0 引 言
    隨著移動通信和便攜通信的發展，無線局域網WLAN日漸普及。嵌入式系統中無線局域網的接入，既可以實現對嵌人式系統的無線控制和數據傳輸，又可以滿足一些特殊應用的場合。這里通過對USB無線網卡的Linux設備驅動的深入理解和分析，成功地移植在Atmel 9261 ARM處理器上。實現了嵌入式系統的無線局域網接入。利用該平臺，可以進一步設計完善醫用伽馬相機和小型SPECT設備的手持數據采集系統，使得控制人員能夠遠離數據采集現場，而通過遠程終端來控制現場數據和各種控制信號，較好地解決了安全性問題。

1 硬件系統構成
1．1 USB無線網卡介紹
    無線網卡是無線局域網(WLAN)的重要組成部分，WLAN的物理層及MAC層是用無線網卡的硬件及其軟件完成的，而LLC層以上各層均由計算機軟件來實現。WLAN包括進行通信的網絡接口卡(簡稱無線網卡)和接人點／橋接器(AP／網橋)。其中，無線網卡提供了最終用戶設備(手持設備)與接人點／橋接器之間的接口。目前，無線網卡主要以PCMCIA，CompactFlash(CF)卡的形式廣泛應用。大多數可用的無線網卡都是基于Intersil Prism或Lucent Hermes芯片組的，其中USB設備的無線網卡則由Ateml芯片組支持。該系統采用D-Link的WLG-122無線網卡，芯片組為Prism2，它通過USB host port接入。
1．2 系統構成
    主控制器采用Atmel 9261，工作頻率180 MHz，具有16 KB數據cache和16 KB指令cache，外接64 MBNAND FLASH和64 MB SDRAM，外圍接口由10／100 Mb／s自適應以太網卡，3個USB 2.0接口，2個通用異步收發器(UART)，LCD接口以及串行外圍接口(SPI)等組成，可以方便地外接工作設備。操作系統采用Linux 2.6.15；Bootloader采用U-boot；根文件系統采用ramdisk。系統啟動后掛載yaffs文件系統，該系統采用Ateml公司的Atmel 9261開發板，外圍接口包括2個USB host接口，其中一個外接USB無線網卡。無線路由器采用Cisco-Linksys的WRTl60N，支持802.11g標準、TCP協議和TFTP協議，如圖1所示。

2 USB無線網卡驅動
2．1 Linux USB驅動模塊結構
    對于接入系統中的USB無線網卡，從CPU的角度首先看到的是USB總線，然后才是網卡芯片，所以USB驅動要先于網卡驅動實現。USB設備接口有主機端與設備端區別，因而USB驅動程序也有USB主機端驅動程序與USB設備端驅動程序之分。在主控機方面，主要有UHCI和OHCI兩種規范。
    上層的應用軟件對系統的USB設備進行訪問是通過文件系統的形式進行的。每個連接到系統總線上的USB設備可以同時對應一個或多個驅動程序，即每個USB設備可以在Linux系統上設置一個或多個節點供應用程序使用。
    由于USB接口為主從方式和多設備連接的樹狀網絡結構，所以USB主機必須具備對所有連接在總線上不同類型的USB設備進行配置管理的功能。LinuxUSB主機驅動程序可以同時支持多路USB總線功能，每路USB總線獨立工作。USB主機驅動由USB主機控制器驅動(HCD)，USB驅動(USBD)和不同的USB設備類型驅動三部分組成。圖2描述了Linux USB驅動程序的結構。Linux定義了通用請求塊(UniversalReqlaest Block，URB)，用來在USB設備類驅動程序與USBD，USBD與HCD間進行數據傳輸。
2．2 LinUX網絡驅動程序結構
    所有的Linux網絡驅動程序都遵循通用的接口。設計時采用面向對象的方法，即一個設備就是一個對象(net device結構)，它內部有自己的數據和方法。一個網絡設備最基本的方法有初始化、發送和接收。Linux網絡驅動程序的結構可以劃分為網絡協議接口、網絡設備接口、設備驅動功能和網絡媒介四層。網絡驅動程序中最主要的工作就是完成設備驅動層功能，使其滿足所需要的功能。
2．2．1 USB無線網卡驅動設備的訪問和控制
    與PCI,ISA等設備不同，USB,1394等新一代總線沒有IO／MEM映射、中斷和DMA硬件資源，取而代之的是抽象出來的硬件資源概念。對USB設備來說，資源主要包括配置(configuration)、接口(interface)和端點(endpoint)。這些資源中，端點對于USB設備有著最重要的意義，實際的數據傳輸就是通過端點的讀寫實現的。驅動程序通過描述符來獲取這些資源。在初始化時，USB驅動程序從設備端點0讀取描述符，經過解析后保存這些資源的屬性，為傳輸數據做準備。

2．2．2 USB網絡設備驅動程序設計
    USB無線網卡驅動程序首先向USB子系統注冊自己，然后通過vendor id和device id來判斷硬件設備是否已經插入總線，攝像頭驅動程序需要創建一個

    當無線網卡插入USB總線時，USB core就會調用Probe方法來檢測被傳遞進來的信息，以確定無線網卡設備是不是與驅動程序匹配，同時填充struct net_device完成對該網絡設備的初始化。當無線網卡被拔出時，USB core就會調用Disconnect方法來完成清除工作。驅動程序通過顯示模塊的初始化和消除函數注冊與注銷模塊調用module_init來初始化一個模塊，并在卸載時調用moduel_exit函數。

其中，open函數主要完成對描述網卡硬件數據結構pAd的初始化，包括urb包接收函數、接口配置函數、初始化發送接收數據結構和MAC地址拷貝函數，以及最后開始的net_dev數據發送接收函數。RTMPSend-Packets函數負責發送包裝好的網絡數據包。無線網卡驅動與USB core的通信則通過中斷／批量的方式來傳送。

3 編譯與測試
3．1 無線網卡驅動編譯
    該系統的Linux內核版本為2．6．15，在宿主機上進行內核配置，通過“make menuconfig"將內核中不必要的功能去掉，增加對WLAN的支持。依次點擊De-Vice Driver→Network device suppor→Wireless LAN(non-hamradio)→選中Wireless Lan driners(non-hamradio)＆Wireless Extensions；然后進入通用USB-WLAN驅動程序源碼，修改makefile，將內核文件夾選項重新定位在剛才編譯好的Linux內核下，通過“make"在該文件夾下編譯生成rt73．ko驅動模塊。
    在ARM嵌入式Linux開發中文件的傳輸方式有多種，比如TFTP服務和NFS文件系統。在此采用將rt73．ko驅動模塊下載至開發板，由于Linux支持模塊的動態加載，所以可以很方便地將該模塊用“insmod”加載至內核，通過“lstood”查看加載的模塊，之后rt73模塊已經被成功加載。
    在開發板文件系統中添加無線管理應用程序，和iwconfig，iwapy，iwlist等，用于配置頻率、網絡、ID、ES-SID、接受靈敏度、接人模式、無線網絡標準、加密開關。
    最后編寫無線網絡啟動和自配置程序，實現自動配置IP地址和無線網卡。至此整個無線網卡驅動程序全部編譯完成。
3．2 測試結果及分析
    啟動無線網絡，編寫測試帶寬程序。該測試程序采用C／S設計模式，客戶端運行在ARM開發板上，服務器運行在局域網內一臺Linux PC上。改測試程序的工作流程主要如下，客戶端分別發送不同大小的字節流，經服務器處理計算出對應的帶寬，可以得到一條寬帶曲線，進而得到網絡實際能夠達到的最大帶寬。經反復測試，該無線網卡能夠穩定工作，在距離AP 50 m的半徑內下帶寬為6 Mb／s，距離理論值54 Mb／s還有一定距離，具體原因正在分析中。測試結果如圖3所示。

4 結 語
    Linux作為當今市場上嵌入式系統使用比例最高的操作系統，其驅動模式支持模塊堆疊技術，內核開發者已提供了一些通用模塊。現從工程應用出發，研究并移植了Linux下USB無線網卡的設備驅動，以此為基礎既可以構建嵌入式無線局域網，又可以用于有線網絡無法延伸或難以安裝，以及有可靈活移動和臨時性使用等要求的、諸如外加攝像頭和圖像處理芯片的場合，還可以用于工業現場中的遠程無線視頻監控。