基于S3C2440平臺的USB_WiFi驅動移植

陳侃松+邵沖+張丹+張滿意+何林桂

摘 要：針對當下比較通用的USB_WiFi無線通信芯片在嵌入式系統開發應用中的具體要求，分析 Linux系統下基于ARM9處理芯片S3C2440 的USB_ WiFi驅動程序。結合 S3C2440與AR9271的接口電路設計、USB_WiFi驅動程序體系結構移植了USB無線設備驅動，并分析了數據傳輸的具體過程。根據實驗結論，該WiFi驅動程序能夠實現預期目標，并可用于應用系統的開發。

關鍵詞：WiFi無線通信；Linux；S3C2440；驅動程序；無線網絡設備

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）05-00-02

0 引 言

隨著科技的進步， 基于802.11系列協議的WiFi無線保真通信技術迅猛發展，使得WiFi技術能夠應用在多種不同的嵌入式設備上，并方便的連接運營商提供的接入點。WiFi與其他無線通信技術相比， 擁有組網靈活，數據傳輸速度快，傳輸距離遠的特性。在已部署WiFi網絡的范圍內搭建WSN網絡非常靈活而且組網成本不高。

1 WiFi技術和平臺介紹

1.1 硬件平臺總體設計

如圖1所示，能達到本文需求的無線傳輸系統由S3C2440控制器、WiFi無線網卡和上位機組成。測試系統將輸入的數據傳輸給中心處理芯片S3C2440，S3C2440將得到的數據儲存到存儲器，并對數據進行處理，然后由USB接口將封裝的數據通過WiFi網絡建立起的無線通信鏈路，傳送到遠端上位機。

圖 1 硬件平臺設計圖

1.2 USB接口電路設計

S3C2440處理器通過USB接口與Atheros AR9271無線網卡的USB接口連接，實現數據的傳輸和接收。其中，數據的發送端是S3C2440。針對設備對系統資源需求的不同，在USB規范中規定了4種不同的數據傳輸方式，這里使用實時傳輸方式。這種傳輸方式可以連續不斷地在S3C2440與USB設備之間傳輸數據。S3C2440的DN0、DP0引腳分別與AR9271的DM、DP引腳相連接；DN與DP輸出的是一對差分信號。

2 WiFi驅動程序移植

2.1 WiFi驅動體系結構

AR9271無線網卡正常工作所需要的驅動程序主要包括兩部分：WLAN驅動和USB接口驅動。WLAN驅動的作用在整個數據接收和傳輸的過程中非常重要，它既要接收從應用層傳來的數據，把數據從USB接口轉發到S3C2440平臺；又要響應S3C2440平臺傳過來的中斷，借助USB驅動程序注冊的接口函數，讀取硬件緩沖區的數據流，傳遞數據到應用層。內核啟動后，會自動加載AR9271的固件htc_9271.fw，它在S3C2440平臺根文件系統的/lib/firmware目錄下。它的主要作用是控制WiFi硬件上的接口，完成802.11數據幀和802.3數據幀之間的轉換和實現數據緩沖。由此可見， WiFi無線網卡設備在Linux中是被當作一般的以太網設備來識別。

2.2 USB接口驅動分析

USB接口初始化函數由ath9k_hif_usb_init入口，ath9k_hif_usb_exit出口。ath9k_hif_usb_init所做的工作，就是通過usb_register函數將ath9k_hif_usb驅動掛入到內核USB驅動鏈中。

ath9k_hif_usb_probe函數是最重要的，主要用于設備的探測以及所需內核資源的初始化。ath9k_hif_usb_suspend和ath9k_hif_usb_resume主要是處理電源管理相關工作，如收到suspend時以怎樣的低功耗工作，以及resume如何恢復等。

ath9k_hif_usb_disconnect是當USB設備從系統中移除之后會調用的接口。rtusb_usb_id是驅動支持的USB設備ID。

ath9k_hif_usb_driver結構體初始化時向內核注冊完之后，驅動就會掃描USB總線，查找是否有此驅動相應的設備在總線上，如果有設備，就會調用probe函數；或者驅動初始化后，再把設備插到系統上，此時也會從USB總線的中斷觸發到ath9k_hif_usb_driver的probe函數。兩種調用的觸發方式不同。

2.3 無線網卡驅動分析

2.3.1 Probe函數分析

ath9k_hif_usb_driver中的probe函數作用是測試當前驅動是否支持接入的USB設備。如果支持該USB設備，則調用interface_to_usbdev（）函數先獲取該接口的信息，再讓udev結構體指針指向這段信息，使用kzalloc（）函數為該USB設備分配空間，用hif_device_usb *hif_dev指針接收。然后把設備信息、接口信息、設備ID賦值給分配的USB設備：

hif_dev->udev = udev；

hif_dev->interface = interface；

hif_dev->usb_device_id = id；

接著probe 函數調用 usb_set_intfdata（struct usb_interface *intf， void *data）函數，這個函數的第一個參數是通過probe函數接收的要支持USB設備接口的數據結構的指針，第二個參數是內核中自己分配的描述該USB設備的結構體指針。 這個函數主要的作用是把接口和本驅動要用到的USB設備結構體建立連接。通過probe（struct usb_interface *interface，const struct usb_device_id *id）函數和上面一系列的分析我們可以看出來，一個設備對應一個驅動。

在這一系列工作完成后，通過init_completion（&hif_dev->fw_done）函數把它放入等待隊列，等待加載與之相對應的固件。

2.3.2 數據的傳輸

USB無線網卡與其它接口無線網卡不一樣的地方是，USB無線網卡是ath9k_hif_usb_rx_cb（）函數通過查詢來確定是否需要讀取數據，而不是使用中斷方式。當USB設備需要傳輸數據給其它無線設備時，ath9k_hif_usb_alloc_rx_urbs（）函數會分配一個URB結構體，然后由ath9k_hif_usb_rx_cb（）函數向USB核心發送一個讀請求，以便它能夠及時響應。當準備發送數據時，802.11協議層會構造并填充kb_buff結構體來描述將要發送的數據包，并調用hif_usb_send（）函數來發送該數據包；這個函數的另一個作用是根據數據包的長度把它分割成USB設備能夠傳輸的長度，然后構造寫請求URB，再發送到USB核心，當USB設備從系統中移除后，就會調用ath9k_hif_usb_disconnect（）函數，釋放已經分配的系統資源，注銷該設備。

3 結 語

作為目前無線網絡應用最廣泛的技術，在S3C2440平臺上WiFi驅動的移植非常具有實際意義。本文分析移植了基于Linux系統的USB接口WiFi驅動程序的具體過程，且測試可用。這為其他的嵌入式平臺WiFi驅動提供了參考。

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