基于Linux-ARM平臺(tái)的3G無線聯(lián)網(wǎng)方案設(shè)計(jì)

摘要：本研究的目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有3G無線網(wǎng)絡(luò)接入功能的嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是基于ARM系列的S3C2410微處理器。文章簡(jiǎn)要介紹了該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，給出USB主機(jī)接口硬件電路。研究基于USB接口的3G無線網(wǎng)卡的無線網(wǎng)絡(luò)接入功能實(shí)現(xiàn)，包括研究Linux USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)現(xiàn)USB Serial設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、定制Cramfs文件系統(tǒng)。最后移植和配置PPP撥號(hào)程序，實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)通過3G無線網(wǎng)卡接入無線網(wǎng)絡(luò)的功能。
關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng)；Linux：3G；無線網(wǎng)卡；arm

0 引言
    目前，嵌入式技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、成像和安全產(chǎn)品等各類產(chǎn)品。隨著3G牌照的發(fā)放，無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬大幅擴(kuò)展，具有3G無線網(wǎng)絡(luò)接入功能的嵌入式系統(tǒng)更加具有發(fā)展前景。本文將介紹中興的AC580無線網(wǎng)卡在以S3C2410微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用。

1 終端系統(tǒng)的硬件平臺(tái)
1．1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
    S3C2410處理器作為核心芯片集成了許多重要功能模塊，本系統(tǒng)主要用到以下部分：NandFlash控制器、SDRAM控制器、3個(gè)通道的UART、2個(gè)USB主機(jī)接口、1個(gè)USB設(shè)備接口、JTAG。NandFlash作為存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)支撐整個(gè)系統(tǒng)軟件的BootLoader、Kernel、文件系統(tǒng)。在開發(fā)調(diào)試時(shí)串口作為控制臺(tái)起作用，USB設(shè)備接口起到與PC機(jī)連接并下載傳輸數(shù)據(jù)的作用，而USB主機(jī)接口用于連接3G無線網(wǎng)卡設(shè)備，Embedded-ICE(20腳標(biāo)準(zhǔn)JTAG)接口和并口式JTAG接口則支掙ADS軟件的下載、調(diào)試以及Flash的燒寫。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

1．2 USB主機(jī)接口硬件電路
    中興的AC580無線寬帶上網(wǎng)卡是基于CDMA20001X／EV-DO REVA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)卡產(chǎn)品。它采用USB接口進(jìn)行連接，支持Linux操作系統(tǒng)。其傳輸速率為上行(反向鏈路)最高到1．8Mb／s，下行(向前鏈路)最高3．1Mb／s，工作頻段為CDMA800MHz。網(wǎng)卡可以直接通過S3C2410集成了的USB HOST控制器接入，不需要附加額外的芯片，非常方便。USB總線協(xié)議定義了四條信號(hào)線，其中兩條負(fù)責(zé)供電，另外兩條負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。USB HOST接口硬件電路如圖2所示。

2 系統(tǒng)的3G無線網(wǎng)絡(luò)接入功能實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)軟件包括以下三個(gè)部分：vivi作為BOOTLOADER(引導(dǎo)啟動(dòng)程序)；Linux-2．6．24作為嵌入式操作系統(tǒng)；Cramfs作為系統(tǒng)的文件系統(tǒng)。系統(tǒng)將采用PPP撥號(hào)的方式接入無線網(wǎng)絡(luò)。[!--empirenews.page--]
2．1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)與KERNEL
    Linux內(nèi)核采用的是2．6．24版本，需要移植到ARM平臺(tái)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以被看作操作系統(tǒng)的一部分。設(shè)備驅(qū)動(dòng)既可以交叉編譯到內(nèi)核鏡像中，也可以以模塊的形式存放在文件系統(tǒng)中，并在運(yùn)行時(shí)加載模塊。本系統(tǒng)采用的方式是編譯到鏡像文件中。
    USB驅(qū)動(dòng)程序分為主機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)程序(HostController Driver，HCD)、主機(jī)端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(USBD)和不同的USB設(shè)備的設(shè)備類驅(qū)動(dòng)(Sla-ve Device Driver)。USB的HCD是USB主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序中直接與硬件交互的軟件模塊，USBD是整個(gè)USB主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的核心，而USB設(shè)備類驅(qū)動(dòng)則是最終與應(yīng)用程序交互的軟件模塊。

    USBD和HCD需在配置內(nèi)核編譯選項(xiàng)時(shí)選擇編譯進(jìn)內(nèi)核。對(duì)于USB設(shè)備類驅(qū)動(dòng)，AC580使用的是高通公司的MSM6085芯片，這款芯片能在USB下仿真出串口，并通過它來完成撥號(hào)工作。將中興的USB Serial驅(qū)動(dòng)源碼加入內(nèi)核源碼中，修改Makefile和Kconfig，將USB Serial驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核。
    另外AC580是一個(gè)多合一設(shè)備，有CDROM、USBMASS Storage、USB Serial三部分，因此還需添加對(duì)SCCICDROM、USB MASS Storage的支持。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)撥號(hào)，編譯的內(nèi)核還應(yīng)添加對(duì)PPP協(xié)議的支持。
2．2 建立Cramfs文件系統(tǒng)
    Cramfs文件系統(tǒng)是專門針對(duì)閃存設(shè)計(jì)的只讀壓縮的文件系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)需要訪問Cramfs文件系統(tǒng)中某個(gè)位置的數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算出該數(shù)據(jù)在文件系統(tǒng)中的位置，并實(shí)時(shí)解壓到內(nèi)存中。文件系統(tǒng)中的系統(tǒng)基本應(yīng)用程序可以使用Busybox來定制。
    本系統(tǒng)中使用的AC580無線網(wǎng)卡連接到主機(jī)時(shí)，USB缺省工作方式是USB存儲(chǔ)設(shè)備，在Linux下顯示為CDROM和USB Storage兩個(gè)設(shè)備，撥號(hào)需要找到USB Serial設(shè)備。首先需要安裝好USB Serial驅(qū)動(dòng)，其次使用eject／dev／srl命令彈出USB存儲(chǔ)設(shè)備。這時(shí)AC580中的高通芯片將翻轉(zhuǎn)為串口模式(在／dev目錄下顯示為／ttyUSB0、／ttyUSBl、／ttyUSB2、／ttyUSB3幾個(gè)設(shè)備)，可以用于撥號(hào)及無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。因此在配置編譯BusyBOX時(shí)，除必須的系統(tǒng)基本應(yīng)用程序外，還必須置eject命令。
    在／lib目錄下添加共享鏈接庫(kù)。添加內(nèi)核模塊和配置腳本，包括rt73．ko、／linuxrc、／etc目錄下的配置文件等。在／dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)。字符設(shè)備的設(shè)備文件由字符“c”來識(shí)別，塊設(shè)備由字符“b”來識(shí)別。通常而言，主設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)設(shè)備對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，大多數(shù)設(shè)備按照“一個(gè)主設(shè)備號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序”的原則組織，次設(shè)備號(hào)由內(nèi)核使用，用于正確確定設(shè)備文件所指的設(shè)備。以下幾個(gè)節(jié)點(diǎn)是必須的：
   
2．3 PPP撥號(hào)接入CDMA2000 lx／EVDO無線網(wǎng)
    PPP是簡(jiǎn)單鏈路設(shè)計(jì)的鏈路層協(xié)議，設(shè)計(jì)目的主要是用來建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。一個(gè)PPP會(huì)話分為四個(gè)步驟：連接建立、連接質(zhì)量控制、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議配置、連接終止。PPP協(xié)議作為鏈路層協(xié)議，它是在Linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的。
    PPP撥號(hào)需要撥號(hào)程序及撥號(hào)腳本。撥號(hào)程序選擇的是PPP-2．4．1，將交叉編譯生成的chat、pppd、pppdump、pppstats程序文件添加至系統(tǒng)文件系統(tǒng)的／usr／sbin目錄下。
    撥號(hào)腳本及所需文件存放在文件系統(tǒng)的／etc／ppp／目錄下：pap-secrets、chap-secrets、PPP-off、resolv．conf、chat-connect、／peers／cdma3g。其pap-secrets、chap secrcts是chap和pap認(rèn)證文件；resolv．conf是域名服務(wù)器配置文件；chat-connect是chat腳本；PPP-off是下線腳本；cdma3g是pppd腳本，里面配置了pppd程序參數(shù)。以下是主要的PPPd程序參數(shù)：
    ／dev／ttyUSB0 Modem在ttyUSBO上；115200串口的速率；noipdefault不使用指定ip；defaultroute加入缺省路由；scr“vnet．mobi”用戶名；connect‘／usr／sbin／chat-S-V-f／etc／ppp／cbat-connect’調(diào)用chat程序并使用chat-connect腳本。
    用mkcramfs工具生成Cramfs文件系統(tǒng)。至此，可以利用PPP撥號(hào)來實(shí)現(xiàn)3G無線網(wǎng)絡(luò)接入功能了：#pppd calledma3g

3 結(jié)束語
    本文詳細(xì)介紹了基于S3C2410微處理器的嵌入式Linux系統(tǒng)接入3G無線網(wǎng)絡(luò)的方法，對(duì)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)及軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。3G無線寬帶網(wǎng)接入功能使得嵌入式系統(tǒng)在無線通訊、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費(fèi)類電子等方面具備廣闊的發(fā)展前景和強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，給嵌入式系統(tǒng)帶來更廣泛的應(yīng)用。