摘要：闡述擁有自主MAC層協議無線網卡的構建方法和實現過程。改進了基于Intersil公司的PRISM 2系列無線網卡套片的無線局域網解決方案，使用DSP和CPLD來替代其中的MAC層控制芯片，實現自主MAC層協議的無線網卡開發。

關鍵詞：無線網卡 PRISM2 TMS320VC5402 EPM7128AE MAC協議

隨著無線網絡應用領域的增長，各種無線接入方式不斷涌現，基于IEEE 802.11無線以太網標準的寬帶無線接入系統憑借其高達11～54Mbps的數據傳輸速率及其建網速度快、運營成本低、投資成本回報快等特點獲得用戶的青睞。但是無線網卡芯片供應商只向用戶提供套片解決方案，這對研究無線局域網MAC層協議的高校和科研單位來說極為不便。通常的作法是：首先開發出自己的MAC層協議軟件，然后使用信道仿真器來仿真此MAC層協議。這種作法的缺點是不能在物理信道上實測。本文針對該問題，基于Intersil公司的PRISM2系列無線局域網套片的解決方案，去掉其中的MAC層控制芯片，使用TMS320VC5402和PEM7128AE來完成對套片其它芯片的控制和數據交換，實現自主的MAC層協議無線網卡。

圖1

1 無線網卡解決方案

Intersil公司的PRISM2系列無線網卡套片及其主要功能如表1所列。

使用該套片，根據Intersil公司提供的無線局域網解決方案，就可以方便地構建IEEE802.11b的無線網卡。

參考Intersil公司的提供的無線局域網解決方案，筆者提出的擁有自主MAC層協議的無線網卡解決方案如圖1所示。

在該方案中，去掉了PRISM2系列套片中的MAC層控制芯片HFA3841，用TMS320VC5402和EPM7128AE來實現對PRISM2系列其它芯片的控制和數據交換，構建擁有自主MAC層協議的無線網卡。

圖2

2 無線網卡的接口分析

根據Intersil公司提供的套片數據手冊及其各芯片的接口關系可知，要構建自主MAC層協議的無線網卡，替代芯片組TMS320VC5402和EPM7128AE須有以下接口能力。

①具有足夠的通用I/O口，以便與套片的各個控制引腳相連接，對其進行置位或清位操作，從而使無線網卡處于正確的收發狀態。

②具有SPI接口，能夠對HFA3683、HFA3783和HFA3861中各個寄存器進行初始化。同時需要注意的是，對HFA3861來說應該是16位的數據傳輸格式，先傳數據高位；對HFA3783和HFA3683來說，應該是20位的數據傳輸格式，先傳輸數據高位。

③具有連續數據傳輸的能力，能夠與HFA3861進行連續的數據交換。需要注意的是數據接收和發送的時鐘都需要由HFA3861來提供。

根據TMS320VC5402的芯片資料可知，TMS320VC5402具有2個支持多種接口標準且能高速雙向數據傳輸的多通常緩沖同步串口（McBsp）。將DMA與McBsp相結合，在不占用CPU資源的情況下，可以構造自動收發的串行數據傳輸通道。同時EPM7128AE提供了足夠的門陣列單元和I/O引腳，可以完成對無線卡控制引腳的置位或清位操作，同時還可以在EPM7128AE里面設計完成802.11b的部分功能（如退避、定時、設置NA位、CRC32校驗等）。

由以上分析可知，使用TMS320VC5402和EPM7128AE來替代HFA3841完成對套片的設置、控制和數據交換，以實現擁有自主MAC層協議的無線網卡是可行的。替代芯片組與無線網卡套片的接口關系如圖2所示。其中，TMS320VC5402的串口0負責對HFA3861、HFA3783和HFA3683的寄存器進行初始化；串口1負責與HFA3861進行數據交換；EPM7128AE的I/O引腳與套片的控制引腳相連，進行相應的控制操作。

3 無線網卡的接口實現

根據上述分析可知，利用TMS320VC5402和EPM7128AE完成對無線網卡的控制主要分以下三個步驟。

①對于無線網卡的各個寄存器的初始化。由于DSP對HFA3861、HFA3783和HFA3683寄存器初始化時的數據傳輸格式不同，而在本接口設計中又使用了同一個串口，所以在對寄存器進行設置前要將DSP的串口0初始化為正確的工作模式。另外，若寄存器的初始化值錯誤或寄存器的初始化順序不對，則初始化工作不能正常進行，各個芯片也不能處于正確的工作狀態。由于這里涉及的寄存器過多，在這里就不一一多述，請參考數據手冊的說明。

圖4

②對于無線網卡的控制引腳設置。套片控制引腳的配置，主要由CPLD內的“控制引腳配置模塊”來完成?，F對網卡發數據過程作一示例，此時要求各個相關的控制引腳狀態如圖3所示。當DSP要發送數據時，首先發送一個特殊的配置數據CTRL_SND，在CPLD內完成譯碼工作，然后啟動“發送數據控制引腳配置模塊”，由該模塊來完成各控制引腳狀態的變化，進而完成數據的發送。數據發送完畢，應第一時鐘內將各控制引腳置為接收態。

③無線網卡的數據收發。無線網卡的基帶數據收發波動如圖4所示，它采用的是數據連續傳送模式，這就要求DSP的McBsp和DMA結合起來，完成數據的連續傳輸。為了和通用的無線網卡兼容，需要將串口設置為8位的數據傳輸模式，先傳數據的高位。需要注意的一點是，無論數據收發，都需要由HFA3861來提供時鐘，而HFA3861本身并不提供幀同步信號，所以說幀同步需要在CPLD內由HFA3861提供的時鐘來產生。但是并不能簡單地由8時鐘產生一幀同步的方法來產生，否則數據的錯位比較嚴重。正確的作法是充分利用TX_RDY和RX_RDY這兩個信號，由它們控制產生合適的幀同步信號。

4 無線網卡的操作

至此，按照圖5的順序來操作無線網卡，就可以正確的進行數據收發。

5 結論

通過對PRISM2系列無線網卡套片的接口時序分析，用DSP和CPLD來替換其中的MAC層控制芯片，構建擁有自主MAC層協議的無線網卡，實踐證明是可行的。我們在863重大項目“無線移動自紡織互聯網及其實驗系統的研制”中得以成功應用，實現了增強型802.11b MAC協議。