的總體實現

　　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JTAG接口用于系統調試，一個RS-232串行端口用于終端調試，一個以太網控制器，一個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內核保持同步開發。不同之處在于uClinux不帶有內存管理單元(MMU)，不能實現虛擬內存管理，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，產生基于ARM的uClinux內核二進制代碼。

　　在編譯之前要進行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，最關鍵的工作就是實現USB主機控制器的驅動程序，這也是研究工作的重點。

　　2. USB 主機控制器

　　在介紹USB主機控制器驅動程序之前，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，就必須通過一個共同的接口接入主機。這個接口就是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總線在物理上是一種以主機為根的樹狀分層星型拓撲，HUB作為分枝結點，USB設備作為葉子結點。在邏輯上，USB總線是以主機為中心的星型拓撲，HUB在邏輯上也看做為一個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 客戶軟件是為特定的USB設備服務的程序。USB只是一種總線協議，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?？蛻糗浖梢岳斫鉃橥獠吭O備的驅動程序及應用程序，而不屬于USB系統的一部分。它是USB系統的客戶，它與USB所連接的外部設備之間進行邏輯通信。

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

　　USB系統軟件包括USB驅動(USBD)，主機軟件，和主機控制器驅動(HCD)。USBD提供USB驅動接口(USBDI)與客戶軟件通信。客戶軟件通過I/O請求包(IRP)與USBD進行數據傳輸。同時，USBD還為客戶提供了一個抽象的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。

　　主機軟件的功能類似于USBD，出現在某些操作系統中替代USBDI來支持設備的配置及驅動的加載。

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

　　目前，應用于PC的USB1.1 HCDI有兩種實現：一種是Intel制定的UHCI(Universal Host Controller Interface)，另一種是Compaq、Microsoft 等聯合制定的OHCI(Open Host Controller Interface)。但是在嵌入式系統領域里，一般由廠商或開發人員實現HCI，而不屬于前兩個陣營。

　　2.2 SL811HST主機控制器

　　SL811HC是Cypress公司推出的專用于嵌入式系統的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直接實現了與MCU的時序粘連邏輯，而前者大多提供PCI接口。圖2-2是SL811HC的功能框圖