通信与网络中的基于eCos的无线网卡驱动设计与实现
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2020-11-10
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通信与网络中的基于通信与网络中的基于eCos的无线网卡驱动设计与实现的无线网卡驱动设计与实现
摘要：本文详细介绍了 eCos下无线网卡驱动程序的体系结构及其设计方法，并将 linux2.6内核所提供的无线配
置工具移植到 eCos下，扩展了 eCos下的无线配置管理功能。 一、引言 近年来，无线局域网技术，以
其灵活性、移动性、高速率及低成本等优势越来越受到广大用户的青睐，因此，如何快速而高效的研发无线局
域网设备，对于在该领域内掌握核心技术及保持市场竞争力具有重要意义。本文通过对开发北京*万通微电子技
术股份有限公司自主研发的无线局域网芯片在 eCos（Embedded Configurable Operation System）操作系统下
驱动程序的经验总结，介绍了基于 eCos
摘要：本文详细介绍了 eCos下无线网卡驱动程序的体系结构及其设计方法，并将 linux2.6内核所提供的无线配置工具移
植到 eCos下，扩展了 eCos下的无线配置管理功能。
一、引言
近年来，无线局域网技术，以其灵活性、移动性、高速率及低成本等优势越来越受到广大用户的青睐，因此，如何快速而
高效的研发无线局域网设备，对于在该领域内掌握核心技术及保持市场竞争力具有重要意义。本文通过对开发北京*万通微电
子技术股份有限公司自主研发的无线局域网芯片在 eCos（Embedded Configurable Operation System）操作系统下驱动程序
的经验总结，介绍了基于 eCos的无线网卡驱动程序编写的一般方法，并扩展了 eCos下的无线网络配置功能，对于嵌入式研
发人员在 eCos下开发无线网卡驱动程序有着实际的指导意义。
二、eCos下无线网卡驱动程序的体系结构
eCos即嵌入式可配置操作系统，其最大的特点是可实现源码行级别的配置，与嵌入式 linux相比，eCos最小版本只有几百
个字节 , 体积小巧，非常适合小型嵌入式系统的开发。同时，eCos使用了多任务抢占机制, 具有最小的中断延迟, 支持嵌入式
系统所需的所有同步原语, 并拥有灵活的调度策略和中断处理机制 , 具有良好的实时性。因此，相对于其他嵌入式操作系统而
言，eCos更适合于处理实时性信号如 WLAN等通信设备的开发。
对于无线局域网设备，技术的关键点则在于驱动程序的设计和 IEEE802.11MAC协议栈的实现上。通常情况下，操作系统
的驱动程序应包含以下功能[1]：
1、向内核注册设备；
2、提供一些基本的 I/O函数，负责设备的初始化和配置任务，以及从设备收发数据、控制设备、处理设备中断等；
3、调用系统函数，管理设备。驱动程序可调用操作系统内核所提供的函数实现同步、计时、内存管理、缓冲区管理及资
源管理等功能；
由于我们研究开发的是 eCos下的无线网卡驱动程序，因此驱动程序中还必须实现以下功能：
1、实现 IEEE802.11MAC协议栈的部分管理功能；
2、对无线网络配置管理的功能。
在eCos下，网络设备驱动程序大致可以划分为四层，从上到下分别为协议接口层（与 eCos内核及上层协议通信）、网卡
高层驱动程序层、提供实际功能的网卡底层驱动功能层、以及网络设备——无线网卡。网卡高层驱动程序是 eCos 对不同类型
网卡的底层驱动程序提供了统一的程序接口和编写规范[2]。这样，网卡驱动程序的实现和移植更加灵活和方便。我们实现的
无线网卡驱动程序就属于网卡底层驱动功能层，主要分为两大部分， IEEE802.11 MAC协议栈及底层驱动接口程序。由于在
实际应用时， IEEE 802.11 MAC协议的实现大部分以硬件实现为主，因此驱动程序中 IEEE 802.11 MAC协议栈部分主要实现
协议的部分管理功能，而底层驱动接口部分为编写网卡驱动程序的难点，因此，本文将重点介绍底层驱动接口程序部分的实现
方法，该驱动程序硬件基于PCI/Cardbus接口的无线网卡，操作系统则基于最新的 eCos 2.0版本。
三、eCos下无线网卡驱动程序的实现
由于 eCos没有提供 WLAN设备的驱动模型，我们利用 eCos原有的以太网驱动模型，把 WLAN网卡注册成以太网设备，
向上层提供以太网驱动的接口，从而使得上层协议栈可以直接使用 WLAN网卡。但是 WLAN网卡和以太网网卡相比需要更多
的对 MAC协议栈的管理，譬如，设置信道和设置 BSSID，而这些操作接口是 eCos的以太网设备驱动模型中没有的，对此，
我们通过自己的上层管理程序进行操作，这需要在驱动中注册 IOCTL为管理程序提供相应的接口，同时扩充 eCos的无线网络
配置功能，在后面的内容中会详细介绍。
3.1 驱动的注册：在eCos中，通过下面的宏的一个实例注册一个以太网设备，
NETDEVTAB_ENTRY( wlan_netdev, /*设备表名*/ DRIVER_NAME, /*设备名*/
系统启动时，初始化函数 wlan_eth_init()被调用，其主要功能是初始化硬件。实现的步骤包括：判断硬件是否正常工作；
向系统注册网卡设备；初始化无线网卡的相关寄存器，收发数据包的缓冲区等；为上层协议栈分配内存。实现的伪代码如下：
static int wlan_eth_init(struct cyg_netdevtab_entry *tab)
{
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