基于Linux內核的無線多頻段WSN網(wǎng)關設計

TL16C554A芯片是8位數(shù)據(jù)寬度，TL16C554A的D0～D7引腳與ARM9芯片直接相連，讀寫信號是直接連接的。TL16C554A的引腳INA、INTB、INTC、INTD分別接在主控制芯片的引腳INT0、INT2、INT3、INT4，這樣擴展的各通道串口就能通過中斷獨立地工作。

將S3C2440A的地址線A0～A3與TL16C554A的A0～A3直接相連，S3C2440A的nGCS2作為譯碼器74LS139的片選信號。74LS139的輸入端分別接地址線A4～A5。根據(jù)譯碼器譯碼，實現(xiàn)地址分配，再通過ARM芯片地址映射。外擴的4通道串口的物理地址為

通道A——0x10000000～0x10000008

通道B——0x10000010～0x10000018

通道C——0x10000020～0x100000028

通道D——0x10000030～0x10000038。

主控制芯片通過訪問這些地址就能訪問外部寄存器，即TL16C554A芯片片內寄存器地址。多頻段子網(wǎng)接入部分接口電路如圖3所示。

圖3 多頻段子網(wǎng)接入部分接口電路

2．2 3G網(wǎng)絡接入接口部分

3G網(wǎng)絡接入部分采用USB接口的華為ET128無線網(wǎng)卡。接入接口使用USB—HUB芯片AU9254A21，它是一款單芯片USB集線器控制器。AU92 54A21采用12MHz無源晶振，為芯片工作提供獨立的時鐘。3G網(wǎng)絡接入部分接口電路如圖4所示。

圖4 3G網(wǎng)絡接入部分接口電路

2．3 以太網(wǎng)接入部分

網(wǎng)關通過以太網(wǎng)口發(fā)送數(shù)據(jù)包的原理是：處理器先將待發(fā)送的數(shù)據(jù)存入到內部存儲器，提供發(fā)送緩沖區(qū)的首地址和數(shù)據(jù)長度，然后執(zhí)行發(fā)送命令，由DM9000A將數(shù)據(jù)按TCP／IP協(xié)議格式發(fā)送到物理鏈路上。

因以太網(wǎng)信號電平與以太網(wǎng)控制器信號電平不同，所以在硬件電路實現(xiàn)上需要在控制器與RJ-45接口間增加一個網(wǎng)絡變壓器，網(wǎng)絡變壓器采用TRC9016。電信號通過網(wǎng)絡變壓器轉換，然后經RJ-45接口接入以太網(wǎng)，從而完成數(shù)據(jù)發(fā)送過程。DM9000A主要完成數(shù)據(jù)包和數(shù)字電信號之間的相互轉換。

3 網(wǎng)關軟件系統(tǒng)設計

網(wǎng)關的軟件環(huán)境采用的是嵌入式Linux系統(tǒng)。移植好的Linux2．6．24源碼已經包含了以太網(wǎng)控制器DM9000A、USB接口芯片等芯片的驅動。因此，軟件部分只需要設計串口擴展芯片TL1 6C554A的驅動程序以及Linux環(huán)境下的應用程序即可。

3．1 串口擴展芯片TL16C554A驅動的實現(xiàn)

Linux2．6．24內核提供了統(tǒng)一的設備驅動模型。多串口設備驅動的注冊，流程如圖5所示。

3．2 Linux下PPP的管理和配置

根據(jù)網(wǎng)關硬件接口的情況修改、移植通用驅動代碼后，通過相關的配置，定制和編譯網(wǎng)關所需的內核映像文件。內核編譯采用的交叉編譯器版本為arm- linux-gcc3．4．1，使用makemenuconfig ARCH=arm命令進入內核配置圖形化界面，選擇和PPP（Point-to-Point，點對點協(xié)議）有關的選項，添加系統(tǒng)對PPP功能的支持。界面如圖6所示。配置完成以后，保存設置，退出內核配置圖形化界面。使用命令：makeuImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-．編譯完成以后，會在源碼包的arch／arm／boot路徑下生成內核映像文件uImage，如圖7 所示。