基于嵌入式ARM-Linux无线ZigBee协调器驱动设计

3 硬件设计及驱动实现

3.1 系统硬件设计

本系统平台是采用ARM体系结构的S3C2410作为处理器，通过移植的字符设备驱动与ZigBee CC2430无线收发节点进行数据的传输。系统硬件框架图如图4所示。

CC2430是一个真正的片上系统(SoC)，以高性能和低功耗的8051为内核，专门针对IEEE802.15.4和ZigBee应用，它可以用很低的费用构成ZigBee节点。

现有的硬件是通过串口实现数据传输，数据传输的格式要按照串口通信协议的格式封装，大量数据的传输还需要在串口通信格式的基础上再进行设计封装，不仅数据传输速度慢，而且容错能力低。如果在内核中加入ZigBee的字符驱动则可省去数据发送时的封装以及接收时需要解析的麻烦。

3.2 Linux设备驱动实现

Linux的输入输出设备分为字符设备、块设备和网络设备三类。字符设备是发送和接收都按照字符方式进行。块设备则是传输固定大小的数据给设备。网络设备则是通过BSD套接口访问设备。驱动程序一般以模块方式编写，加载和卸载主要由module_init()和module_exit()完成[2]。

(1)模块加载和卸载

模块需要入口函数module_init(zigbee_init)的实现代码如下：
int __init zigbee_init(void)
{
if(zigbee_major){
dev=MKDEV(zigbee_major，zigbee_minor)；
result=register_chrdev_region(ev，1，"zigbee")；
}else{
result=alloc_chrdev_region(&dev，zigbee_minor，1，
"zigbee")；
……
zigbee_major=MAJOR(dev)；
……
}
cdev=cdev_alloc()；
cdev->ops=&zigbee_fops；
rc=cdev_add(cdev，dev，1)；
……；
return 0
}
module_exit(zigbee_exit)
{
cdev_dev(cdev)；
return 0
}

在不同的系统中，同一设备的设备号不尽相同，如果静态设置设备号，则在换另外的平台时，设备号有可能冲突，所以动态分配是最佳选择。

(2)模块驱动实现

注册设备编号后要将设备驱动与之连接，因此必须用file_operation结构建立链接，并建立中断通知相关数据。其实现代码如下：
Struct file_operation zigbee_fops={
.owner=THIS_MODULE，
.open=zigbee_open，
.read=zigbee_read，
.write=zigbee_write，
.ioctl=.zigbee_ioctl，
.relese=zigbee_release，
}

当上层应用调用驱动程序时，驱动程序需要完成以下功能：
①初始化设备。S3C2410与下层ZigBee CC2430连接管脚处于工作状态，注册并使能中断。
②按照ZigBee协议规则构建数据包并发送给CC2430，实现不同控制命令，使芯片完成数据发送和状态间的转换。
③当下位机接收到的数据与协议包格式不符时，产生中断，用户须重新发送数据。
其实现代码如下：
Int zigbee_open(struct inode *inode， struct file *filp)
{
Rc=request_irq(IRQ_EINT0，zigbee_interrupt， SA_INTERRUPT，"zigbee"，NULL)；
Enable_irq()；
…
Set_io()； //初始化I/O
…
}
用户发送数据通过ssize_t zigbee_write(struct file *filp，const char __usr *buf， ssize_t count，loff_t *f_ops)传到内核空间，然后调用构建数据包函数把数据打包发送出去。
用户控制下层命令，实现代码如下：
int zigbee_ioctl(struct inode *inode， struct file *filp， unsigned int cmd， unsigned long arg)
{
Switch(cmd)
Case A：
Set_state()； //设置设备类型
Case B：
Set_restart()；
Case C：
Set_start()；
Case D：
Set_printf()；//输出网络地址信息
}
Static zigbee_interrupt(int irq， void *dev_id)
{
Flag=1；
Set_restart()；
Outb(&buf， &add)；
Return IRQ_HANDLED；
}

除实现以上函数外，还需要实现zigbee_relese(struct inode*inode， struct file*filp)，释放程序运行中所有资源。

本文通过上位机处理器ARM9CS3C2410，设计了ZigBee内核字符驱动，轻松地实现了对下位机的控制，也方便了用户的上层开发，提供了用户与下位机数据传输的接口，避免了用串口进行数据传输时程序设计的繁琐性。由于篇幅限制本文没给出控制下层模块命令的具体实现代码。希望通过本文能促进ZigBee协调器驱动的进一步实现和研究。