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韓冷（1977－）
男，碩士研究生，研究方向為網絡控制技術。
1 引言
過去的十年中，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)發(fā)生了很大的變化。以前嵌入式設備往往是一個孤立的、資源有限的系統(tǒng)，它們追求的是在有限的價格上滿足一定的功能性要求。通常它們采用那些功能并不強大的CPU。而今天人們對嵌入式設備在智能化和互連性上提出了要求，這使得嵌入式設備不再是孤立的，它們要通過互聯(lián)網、無線或是其他的方式實現(xiàn)相互連 接，同時它們也是軟件生態(tài)系統(tǒng)（software ecosystem）的一部分。嵌入式設備今天變成了稱之為“等同PC”的系統(tǒng)。它們必須運行很多相同的應用程序，它們需要采用相同的方式實現(xiàn)互連或是在某些情況下增強互連性。
而近年來在國內，支持802.11b的無線網絡已經日漸普及，無線網卡價格大幅跌落，給廣大的無線電子產品設計者提供了更多的選擇，極大豐富了設計和開發(fā)者的想象空間，逐漸設計出具有無線網絡數(shù)據(jù)共享、無線數(shù)據(jù)采集、無線告警等功能的最具競爭力的“后PC時代”產品。
與此同時，配備一個優(yōu)秀的圖形用戶界面，使產品和用戶能進行友善可靠的交互也已成為開發(fā)工作中非常緊迫的要求。本系統(tǒng)中使用的MiniGUI就是嵌入式Linux系統(tǒng)下一個輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，目前已比較成熟，并已被用到很多項目的實際開發(fā)中。
2 無線終端的硬件系統(tǒng)設計
無線終端設備的硬件模塊如圖1所示。
• PowerPC與Flash，RAM組成最小運行系統(tǒng)，提供無線終端設備軟件運行的環(huán)境。PowerPC還提供一個以太網端口和一個RS-232串行口，用于程序的調試、修改、編譯及燒寫。
• MPC823系列處理器是迄今為止摩托羅拉推出的PowerQUICC家族中，被廣泛使用的通訊處理器。它是嵌入式處理器內核（embedded PowerPC core）和通訊處理器模塊（CPM）的雙處理器的結構，片內的數(shù)據(jù)和指令cache，I/O腳的數(shù)目，一個實時時鐘，低功耗特性和一個增強的存儲控制器，性能遠勝于68360 QUICC。
圖1 無線終端的硬件模塊
3 軟件系統(tǒng)框架結構
用戶應用程序是最上層的開發(fā)，其交互界面直接通過MiniGUI圖形系統(tǒng)的API接口函數(shù)實現(xiàn)。MiniGUI交叉編譯安裝后一般以庫的形式存放在操作系統(tǒng)/powerpc-linux/local/lib文件目錄下。
該嵌入式系統(tǒng)的框架結構如圖2所示。
圖2 無線終端設備的軟件模塊
4 Linux設備驅動
系統(tǒng)調用是操作系統(tǒng)內核和應用之間的接口，設備驅動程序是操作系統(tǒng)內核和機器硬件之間的接口。Linux設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節(jié)，在應用程序看來，Linux硬件設備只是一個設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。設備驅動程序是內核的一部分，它完成以下的功能：
• 對設備初始化和釋放；
• 把數(shù)據(jù)從內核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；
• 讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù)；
• 檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。
Linux系統(tǒng)的設備分為三種：字符設備（Char Device）、塊設備（Block Device）和網絡設備（Network Device）。字符設備是指存取時沒有緩存，只能順序訪問的設備。塊設備的讀/寫都有緩存來支持，并且塊設備必須能夠隨機存取，字符設備則沒有這個要求。典型的字符設備包括鼠標、鍵盤、串行口等。塊設備主要包括硬盤、軟盤設備、CDROM等。文件系統(tǒng)必須安裝在塊設備上。塊設備主要是針對磁盤等慢速設備設計的，以免耗費過多的CPU時間來等待。
網絡設備在Linux里做專門的處理。Linux的網絡系統(tǒng)主要是基于BSD Unix的Socket機制。在系統(tǒng)和驅動程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結構（sk_buff）進行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對發(fā)送資料和接收資料的緩存，提供流量控制機制，提供對多協(xié)議的支持。
Linux給每個設備都分配一個主設備號（Major Number）和次設備號（Minor Number）。主設備號一般用來定義這個設備的類型。次設備號是一個8位的數(shù)字，它是指定一個特定的設備（主設備號指定設備的類型）。Linux具有設備無關性，它把每個設備都抽象為文件系統(tǒng)的一個文件。Linux為每個設備在/dev目錄下建立一個文件。
4.1 無線網絡設備驅動編程
Linux中的網絡設備又被稱為網絡接口，作為其中的三類設備之一，它有其非常特殊的地方。網絡接口在Linux的文件系統(tǒng)中不存在一個對應的文件，而是在核心中用一個net_device數(shù)據(jù)結構表示的。Linux網絡驅動程序的體系結構如圖3所示。可以劃分為四層，從上到下分別為協(xié)議接口層，網絡設備接口層，再就是提供實際功能的設備驅動功能層，以及網絡設備和網絡媒介層。在設計網絡驅動程序時，最主要的工作就是完成設備驅動功能層，使其滿足自己所需的功能。
圖3 網絡設備驅動結構
在Linux中所有網絡設備都抽象為一個接口，這個接口提供了對所有網絡設備的操作集合。由數(shù)據(jù)結構struct net_device來表示網絡設備在內核中的運行情況，即網絡設備接口。它既包括純軟件網絡設備接口，如環(huán)路（Loopback），也包括硬件網絡設備接口，如無線網卡。而由以dev_base為頭指針的設備鏈表來集體管理所有網絡設備，該設備鏈表中的每個元素代表一個網絡設備接口。數(shù)據(jù)結構net_device中有很多供系統(tǒng)訪問和協(xié)議層調用的設備方法，包括初始化，打開和關閉網絡設備的open和stop函數(shù)，處理數(shù)據(jù)包發(fā)送的hard_start_xmit函數(shù)，以及中斷處理函數(shù)等。
由于采用PCMCIA接口的無線網卡，首先是向內核注冊該PCMCIA設備（register_pccard_driver），然后driver_info_t數(shù)據(jù)結構中的attach函數(shù)指針所指向的偵測函數(shù)來初始化該PCMCIA設備，并且同時注冊和初始化該網絡設備。
4.2 字符設備驅動
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號