作者：重慶郵電學(xué)院 楊云 王平 鐘剛

摘要：介紹一種基于IEEE80211b的EPA溫度變送器的設(shè)計(jì)方案，闡述系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu)，說明嵌入式Linux系統(tǒng)中驅(qū)動程序的開發(fā)過程。系統(tǒng)以S3C2410為核心器件，可以很好地完成溫度數(shù)據(jù)的采集處理，并可以通過IEEE80211b接入點(diǎn)與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行通信，且在基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行了測試。

關(guān)鍵詞：EPA IEEE802.11b 嵌入式Linux 溫度變送器

引言

IEEE802.11是IEEE無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于用戶終端的無線接入。IEEE802.11只規(guī)定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的物理層和介質(zhì)訪問子層，其MAC層利用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）協(xié)議；定義了單一的MAC層和多樣的物理層，其物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有IEEE802.11b、IEEE80211a和IEEE80211g。IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，最高可以支持11 Mbps的數(shù)據(jù)速率，運(yùn)行在2.4 GHz的ISM頻段上，采用的調(diào)制技術(shù)是CCK,支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

本文詳細(xì)分析了采用S3C2410處理器平臺具體實(shí)現(xiàn)運(yùn)用于EPA網(wǎng)絡(luò)的IEEE802.11b無線實(shí)時溫度采集器的開發(fā)流程，并對串口通信的調(diào)試手段及常見問題進(jìn)行了探討。

1 溫度變送器的硬件設(shè)計(jì)

溫度變送器系統(tǒng)平臺硬件系統(tǒng)功能如圖1所示。該平臺的核心器件是Samsung公司的處理器S3C2410，外部擴(kuò)展了16 MB、16位的Flash內(nèi)存和64 MB、32位的SDRAM。處理器S3C2410通過UART接口和溫度變送器相連，通過USB接口和一個IEEE802.11b網(wǎng)絡(luò)接口卡相連，通過RS232串口和外部PC相連。溫度變送器采集到的溫度數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)緩沖區(qū)中，處理器S3C2410可對緩沖數(shù)據(jù)直接進(jìn)行相關(guān)處理；處理后的數(shù)據(jù)可以通過RS232串口傳送給外部宿主機(jī)PC，也可通過IEEE802.11b網(wǎng)絡(luò)接口卡發(fā)送到無線局域網(wǎng)上。

S3C2410處理器功能十分強(qiáng)大，資源豐富。它內(nèi)部集成了ARM公司的32位微處理器ARM920T，主頻最高可達(dá)203 MHz，具有獨(dú)立的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache，還有LCD控制器、RAM控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、并行I/O口、8路10位ADC、觸摸屏接口、2個USB接口控制器和2路SPI。

從外部溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)S3C2410 CPU數(shù)據(jù)處理模塊傳回到IEEE802.11b USB接口卡；IEEE802.11b的無線通信模塊經(jīng)IEEE802.11b的接入點(diǎn)傳到外部以太網(wǎng)絡(luò)中。

圖1硬件系統(tǒng)功能

2 溫度變送器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度變送器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖2所示。系統(tǒng)分3步實(shí)現(xiàn)：① 為溫度變送器編寫內(nèi)核驅(qū)動程序；② 編寫溫度數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序，通過串口獲取溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的EPA報文打包處理；③ 利用無線網(wǎng)絡(luò)將處理數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。前面提到系統(tǒng)平臺上運(yùn)行的是ARM Linux。在啟動后啟用了MMU，系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)模式，所以應(yīng)用程序不能直接讀/寫外設(shè)的I/O區(qū)域(包括I/O端口和I/O內(nèi)存)。這時一般要借助于該外設(shè)的驅(qū)動來進(jìn)入內(nèi)核態(tài)完成這項(xiàng)工作。

圖2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

2.1 串口的驅(qū)動實(shí)現(xiàn)

在Linux下，設(shè)備驅(qū)動程序可以看成Linux內(nèi)核與外部設(shè)備之間的接口。設(shè)備驅(qū)動程序向應(yīng)用程序屏蔽了硬件實(shí)現(xiàn)上的細(xì)節(jié)，使得應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣來操作外部設(shè)備，可以使用和操作文件中相同的、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用接口函數(shù)來完成對硬件設(shè)備的打開、關(guān)閉、讀/寫以及I／O控制操作； 而驅(qū)動程序的主要任務(wù)也就是要實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。本系統(tǒng)平臺使用的嵌入式ARM Linux系統(tǒng)在內(nèi)核主要功能上與Linux操作系統(tǒng)沒有本質(zhì)區(qū)別，所以驅(qū)動程序要完成的任務(wù)也一樣；只是編譯時使用的編譯器、部分頭文件和庫文件等要涉及具體處理器體系結(jié)構(gòu)， 這些都可在Makefile文件中具體指定。當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如open、close、read、write等系統(tǒng)調(diào)用操作時，Linux內(nèi)核將通過file_operations結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動程序提供的函數(shù)。例如，當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件執(zhí)行讀操作時， 內(nèi)核將調(diào)用file_operations結(jié)構(gòu)中的read函數(shù)。在系統(tǒng)平臺上對串口數(shù)碼攝像頭驅(qū)動，首先把串口驅(qū)動模塊靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核，使平臺支持串口;再在須使用溫度采集時，使用insmode動態(tài)加載其驅(qū)動模塊。這樣溫度傳感器就可正常工作了，接著進(jìn)行下一步——對溫度的采集編程。

2.2 溫度數(shù)據(jù)采集模塊

在溫度變送器串口被驅(qū)動后，需要再編寫一個采集溫度的應(yīng)用程序。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)特征，先在宿主機(jī)上流程編寫應(yīng)用程序；再使用交叉編譯器進(jìn)行編譯、鏈接，生成目標(biāo)平臺的可執(zhí)行文件。宿主機(jī)與目標(biāo)板通信采用打印終端的方式進(jìn)行交叉調(diào)試， 成功后移植到目標(biāo)平臺。編寫采集程序是在安裝Linux操作系統(tǒng)的宿主PC機(jī)上進(jìn)行的，其程序流程如圖3所示。

圖3溫度數(shù)據(jù)采集程序

程