通信處理器MPC852T的無(wú)線(xiàn)接人點(diǎn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言 
    20世紀(jì)90年代以來(lái)，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(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)得到了迅猛發(fā)展。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(wLAN)，通常被稱(chēng)為wi-Fi，這是一種可以在9l.44m內(nèi)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的技術(shù)。IEEE802.11委員會(huì)把孤立使用的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)稱(chēng)為自組無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Ad-boc Network)，把互連使用的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)稱(chēng)為多區(qū)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Infrastructure Network) 
    無(wú)線(xiàn)AP是組建多區(qū)無(wú)線(xiàn)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(hù)漫游的能力。同時(shí)，它在介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層MAC中扮演無(wú)線(xiàn)工作站及有線(xiàn)局域網(wǎng)的橋梁，是一十兩端口的網(wǎng)橋。

1  無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP的功能描述和系統(tǒng)設(shè)計(jì) 
    無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP(Accss Point)通過(guò)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(xiàn)器或交換機(jī)端口，一個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)可認(rèn)為是一個(gè)中繼器，在有線(xiàn)局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)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)以指定的RF和無(wú)線(xiàn)幀格式轉(zhuǎn)發(fā)幀，而并不考慮該幀的目的地。同樣，當(dāng)一個(gè)無(wú)線(xiàn)設(shè)備發(fā)送一個(gè)幀時(shí)，接入點(diǎn)通過(guò)所設(shè)定運(yùn)行的RF來(lái)接收幀，然后把幀轉(zhuǎn)發(fā)到有線(xiàn)局域網(wǎng)。兩個(gè)或者多個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)，將為移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設(shè)備提供一個(gè)接入到有線(xiàn)局域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)擴(kuò)展區(qū)域。當(dāng)建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接人點(diǎn)時(shí)，要配置一個(gè)BSS(Basic Service Set)標(biāo)識(shí)符。同樣，也要為那些無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)設(shè)備提供服務(wù)的。在多個(gè)無(wú)線(xiàn)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(guò)定位接入點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)設(shè)備就實(shí)現(xiàn)了漫游功能，以及通過(guò)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)接入點(diǎn)服務(wù)的能力。一個(gè)基本的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是由一個(gè)連接到有限局域網(wǎng)的接入點(diǎn)和使用該接入點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線(xiàn)PC用戶(hù)所組成。 
    基于MPC852T的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP由核心板和接口板組成，如圖l所示。核心板集成了摩托羅拉MPC852T處理器，32MB SDRAM以及4MB的Flash，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)l0M以太網(wǎng)口，不僅實(shí)現(xiàn)和有線(xiàn)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(xiě)進(jìn)FIash中。底板上則提供了非常豐富的外設(shè)接口：1個(gè)10M以太網(wǎng)接口，1個(gè)100M以太網(wǎng)接口，1個(gè)RS-232接口(COMI)，1個(gè)BDM調(diào)試口(MPC8XX系列的EPBDM)，還有1個(gè)PCMCIA接口，按入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，作為無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的RF，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收。該系統(tǒng)具有體積小，耗電低，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(kāi)發(fā)。

　

2  MPC852T功能介紹 
    在無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)A P的設(shè)計(jì)中，選用了MotoIoraMPC852T處理器。它是Motorola公司的PowerQUICC系列嵌入式通信處理器。PowerQulCC處理器系列廣泛應(yīng)用于當(dāng)今市場(chǎng)上的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(wú)線(xiàn)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 CommunicationController)內(nèi)部集成了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)的低成本實(shí)現(xiàn)，提供了更高的性?xún)r(jià)比，并在通信方面有所增強(qiáng)。MPC852 PowerQUICC集成了兩個(gè)處理塊，一個(gè)處理塊是嵌入的PowerPC核，另一個(gè)是通信處理模塊(CPM，C0MMunications processor Module)。由于cPM分擔(dān)了嵌入式PowerPC核的外圍工作任務(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)l00MHz，擴(kuò)展總線(xiàn)最大頻率是66MHz，50/60MHz內(nèi)核頻率支持l:1模式和2:1模式，80/100MHz內(nèi)核頻率支持2:l模式。MFC852T系統(tǒng)集成單元主要包括：總線(xiàn)監(jiān)視器、中斷監(jiān)視器、軟件看門(mén)狗、中斷定時(shí)器、時(shí)鐘合成器、PowerPC減量器、復(fù)位控制器及JTAG1149.l測(cè)試口。以上性能理想地適用于各種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的通信處理任務(wù)，極大地滿(mǎn)足了控制層繁重的任務(wù)處理及傳輸層高帶寬的要求。

3  核心板的設(shè)計(jì) 
    MPC852T是32位地址，32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(xiàn)速度。若外接8位或l6位數(shù)據(jù)寬度的外設(shè)芯片，與CPU相接時(shí)，MPC852T的總線(xiàn)數(shù)據(jù)寬度是可設(shè)置的，可分配為8位、l6位或32位模式。在核心板中，選用了2片16×lbit數(shù)據(jù)寬度，共4MB的Flash(MX29Lv160BTC，如有不同型號(hào)，則是完全兼容的器件)，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、P0rtC和PortD，對(duì)應(yīng)的控制寄存器實(shí)現(xiàn)與其它信號(hào)引腳的復(fù)用。 
端口分配使用情況如表l所列。 

    其中：一個(gè)SCC作為10M以太網(wǎng)接口，SMC(和P0rtB GPIO復(fù)用)作為兩線(xiàn)串口(TXD，RXD)。核心板未用的，通過(guò)核心板接口，引到接口板作為GPl0資源使用。
    同時(shí)，由1個(gè)LED提供1個(gè)運(yùn)行指示.1個(gè)l0M局域網(wǎng)接口LINK/TRANSMIT/RECEIVE指示，如圖2所示。

4 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：1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)10M快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的100M快速以太網(wǎng)接口，1個(gè)PCMCIA接口，1個(gè)BDM接口。其中，BDM接口和RS-232串口，可用于核心板硬件檢測(cè)，映象文件下載，運(yùn)行，F(xiàn)lash燒寫(xiě)等。 
系統(tǒng)所用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡是LANEscapeTM XI-325H的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，PCMCIA接口，2.4GHz直接序列擴(kuò)頻，高速低功耗，發(fā)射功率為20dBm，遵循802.11h協(xié)議和Wi-Fi認(rèn)證，64bit/128bitWEP加密，支持TCP/IP，IPX，NetBEUI的協(xié)議，支持1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和llMbps的自動(dòng)傳輸速率選擇，支持Ad-Hoc(對(duì)等)，Infrastructure(基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò))和Roaming(漫游)的網(wǎng)絡(luò)模式，可以實(shí)現(xiàn)方便快捷無(wú)縫連接以太網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。 

    MPC852T的CPM部分的4個(gè)SCC均可配置為10M以太網(wǎng)控制器，F(xiàn)EM是10M/100M以太網(wǎng)自適應(yīng)控制器-通過(guò)這些以太網(wǎng)控制器，只需要簡(jiǎn)單的線(xiàn)路接口單元就可構(gòu)成10M以太網(wǎng)口和10M/100M自適應(yīng)網(wǎng)口。該以太網(wǎng)口符臺(tái)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。在50MHz的MPC852T芯片上，實(shí)現(xiàn)1個(gè)10M網(wǎng)口(采用SCCl實(shí)現(xiàn)，如圖3所示)和1個(gè)lO/100M自適應(yīng)網(wǎng)口如圖4所示。 

    MPC852T中I/O口的引腳幾乎都有多種功能，通過(guò)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/0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。

5  無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 
    MPC852T是遵照P0werPC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(mǎn)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(hù)界面和網(wǎng)絡(luò)支持，但其價(jià)格很高，一般用戶(hù)難以接受。嵌入式Linux操作系統(tǒng)以?xún)r(jià)格低廉，功能強(qiáng)大有易于移植而被廣泛應(yīng)用。Linux是個(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，使之符合目標(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(guò)燒寫(xiě)工具來(lái)更新升級(jí)。開(kāi)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(kāi)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，而必須把工作寄宿到一臺(tái)PC機(jī)上完成。 
    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．它完成系統(tǒng)的一些初始化工作，然后把操作系統(tǒng)調(diào)入到內(nèi)存中，跳到操作系統(tǒng)的入口。 
    ②Linux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(zhǎng)inux內(nèi)核支持多種CPU體系，所以修改Linux內(nèi)核運(yùn)行到硬件平臺(tái)中，不需要太多的工作。 
    ③初始化進(jìn)程，為L(zhǎng)inux系統(tǒng)安裝inetd、telnetd、tftpd、bttpd等守護(hù)進(jìn)程，使得Linux系統(tǒng)成為名副其實(shí)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可以Telnet遠(yuǎn)程管理，可以FTP傳遞文件。 
    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)10M以太網(wǎng)接口、1個(gè)100M以太網(wǎng)接口、1個(gè)BDM調(diào)試接口、WLAN無(wú)限網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)程序，802.1lb無(wú)線(xiàn)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。

6 嵌入式LinuX無(wú)線(xiàn)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，刪除AP不需要的部分，真正做到精簡(jiǎn)系統(tǒng)，過(guò)程大致可以分成兩個(gè)部分。
(1)精簡(jiǎn)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)3.0for 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(méi)有軟驅(qū)和光驅(qū)，則去掉內(nèi)核中對(duì)于軟驅(qū)(floppy)及光驅(qū)(cdrom)的支持選項(xiàng);如果AP不需要發(fā)聲，則不要聲音(sound)的支持。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。 
    配置完成后，重新編譯內(nèi)核，然后修改Linux系統(tǒng)引導(dǎo)器Iilo的配置文件井最后以新編譯的核作為啟動(dòng)內(nèi)核。
(2)縮小Llnux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)是管理計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源，為用戶(hù)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(lèi)：一類(lèi)是Linux操作系統(tǒng)啟動(dòng)所需要的，另一類(lèi)是為了完成一些系統(tǒng)功能的，最后一類(lèi)是使AP能夠正常工作的。 
    完成裁減工作后重啟，若Linux能夠正常啟動(dòng)運(yùn)行，表明初步的Linux操作系統(tǒng)已構(gòu)架成功，這樣就要完成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以及其它一些命令來(lái)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(hù)修改相應(yīng)的參數(shù)，如AP的SSID，AP的信道號(hào)等所編制的簡(jiǎn)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A(yíng)P關(guān)閉后自動(dòng)卸載掉。 
最終實(shí)現(xiàn)的AP嵌入式Linux操作系統(tǒng)大概由以下幾個(gè)目錄組成。 
    ◇/bin: 包含用戶(hù)的使用命令，如cp、Is、rm等,可根據(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)核映像和啟動(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或是makedev來(lái)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(kù)，命令ldd可以告訴哪些庫(kù)可以動(dòng)態(tài)連接在某一個(gè)執(zhí)行命令上，這樣可以將需要的庫(kù)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)文件放人此目錄中，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，在目錄/ust/sbin及/usr/bin中。
根據(jù)具體的情況進(jìn)行具體的刪減，最終在4MB存儲(chǔ)容量的巔入式Linux操作系統(tǒng)中完成對(duì)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP的使用。

結(jié)語(yǔ) 
    在嵌入式Linux操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于MPC852T的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)AP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了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，滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求，而且構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)清晰、模塊化、易實(shí)現(xiàn)、易使用的嵌入式系統(tǒng)。