基于Linux2．6．24内核的WSN多频段网关设计 02 无线网卡, 3G网络, 控制器, 集线器, 以太网

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2．2 3G网络接入接口部分
        3G网络接入部分采用USB接口的华为ET128无线网卡。接入接口使用USB—HUB芯片AU9254A21，它是一款单芯片USB集线器控制器。AU92 54A21采用12MHz无源晶振，为芯片工作提供独立的时钟。3G网络接入部分接口电路如图4所示。

   
    2．3 以太网接入部分
        网关通过以太网口发送数据包的原理是：处理器先将待发送的数据存入到内部存储器，提供发送缓冲区的首地址和数据长度，然后执行发送命令，由DM9000A将数据按TCP／IP协议格式发送到物理链路上。
        因以太网信号电平与以太网控制器信号电平不同，所以在硬件电路实现上需要在控制器与RJ-45接口间增加一个网络变压器，网络变压器
    采用TRC9016。
        电信号通过网络变压器转换，然后经RJ-45接口接入以太网，从而完成数据发送过程。DM9000A主要完成数据包和数字电信号之间的相互转换。
   
    3 网关软件系统设计
        网关的软件环境采用的是嵌入式Linux系统。移植好的Linux2．6．24源码已经包含了以太网控制器DM9000A、USB接口芯片等芯片的驱动。因此，软件部分只需要设计串口扩展芯片TL1 6C554A的驱动程序以及Linux环境下的应用程序即可。
    3．1 串口扩展芯片TL16C554A驱动的实现
        Linux2．6．24内核提供了统一的设备驱动模型。多串口设备驱动的注册，流程如图5所示。

   
    3．2 Linux下PPP的管理和配置
        根据网关硬件接口的情况修改、移植通用驱动代码后，通过相关的配置，定制和编译网关所需的内核映像文件。内核编译采用的交叉编译器版本为arm-linux-gcc3．4．1，使用makemenuconfig ARCH=arm命令进入内核配置图形化界面，选择和PPP(Point-to-Point，点对点协议)有关的选项，添加系统对PPP功能的支持。界面如图6所示。配置完成以后，保存设置，退出内核配置图形化界面。使用命令：makeuImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-．编译完成以后，会在源码包的arch／arm／boot路径下生成内核映像文件uImage，如图7所示。




3．3 嵌入式Linux网络编程
        本设计中通过TD—SCDMA网络接入Internet。WSN子网的某一节点在上电后，网关分配给其一个1 6位的短地址，使其在子网中标识自己，然后周期性地发送其采集到的数据。网关收到传感器节点传送过来的数据之后，进行IEEE 802．15．4协议与以太网协议的转换，为了向网络设备提供透明的接口和区分串口数据的来源，需要制定统一的数据帧格式，所以协议转换后加上slip的帧头，通过串口设备发送给arm。
        arm在解析了slip帧头之后交给上层以及MAC层，解析以太网头，然后上交给适配层，适配层将对完整的IPv6数据进行压缩或者分片。数据在IPv6层根据邻居发现，找到要发送的网络，并且进行路由转发，经过在MAC层加上相应的MAC头后，经TD模块发送到TD—SCDMA通信网。这样，从子网到TD网络的数据转发结束。
    3．3．1 PPP协议简介
        PPP是一种提供两个实体之间数据包传输的链路连接设计的链路层协议。这种链路具有全双工操作、实现流量和差错控制等功能，并按照顺序传递数据包。可以通过拨号或者专线方式，让客户端和服务端建立起一种点对点的连接，传递数据。
    3．3．2 建立拨号连接
        在Linux系统中，通过PPP可以将主机与一个PPP服务器连接并进入该服务器所连接的网络资源，就好像直接连上那个网络一样。建立一个PPP连接上网主要有以下步骤：第一步是调用会话程序。然后会话程序通过发送AT指令给3G模块，完成拨号、身份验证、配置等工作。最后，客户端的pppd程序与服务器端的pppd程序进行握手，建立好连接，相互传递数据。多频段网关建立网络连接流程图如图8所示。

   
    3．4 应用程序的设计
        由于数据来源于4个频段子网汇聚节点的串口，因此网关的应用程序采集多频段子网汇聚节点数据部分设计上采用Linux系统中的多设备读取机制select(I／O多工机制)来实现对多个串口的监听。多串口采集数据的流程如图9所示。