在Linux操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)無線接入點(diǎn)AP的設(shè)計(jì)

20世紀(jì)90年代以來，隨著個(gè)人數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間，任何地點(diǎn)均能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目標(biāo)，無線局域網(wǎng)得到了迅猛發(fā)展，無線局域網(wǎng)（wLAN），通常被稱為wi－Fi而，這是一種可以在91.44m內(nèi)進(jìn)行無線通信的技術(shù)，IEEE802.11委員會(huì)把孤立使用的無線局域網(wǎng)稱為自組無線局域網(wǎng)（Ad－boc Network），而把互連使用的無線局域網(wǎng)稱為多區(qū)無線局域網(wǎng)（Infrastruture Network）

無線AP是組建多區(qū)無線局域網(wǎng)的常用設(shè)備，配置多個(gè)接入點(diǎn)AP，就可以構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的覆蓋區(qū)域，可提供移動(dòng)用戶漫游的能力，同時(shí)，它在介質(zhì)訪問控制子層MAC中扮演無線工作站及有線局域網(wǎng)的橋梁，是一個(gè)兩端口的網(wǎng)橋。

無線接入點(diǎn)AP的功能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線接入點(diǎn)AP（Accss Point）通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RJ－45接口用電纜連接到一個(gè)傳統(tǒng)的集線器或交換機(jī)端口，一個(gè)無線接入點(diǎn)可認(rèn)為是一個(gè)中繼器，在有線局域網(wǎng)和無線設(shè)備運(yùn)行的RF之間轉(zhuǎn)發(fā)幀。

當(dāng)一個(gè)站在LAN上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，接入點(diǎn)將以指定的RF和無線幀格式來轉(zhuǎn)發(fā)幀，而并不考慮該幀的目的地，同樣，當(dāng)一個(gè)無線設(shè)備發(fā)送一個(gè)幀時(shí)，接入點(diǎn)將通過所設(shè)定運(yùn)行的RF來接收幀，然后把幀轉(zhuǎn)發(fā)到有線局域網(wǎng)，兩個(gè)或者多個(gè)無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)，將為移動(dòng)無線設(shè)備提供一個(gè)接入到有線局域網(wǎng)的無線擴(kuò)展區(qū)域。當(dāng)建立一個(gè)無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)時(shí)，一般要配置一個(gè)BSS（Basic Service Set）標(biāo)識(shí)符。同樣，也要為那些無線局域網(wǎng)適配卡設(shè)定一個(gè)區(qū)域標(biāo)識(shí)符，其中接入點(diǎn)是為使用適配卡與其連接在一起的無線設(shè)備提供服務(wù)的，在多個(gè)無線接入點(diǎn)構(gòu)造的一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集（ESS，Extended Serice Set）中，通過定位接入點(diǎn)，無線設(shè)備就實(shí)現(xiàn)了漫游功能，以及通過應(yīng)用無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)服務(wù)的能力。一個(gè)基本的無線局域網(wǎng)是由一個(gè)連接到有線局域網(wǎng)的接入點(diǎn)和使用該接入點(diǎn)的一個(gè)或者多個(gè)無線PC用戶所組成。

基于MPC852T的無線接入點(diǎn)AP由核心板和接口板組成，圖1所示是其系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖。其中在核心板上集成了摩托羅拉MPC852處理器、32MB SDRAM以及4MB的Flash，因而為系統(tǒng)軟件提供了足夠的空間。核心板上還集成了一個(gè)10M以太網(wǎng)口，不僅實(shí)現(xiàn)和有線局域網(wǎng)的橋接。還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)程序的以太網(wǎng)下載，從而燒寫進(jìn)Flash中。底板上則提供了非常豐富的外設(shè)接口：包括1個(gè)10Mbps以太網(wǎng)接口，1個(gè)100Mbps以太網(wǎng)接口、一個(gè)RS－232接口（COMI）、1個(gè)BDM調(diào)試是口（MPC8XX系列的EPBDM）、還有1個(gè)PCMCIA接口。當(dāng)接入無線網(wǎng)卡后，作為無線接入點(diǎn)的RF，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收。該系統(tǒng)具有體積小，功耗低，處理能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，能夠裝載和運(yùn)行嵌入式Linux的操作系統(tǒng)，可以在這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行自主的應(yīng)用軟件和驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)。

MPC852T功能介紹

在無線接入點(diǎn)AP的設(shè)計(jì)中，可選用Motorola公司的MPC852T處理器，它是Motorola公司的PowerQUICC系列嵌入式通信處理器。PowerQUICC處理器系列廣泛應(yīng)用于當(dāng)今市場上DSL調(diào)制解調(diào)器、SOHO路由器、遠(yuǎn)程接入服務(wù)器、DSLAM、中心局交換機(jī)設(shè)備、無線基礎(chǔ)設(shè)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 Communication Controlle）內(nèi)部集成有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(nèi)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(yīng)用于通信系統(tǒng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更低的成本，并提供更高的性價(jià)比，同時(shí)在通信性能方面也有所增強(qiáng)。MPC852T PowerQUICC集成了兩個(gè)處理塊，一個(gè)處理塊是嵌入的PowerPC核心，另一個(gè)是通信處理模塊CPM（Communications Processor Module）。由于CPM 分擔(dān)了嵌入式PowerPC核心的外圍工作任務(wù)，這種雙處理器體系結(jié)構(gòu)功耗要低于傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的處理器，嵌入式MFC852T內(nèi)核可達(dá)100MHz，擴(kuò)展總線最大頻率是66MHz，50/60MHz內(nèi)核頻率支持1：1模式和2：1模式，80/100MHz內(nèi)核頻率支持2：1模塊，MFC852T系統(tǒng)集成單元主要包括：總線監(jiān)視器、中斷監(jiān)視器、軟件看門夠、中斷定時(shí)器，時(shí)鐘合成器、PowerPC減量器，復(fù)位控制器及JTAG1149測(cè)試口，以上這些性能都可以非常理想地適用于各種有線和無線的通信處理任務(wù)，從而極大地滿足控制層繁重的任務(wù)處理及傳輸層高帶寬的要求。

核心板的設(shè)計(jì)

MPC852T是32位地址，32位數(shù)字總線寬度， 4KB的數(shù)據(jù)Cache和4KB指令Cache，分別帶有一個(gè)MMU，52MHz的主頻，52Mbps的總線速度，若外接8位或16位數(shù)據(jù)帶寬的外設(shè)芯片，與CPU相接時(shí)，MPC852T的總線數(shù)據(jù)寬度是可設(shè)置的，可配置為8位，16位或32位模式。在核心板中，可選用2片16×1 bit數(shù)據(jù)寬度，共4MB的Flash（MX29Lv160BTC，如有不同型號(hào)，則應(yīng)是完全兼容的器件），速度70/90ns：2片16M×8bit數(shù)據(jù)寬度的SDRAM（HY57V651620BTC－10S，如有不同型號(hào)，則是完全兼容的器件）構(gòu)成，共32MB SDRAM。

MPC852T共提供了4個(gè)PORT（即PortA、PortB、PortC和PortD），以便于對(duì)應(yīng)的控制寄存器實(shí)現(xiàn)與其他信號(hào)引腳的復(fù)用，其端口分配使用情況如表1所列。其中：SCC作為10Mbps以太網(wǎng)接口，SMC（和PortB GPIO復(fù)用）作為兩線串口（TXD，RXD）。核心板未用的端口可通過核心板接口引到接口板，作為GPIO資源使用，圖2所示是核心板的功能模塊結(jié)構(gòu)圖。

底層接口板的設(shè)計(jì)

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了標(biāo)準(zhǔn)的3.3V和5V電壓，底層接口板還提供了一系列的接口，其中包括1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS－232串口、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)10Mbps快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的100Mbps快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)PCMCIA接口、 1個(gè)BDM接口等，其中BDM接口和RS－232串口可用于核心板的硬件檢測(cè)，映象文件下載、運(yùn)行、Flash燒寫等。

系統(tǒng)所用的無線網(wǎng)卡是LANEscapeTM XI325H的無線網(wǎng)卡，采用PCMCIA接口，可實(shí)現(xiàn)2.4GHz直接序列擴(kuò)頻，并具有高速低功耗的特點(diǎn)，其發(fā)射功率為20dBM，遵循802.11h協(xié)議和Wi－Fi認(rèn)證，同時(shí)具備64bit/128bit WEP加密功能，可支持TCP/IP，IPX，NetBEUI等協(xié)議，同時(shí)支持1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps的自動(dòng)傳輸速率選擇。此外，它還支持AD－Hoc（對(duì)等）、Infrastructure（基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)）和Roaming（漫游）等網(wǎng)絡(luò)模式，可方便快捷無縫連接以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的連接。

MPC852T中CPM部分的4個(gè)SCC均可配置為10Mbps以太網(wǎng)控制器，F(xiàn)EM是10/100Mbps以太網(wǎng)自適應(yīng)控制器，通過這些以太網(wǎng)控制器， 只需要簡單的線路接口單元就可構(gòu)成10Mbps以太網(wǎng)口和10Mbps/100mbps自適應(yīng)網(wǎng)口。該以太網(wǎng)口符合IEEE8023規(guī)范， 實(shí)際使用中，MPC852T設(shè)置多少個(gè)網(wǎng)口，應(yīng)根據(jù)主芯片的運(yùn)行主頻和接口要求統(tǒng)籌考慮，圖3所示是一個(gè)10/100Mbps的自適應(yīng)網(wǎng)口電路。

MPC852T中I/O口的引腳幾乎都有多種功能，通過對(duì)有關(guān)的寄存器進(jìn)行設(shè)置或?qū)⒛承┮_設(shè)置成指定電位，使得有關(guān)I/O功能為設(shè)計(jì)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。

無線接入點(diǎn)AP的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

MPC852T是遵照PowerPC結(jié)構(gòu)體系的嵌入式芯片系列，因此可實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作，并支持多種內(nèi)存映射方式，完全可以運(yùn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，以滿足通信控制設(shè)備所要求的實(shí)時(shí)性。

嵌入式操作系統(tǒng)主要有Palm OS、Windows CE、EPOC、Linux CE、ONX、ECOS、LYNX等。高端嵌入式操作系統(tǒng)要求許多高級(jí)功能，如圖形用戶界面和網(wǎng)絡(luò)支持，但其價(jià)格很高，一般用戶難以接受。嵌入式Linux操作系統(tǒng)以價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大又易于移植而被廣泛應(yīng)用。Linux是一個(gè)和Unix相似，以核心為基礎(chǔ)的，完全內(nèi)存保護(hù)，多任務(wù)多進(jìn)程的操作系統(tǒng)，它支持廣泛的計(jì)算機(jī)硬件，包括Motorola、X86、Alpha、Sparce、MIPS、PPC、ARM、NEG等。

在移植的Linux源代碼中，根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行半裁減定制，以適合目標(biāo)系統(tǒng)，盡量少占用系統(tǒng)內(nèi)存，操作系統(tǒng)定制后，將其連接到目標(biāo)的應(yīng)用程序上，成為應(yīng)用程序的一部分，并對(duì)低級(jí)系統(tǒng)的初始化文件進(jìn)行修改，使得符合目標(biāo)板的需要，對(duì)于MPC852T，所有軟件都固化在板上2片F(xiàn)lash內(nèi)，F(xiàn)lash的內(nèi)容可通過燒寫工具來更新升級(jí)，開發(fā)應(yīng)用程序和更改其上的操作系統(tǒng)工作方式，可以采用一種交叉編譯的開發(fā)模式，即為MPC852T應(yīng)用。它不能直接在MPC823板上編輯、編譯和調(diào)試，而必須把工作寄存到一臺(tái)PC機(jī)上來完成，事實(shí)上，一個(gè)小型的Linux操作系統(tǒng)需要下面三個(gè)基本要素：

（1） 引導(dǎo)工具

用于完成系統(tǒng)的一些初始化工作，然后把操作系統(tǒng)調(diào)入內(nèi)存中，應(yīng)用時(shí)再將其跳到操作系統(tǒng)的入口。

（2） Linux內(nèi)核

由內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和事務(wù)處理構(gòu)成，因?yàn)長inux內(nèi)核可以支持多種CPU體系，所以，修改Linux內(nèi)核以使其運(yùn)行到硬件平臺(tái)，不需要太多的工作。

（3）初始化進(jìn)程

主要指為Linux系統(tǒng)安裝inted、telnetd、tftpd、bttpd等守護(hù)進(jìn)程，以便使Linux系統(tǒng)能成為名副其實(shí)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，但是，如果系統(tǒng)想成為完整的操作系統(tǒng)，還得加上一個(gè)文件系統(tǒng)，硬件驅(qū)動(dòng)程序和提供所需功能的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序，如1個(gè)串口、1個(gè)10Mbps以太網(wǎng)接口、1個(gè)100Mbps為以太網(wǎng)接口，1個(gè)BDM調(diào)試接口、WLAN無線網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序，802.11b無線AP以及網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)軟件，Web Server及TCP/IP協(xié)議等應(yīng)用程序。

嵌入式LINUX無線接入點(diǎn)AP的實(shí)現(xiàn)

由于嵌入式操作系統(tǒng)硬件資源的限制，要做到實(shí)現(xiàn)AP在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上的應(yīng)用，就需要對(duì)Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行特別定制，以刪除AP不需要的部分，真正做到精簡系統(tǒng)、該過程大致可以分成兩個(gè)部分。

精簡內(nèi)核

Linux內(nèi)核是可以根據(jù)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(tǒng)3.0 for PowerPC版本，在/usr/src/linux目錄下，使用make menuconfig把可以拿掉的項(xiàng)目全部拿掉，如果嵌入式系統(tǒng)沒有軟驅(qū)和光驅(qū)，則可以去掉內(nèi)核中對(duì)于軟驅(qū)（floppy）及光驅(qū)（cdrom）的支持選項(xiàng)，而如果AP不需要發(fā)聲，也可以不要聲音（sound）的支持，從而去掉所有的字符設(shè)備（character device）等。

在去除的同時(shí)要根據(jù)AP應(yīng)用軟件及一些特定功能的要求，在內(nèi)核中留下對(duì)需要驅(qū)動(dòng)的支持，例如：要保留對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持，保留對(duì)TCP/IP協(xié)議的支持，保留PPP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）特定功能的支持。在完成后往往要重新編譯內(nèi)核，然后才能修改 Linux系統(tǒng)引導(dǎo)器Iilo的配置文件，最后以新編譯的核作為啟動(dòng)內(nèi)核。

縮小Linux的文件系統(tǒng)

嵌入式Linux本身是一種操作系統(tǒng)，它的主要任務(wù)管理計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，為用戶提供使用計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備的接口，因此在對(duì)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：一類是Linux操作系統(tǒng)啟動(dòng)所需要的，另一類用于完成一些系統(tǒng)功能，最后一類的主要任務(wù)是使AP能夠正常工作。

通常在完成裁減工作并重啟后，若Linux能夠正常啟動(dòng)運(yùn)行，則表明初步的Linux操作系統(tǒng)已構(gòu)架成功，這樣就可完成AP在此上面的實(shí)現(xiàn)。AP是以運(yùn)行腳本命令pcmcia將AP驅(qū)動(dòng)程序中已經(jīng)編好的目標(biāo)文件（.o文件）作為模塊加載到系統(tǒng)中啟動(dòng)的，Linux提供了depmod、insmod、rmmod以及其他一些命令來保證適當(dāng)?shù)哪K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修改和相應(yīng)的參數(shù)，如AP的SSID，AP的信道號(hào)等所編制的簡單腳本文件，這些配置文件通知AP驅(qū)動(dòng)程序相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，有了這些文件后，AP就能正常啟動(dòng)了，另外，AP的目標(biāo)文件在AP關(guān)閉后將自動(dòng)卸載。最終實(shí)現(xiàn)的AP嵌入式Linux操作系統(tǒng)大概由以下目錄組成：

/bin：包含用戶的使用命令，如cp、Is、rm等，設(shè)計(jì)時(shí)也可以根據(jù)情況對(duì)原系統(tǒng)的命令進(jìn)行刪減。

/boot：包含一些壓縮的內(nèi)核映象和啟動(dòng)必備的文件。

/dev包含系統(tǒng)所需要的設(shè)備文件，是Linux設(shè)備輸出，輸入所需要的，可以用命令mknod或makedev來產(chǎn)生。

/etc：包含系統(tǒng)所需要的配置文件。

/lib包含執(zhí)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)連接在某一執(zhí)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(nèi)核將系統(tǒng)啟動(dòng)狀態(tài)文件放入此目錄中，是Proc文件系統(tǒng)所需要的目錄。

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

/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，目錄/ust/sbin及/usr/bin中。

實(shí)際操作時(shí)，可根據(jù)具體情況進(jìn)行刪減，最終在4MB存儲(chǔ)容量的嵌入式Linux操作系統(tǒng)中完成對(duì)無線接入點(diǎn)AP的使用。

結(jié)束語

在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于MPC852TD無線接入點(diǎn)AP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以充分發(fā)揮MPC852T的強(qiáng)大控制能力和通信能力，以及Linux操作系統(tǒng)資源調(diào)度能力和實(shí)時(shí)性的特性，使AP具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)速率，從而滿足用戶的需求，而且構(gòu)成的嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)清晰，同時(shí)具有模塊化、易實(shí)現(xiàn)、易使用等特性。

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