在mini2440上面搞定CC2500物理層驅動

1. 寫在前面
   

最近基本搞定了CC2500在linux下面的驅動，在這個過程中遇到了好多問題，特此總結出來和大家分享。但是需要注意的事情是：
第一，本文不負責程序的具體講解，諸如每一行程序都講什么：這個在程序的里面有注釋。本篇文章更側重于從整體結構上讓大家對于linux下的CC2500DE驅動有一個整體的了解，如果到時候需要深入研究的時候，再來看具體的代碼；
第二，很多師弟師妹沒有習慣在linux下編程，或曰，在操作系統下面寫程序；并且，對于本專業的東西理解并不扎實。但是，文章中不可能就每一個涉及到的概念都大加講解。因此，這篇文章還是需要有一些基礎才能來閱讀的，如果遇到什么不明白的地方，請及時來問我，或者跟帖，或者自己查資料。畢竟，這個驅動花費了我半個多月的時間，其中遇到的問題，不可能在一篇文章中就講得清清楚楚。

1. 
   
   背景知識
   

如果大家看過實驗室的WSN方面的程序，可能會被其中的架構搞得天昏地暗。這里，簡單的幫助大家把實驗室的WSN的軟件、硬件方面捋一捋。
說到軟件，就不能不說硬件。我們的節點由兩部分組成，一個是單片機，一個是CC2500的射頻模塊。射頻模塊通過SPI接口和單片機進行通信。除了SPI模塊用到的4條線，實際上CC2500還需要告訴單片機“我接收到一個數據”，這個地方CC2500可以通過配置GDO來實現。我們這里采用的CC2500的GDO0作為單片機的一個外部中斷，當接收到數據的時候，GDO0就會變為低電平，然后觸發CC2500的中斷，從而接收數據。
那么，CC2500究竟是如何來進行數據發送、接收的呢？其實很簡單。如果大家稍微用過一點可以控制的芯片就會知道，很多芯片內部都有寄存器，CC2500之所以能夠完成發送、接收的功能，就是通過配置寄存器來完成的。比較重要的配置有信道、波特率、信號強度等等，另外，CC2500還有64bytes的RXFIFO和64bytes的TXFIFO，他們的作用就是用來發送和接收。當配置CC2500結束之后，如果用來發送，那么就把數據放在TXFIFO里面，然后把CC2500的狀態變為發射狀態，數據就自動發送出去了。同樣的道理，當RXFIFO里面接收到了數據之后，CC2500就會如前所說，發出一個中斷，通知單片機來讀取數據。
單片機通過SPI接口讀出了CC2500中的數據，就需要進行簡單的處理了。我們的節點是遵循802.15.4協議的，如果有興趣，大家可以去看一看這個協議的內容。對于我們來說，比較重要的就是幀的結構。下面這個是物理層幀的結構：

字節：4	1	1	可變
先導碼	幀定界符	幀長度（7位）	保留位（1位）	負載內容
同步頭	PHY頭	PHY負載

簡單的講，因為是無線通信，沒有一個時鐘的存在，因此本質上所有的無線通信都是一個異步的通信。那么，就需要發送和接收的雙方首先對數據進行同步——這個就是同步頭的作用。隨后的是PHY的頭，很簡單，就是一個長度。換句話說，每個幀不能夠超過2的8次方減一個數據（127個）。隨后就是負載的內容了，簡單吧？另外，由于CC2500是一個802.15.4兼容的芯片，這一部分內容都已經固化在芯片里面了，像同步頭這種東西，都是芯片幫我們完成（當然也可以自行配置）。我們只需要把寫入的數據大小和數據內容寫入即可。
雖然簡單，但是還有一個問題：每次從CC2500中讀取了數據，存放到哪里呢？有的同學可能想的比較簡單，比如建立一個大數組，收到多少個數，放在里面就行了。但是，這樣就會遇到問題：如果收到了兩個包，上層來不及處理怎么辦？建立兩個大數組？更多的包呢？當然，我們可以通過建立好多個數組來解決這個問題。但是，從效率上講，這個是非常笨的一個辦法。因此，我們建立了一個環形緩沖區PHY_RX_BUFFER，來解決這個問題。環形緩沖區的具體原理不過多涉及，可以自行百度。
另外一個問題就是，如果我們從CC2500中接收到了數據，那么應該怎樣才能告訴上層來進行處理呢？這里就要用到操作系統的消息機制了。如果確定接收到了一個數據，那么就給上層發送一個消息，來通知上層。上層接收到這個消息，就會知道接收到了數據。
當從CC2500讀取到了數據，因為物理層沒有什么東西，我們就直接通知MAC層來處理數據。MAC層的結構如下：

字節：2	1	0/2	0/2/8	0/2	0/2/8	可變	2
幀控制域	序列號	目的PAN標示符	目的地址	源PAN標示符	源地址	幀負載	FCS
		地址域
MAC幀頭						MAC負載	MFR

具體內容可以參見老師的《無線傳感器網絡技術與工程應用》這本書，這里不再詳細的講，大概內容就是，會有一系列的幀頭，然后是幀數據，最后有校驗。而我們最關心的就是幀的內容。但是，幀頭也比較麻煩，因此我們需要首先對幀頭進行處理，把數據給“剝離”出來，這也是基本上所有的協議棧解析協議的方法。

1. 
   
   硬件結構
   

硬件上，我們采用的是mini2440開發板，和實驗室的CC2500節點（把單片機焊掉，然后把mini2440的相應管腳接到上面）。


Mini2440方面，我們用的是CON8這個引腳，具體連線如下：
EINT8對應S3C2440的GPG0引腳，連接到了CC2500的GDO2
EINT11對應S3C2440的GPG3引腳，連接到了CC2500的CSN
EINT13對應S3C2440的GPG5引腳，連接到了CC2500的SO
EINT14對應S3C2440的GPG6引腳，連接到了CC2500的SI
EINT15對應S3C2440的GPG7引腳，連接到了CC2500的CLK
EINT19對應S3C2440的GPG11引腳，連接到了CC2500的GDO0
除此之外，還有3.3V電源和GND

1. 
   
   Linux下驅動編寫
   

為什么要用驅動呢？簡單的說，就是為了在linux下完成用戶空間和內核空間的交互。本質上，驅動就是完成了兩件事情：第一，初始化SPI接口，并且通過SPI和CC2500完成通信。第二，完成讀寫函數，read和write，通過讀寫函數的接口來對CC2500進行操作。
附件里面有幾個文件，這里簡單講解一下：
Common.h主要是包含了很多linux的頭文件，并且對一些數據類型做了定義
CC2500.h里面主要是對CC2500的寄存器做了一些定義，沒啥東西
Driver.h主要是定義了很多和CC2500進行通信，并且利用CC2500進行發送和接收的內容
Phy.h主要是完成了一些諸如信道設定、通信速率等功能，并且把CC2500里的數據讀到環形緩沖區里面
CC2500.c這個就是完成設備注冊、讀寫函數、iocontrol等功能
這樣有了一個整體的把握之后，不用看很多代碼，學會使用就好。

1. 
   
   驅動接口使用
   

那么，這個驅動怎樣使用呢？主要是通過read/write/ioctl三個接口來實現的。
在應用程序中read/dev/CC2500這個文件，如果有數據，會返回相應的數據。其中，返回的數據中第一個字節為數據的長度（不包括該字節本身），后面為相應的數據。
如果是寫文件的話，只需要向/dev/CC2500中寫入相應的數據即可。寫入的時候需要注意，第一個字節同樣為數據長度（不包括該字節本身），后面跟相應的數據。當寫入的字節合適的時候，驅動會自動執行發送函數。如果寫入的字節數量和寫入的數據第一個字節不匹配的時候，會返回錯誤。
ioctl主要有這樣幾種命令：


CC2500_IOC_PHY_DETECT_STATUS
表示將CC2500的狀態變為RX
CC2500_IOC_PHY_GET_BAUDRATE
讀取CC2500的波特率，返回的是1,2,3,4，分別是2.4k,10k,250k,500k的波特率
CC2500_IOC_PHY_SET_BAUDRATE
設定CC2500的波特率，后面的參數是1,2,3,4，分別是2.4k,10k,250k,500k的波特率
CC2500_IOC_PHY_GET_TXPOWER
獲取發送功率，返回的是在發送功率表{0x00, 0x50, 0x44, 0xC0, 0x84, 0x81, 0x46, 0x93, 0x55, 0x8D, 0xC6,0x97, 0x6E, 0x7F, 0xA9, 0xBB, 0xFE, 0xFF }中的數組下標
CC2500_IOC_PHY_SET_TXPOWER
設定發送功率，參數的是在發送功率表{0x00, 0x50, 0x44, 0xC0, 0x84, 0x81, 0x46, 0x93, 0x55, 0x8D, 0xC6,0x97, 0x6E, 0x7F, 0xA9, 0xBB, 0xFE, 0xFF }中的數組下標
CC2500_IOC_PHY_GET_CHANNEL
獲取頻段，參數是頻段表{0x00, 0x10, 0x20, 0x30, 0x40, 0x50, 0x60, 0x70, 0x80, 0x90, 0xA0,0xB0, 0xC0, 0xD0, 0xE0, 0xF0 }中的數組下標
CC2500_IOC_PHY_SET_CHANNEL
設定頻段，參數是頻段表{0x00, 0x10, 0x20, 0x30, 0x40, 0x50, 0x60, 0x70, 0x80, 0x90, 0xA0,0xB0, 0xC0, 0xD0, 0xE0, 0xF0 }中的數組下標

1. 
   
   應用層程序編寫
   

這里的應用層主要是將mac層實現了。其實，mac層的作用也很簡單，主要是對要發送的包進行封裝，接收回來的包進行包的解析。這一部分的內容還不全面，僅僅是將原來的程序移植過來，還有很多需要改動的地方，有待補充。因此，這里只是提供源代碼，具體的說明請參見程序內部

1. 
   
   如何配置內核文件
   

1首先修改/opt/FriendlyARM/mini2440/linux-2.6.32.2/drivers/char/Kconfig
加入如下幾句話：
config CC2500_DRIVER


tristate "CC2500 driverfor FriendlyARM Mini2440 development boards"


depends on MACH_MINI2440


default m if MACH_MINI2440


help


this is CC2500 driver forFriendlyARM Mini2440 development boards




2修改Makefile，讓CC2500的驅動可以編譯。
加入如下幾句話：


obj-$(CONFIG_CC2500_DRIVER) +=CC2500inuse.o


CC2500inuse-objs :=./CC2500.in_use/cc2500.o ./CC2500.in_use/phy.o./CC2500.in_use/driver.o


其中，CONFIG_CC2500_DRIVER需要和Kconfig中的configCC2500_DRIVER
保持一致。
CC2500inuse-objs這句話，意思是CC2500inuse.ko是由哪幾個文件組成的。這樣就實現了模塊化的處理。
需要注意的是，CC2500inuse-objs和冒號之間需要有個空格，不然會出錯誤。這個地方我搞了好久。
具體的Makefile的格式也可以參考這兩篇文章：
http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/7282463
http://hi.baidu.com/wjq_qust/blog/item/97ddbdfdfb2e541309244d30.html

1. 
   
   調試過程中的一些問題
   

CC2500驅動調試的過程中，遇到的一些問題
第一，在調試的過程中，發現板子和2500沒有辦法進行通信。一開始懷疑是2500芯片的問題，后來確認2500芯片沒有問題之后，用示波器看了一下波形，發現SPI引腳上沒有輸出。進而發現，對SPI寄存器進行讀寫的時候，無論寫入是什么，讀出的都是0。后來發現，原來是PCLK（也就是SPI模塊的時鐘）沒有使能，囧。設置了寄存器之后，問題就解決了。
第二，CC2500驅動沒有辦法自動在/dev/目錄下面創建節點。這個問題可以參考下面幾篇文章：
http://blog.csdn.net/cjok376240497/article/details/6848536
整體來說，創建節點的工作是這樣的：
我們通過udev來創建節點。但是，udev是應用層的東東，不要試圖在內核的配置選項里找到它;加入對udev的支持很簡單，只要在驅動初始化的代碼里調用class_create為該設備創建一個class，再為每個設備調用class_device_create創建對應的設備。
換句話說，首先要為每一個設備創建一個類。然后用這個類去申請一個設備節點。
第三，在調試的過程中，發現只要一啟動CC2500，那么液晶屏就熄滅了。調試了半天也沒有找到原因。
最后發現，在配置S3C2440中GPGCON寄存器的時候，對寄存器直接進行了覆蓋性的修改；而該寄存器還管理著LCD的電源...于是，對寄存器進行覆蓋性修改的時候，悲劇了...
總結一下吧，在linux下2500驅動編寫的過程中，如果涉及到寄存器級別的操作，和單片機一樣，必須十分注意各個模塊之間的關系，以及相關模塊的寄存器配置，不要認為linux會全部給你配好！