基于Linux-ARM平台的3G无线联网方案设计

摘要：本研究的目的是实现一个具有3G无线网络接入功能的嵌入式系统。系统的硬件平台是基于ARM系列的S3C2410微处理器。文章简要介绍了该系统的体系结构，给出USB主机接口硬件电路。研究基于USB接口的3G无线网卡的无线网络接入功能实现，包括研究Linux USB设备驱动程序、实现USB Serial设备的驱动、定制Cramfs文件系统。最后移植和配置PPP拨号程序，实现嵌入式系统通过3G无线网卡接入无线网络的功能。
关键字：嵌入式系统；Linux：3G；无线网卡；arm

0 引言
    目前，嵌入式技术已广泛应用于工业控制、无线通讯、网络应用、消费类电子产品、成像和安全产品等各类产品。随着3G牌照的发放，无线网络的带宽大幅扩展，具有3G无线网络接入功能的嵌入式系统更加具有发展前景。本文将介绍中兴的AC580无线网卡在以S3C2410微处理器为核心的嵌入式系统上的应用。

1 终端系统的硬件平台
1．1 系统体系结构
    S3C2410处理器作为核心芯片集成了许多重要功能模块，本系统主要用到以下部分：NandFlash控制器、SDRAM控制器、3个通道的UART、2个USB主机接口、1个USB设备接口、JTAG。NandFlash作为存储器，用于存储支撑整个系统软件的BootLoader、Kernel、文件系统。在开发调试时串口作为控制台起作用，USB设备接口起到与PC机连接并下载传输数据的作用，而USB主机接口用于连接3G无线网卡设备，Embedded-ICE(20脚标准JTAG)接口和并口式JTAG接口则支挣ADS软件的下载、调试以及Flash的烧写。系统结构图如下：

1．2 USB主机接口硬件电路
    中兴的AC580无线宽带上网卡是基于CDMA20001X／EV-DO REVA网络的数据卡产品。它采用USB接口进行连接，支持Linux操作系统。其传输速率为上行(反向链路)最高到1．8Mb／s，下行(向前链路)最高3．1Mb／s，工作频段为CDMA800MHz。网卡可以直接通过S3C2410集成了的USB HOST控制器接入，不需要附加额外的芯片，非常方便。USB总线协议定义了四条信号线，其中两条负责供电，另外两条负责数据的传输。USB HOST接口硬件电路如图2所示。

2 系统的3G无线网络接入功能实现
    系统软件包括以下三个部分：vivi作为BOOTLOADER(引导启动程序)；Linux-2．6．24作为嵌入式操作系统；Cramfs作为系统的文件系统。系统将采用PPP拨号的方式接入无线网络。[!--empirenews.page--]
2．1 设备驱动与KERNEL
    Linux内核采用的是2．6．24版本，需要移植到ARM平台。设备驱动程序可以被看作操作系统的一部分。设备驱动既可以交叉编译到内核镜像中，也可以以模块的形式存放在文件系统中，并在运行时加载模块。本系统采用的方式是编译到镜像文件中。
    USB驱动程序分为主机控制器驱动程序(HostController Driver，HCD)、主机端设备驱动程序(USBD)和不同的USB设备的设备类驱动(Sla-ve Device Driver)。USB的HCD是USB主机驱动程序中直接与硬件交互的软件模块，USBD是整个USB主机驱动程序的核心，而USB设备类驱动则是最终与应用程序交互的软件模块。

    USBD和HCD需在配置内核编译选项时选择编译进内核。对于USB设备类驱动，AC580使用的是高通公司的MSM6085芯片，这款芯片能在USB下仿真出串口，并通过它来完成拨号工作。将中兴的USB Serial驱动源码加入内核源码中，修改Makefile和Kconfig，将USB Serial驱动编译进内核。
    另外AC580是一个多合一设备，有CDROM、USBMASS Storage、USB Serial三部分，因此还需添加对SCCICDROM、USB MASS Storage的支持。同时为了实现拨号，编译的内核还应添加对PPP协议的支持。
2．2 建立Cramfs文件系统
    Cramfs文件系统是专门针对闪存设计的只读压缩的文件系统。当系统需要访问Cramfs文件系统中某个位置的数据时，计算出该数据在文件系统中的位置，并实时解压到内存中。文件系统中的系统基本应用程序可以使用Busybox来定制。
    本系统中使用的AC580无线网卡连接到主机时，USB缺省工作方式是USB存储设备，在Linux下显示为CDROM和USB Storage两个设备，拨号需要找到USB Serial设备。首先需要安装好USB Serial驱动，其次使用eject／dev／srl命令弹出USB存储设备。这时AC580中的高通芯片将翻转为串口模式(在／dev目录下显示为／ttyUSB0、／ttyUSBl、／ttyUSB2、／ttyUSB3几个设备)，可以用于拨号及无线网络数据传输。因此在配置编译BusyBOX时，除必须的系统基本应用程序外，还必须置eject命令。
    在／lib目录下添加共享链接库。添加内核模块和配置脚本，包括rt73．ko、／linuxrc、／etc目录下的配置文件等。在／dev目录下创建设备节点。字符设备的设备文件由字符“c”来识别，块设备由字符“b”来识别。通常而言，主设备号标识设备对应的驱动程序，大多数设备按照“一个主设备号对应一个驱动程序”的原则组织，次设备号由内核使用，用于正确确定设备文件所指的设备。以下几个节点是必须的：
   
2．3 PPP拨号接入CDMA2000 lx／EVDO无线网
    PPP是简单链路设计的链路层协议，设计目的主要是用来建立点对点连接进行数据收发。一个PPP会话分为四个步骤：连接建立、连接质量控制、网络层协议配置、连接终止。PPP协议作为链路层协议，它是在Linux内核中实现的。
    PPP拨号需要拨号程序及拨号脚本。拨号程序选择的是PPP-2．4．1，将交叉编译生成的chat、pppd、pppdump、pppstats程序文件添加至系统文件系统的／usr／sbin目录下。
    拨号脚本及所需文件存放在文件系统的／etc／ppp／目录下：pap-secrets、chap-secrets、PPP-off、resolv．conf、chat-connect、／peers／cdma3g。其pap-secrets、chap secrcts是chap和pap认证文件；resolv．conf是域名服务器配置文件；chat-connect是chat脚本；PPP-off是下线脚本；cdma3g是pppd脚本，里面配置了pppd程序参数。以下是主要的PPPd程序参数：
    ／dev／ttyUSB0 Modem在ttyUSBO上；115200串口的速率；noipdefault不使用指定ip；defaultroute加入缺省路由；scr“vnet．mobi”用户名；connect‘／usr／sbin／chat-S-V-f／etc／ppp／cbat-connect’调用chat程序并使用chat-connect脚本。
    用mkcramfs工具生成Cramfs文件系统。至此，可以利用PPP拨号来实现3G无线网络接入功能了：#pppd calledma3g

3 结束语
    本文详细介绍了基于S3C2410微处理器的嵌入式Linux系统接入3G无线网络的方法，对系统的硬件架构及软件实现进行了详细介绍。3G无线宽带网接入功能使得嵌入式系统在无线通讯、网络应用、消费类电子等方面具备广阔的发展前景和强大的竞争力，给嵌入式系统带来更广泛的应用。