一款USB接口的WLAN網(wǎng)絡(luò)適配器設(shè)計

黃 博 王小平 王萬剛

【摘要】實現(xiàn)了基于威盛VT6656 基帶MAC和射頻收發(fā)器LA2230的WLAN網(wǎng)絡(luò)適配器的軟硬件設(shè)計,用于捕獲WLAN管理幀、控制幀及數(shù)據(jù)幀,滿足無線局域網(wǎng)的實時監(jiān)測及安全防范對數(shù)據(jù)采集的要求。

【關(guān)鍵詞】WLAN;網(wǎng)絡(luò)適配器;軟硬件設(shè)計

前言

近年來,無線局域網(wǎng)獲得了很大的發(fā)展,我國也制定了以保護國家信息安全和機密為目的的WAPI認證體系標(biāo)準(zhǔn)。但是,WLAN的安全性一直是制約WLAN發(fā)展的一個重要因素,對于WLAN網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測迫在眉睫。為了對網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)測,不外乎捕獲數(shù)據(jù)進行分析,由于硬件廠商在開發(fā)無線網(wǎng)絡(luò)適配器時進行了無線數(shù)據(jù)以太網(wǎng)格式的轉(zhuǎn)換,利用市面上購買的網(wǎng)卡只能捕獲經(jīng)過以太轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù),對于WLAN特有的管理幀和控制幀無能為力。只有把網(wǎng)卡設(shè)置成為射頻監(jiān)聽模式才能捕獲管理幀和控制幀,但網(wǎng)卡制造商往往沒有提供這個接口,鑒于此,我們自己開發(fā)了無線網(wǎng)卡,對網(wǎng)卡進行完全控制,便于捕獲控制幀和管理幀,實現(xiàn)對無線網(wǎng)絡(luò)的分析和監(jiān)測。

1.硬件設(shè)計

硬件采用威盛單芯片WIFI解決方案VT6656。威盛 VT6656 無線網(wǎng)絡(luò)控制芯片是一種單晶片解決方案,采用了一個IEEE802.11a/b/g媒體存取控制器(MAC),并集成了一枚基帶處理器。該控制器可提供54M高速的無線連接?；谕?VT6656的WLAN模塊提供了寬裕的帶寬,從而實現(xiàn)高清晰數(shù)字媒體內(nèi)容的傳輸,以及移動辦公環(huán)境或公共熱點地區(qū)所需的高速網(wǎng)絡(luò)訪問。VT6656支持USB2.0且向后兼容 靈活的威盛VT6656兼容于USB 2.0,后向兼容 USB1.1 接口,并且兼容于目前流行的所有RF 芯片,確保了模塊制造者更多的選擇RF來降低成本。

硬件框圖如下:

如圖所示,硬件電路包括基帶MAC芯片VT6656,射頻收發(fā)部分,接口部分,存儲部分,天線及濾波部分組成。其中,基帶MAC芯片VT6656支持可變的數(shù)據(jù)傳輸速率:6,9,12,18,24,36,48,54Mbps 的 OFDM(正交多載波頻分復(fù)用 5.5,11Mbps for CCK,1,2Mbps for BPSK);支持天線多樣性;接收包為 RSII status;支持接口 Airoha:AL2230, VIA:VT6635(b/g RFIC),VT6636(a/b/g RFIC)。MAC特性支持形組/獨立模式;支持多播包過濾;兩個32位計數(shù)器;硬件支持威盛本機環(huán)回測試(內(nèi)/外);支持BSS PCF;支持 IBSS ATIM;支持硬件的簡單測試(連續(xù)傳輸/接收包);支持4個MIB計數(shù)器,發(fā)送請求成功計數(shù),發(fā)送請求失敗計數(shù),響應(yīng)失敗計數(shù),FCS錯誤計數(shù)。射頻部分采用臺灣洛達科技公司的Airoha的AL2230芯片。接口部分支持基于I2C總線的EEPROM,用于保存設(shè)置信息,同時,支持USB1.1和USB2.0標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計

無線網(wǎng)卡的軟件部分分為固件,驅(qū)動程序和配置管理程序三個部分,軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中,網(wǎng)卡固件程序由芯片廠商威盛公司提供,燒錄在芯片內(nèi)部,通常在固件中完成MAC層和PHY層的功能,并提供對上層(驅(qū)動層)和下層(物理層)的接口。驅(qū)動程序要根據(jù)芯片手冊和工作環(huán)境自己編寫,而配置管理程序通過調(diào)用驅(qū)動程序完成網(wǎng)卡的配置和管理,配置參數(shù)存儲在EEPROM存儲器中。下面簡要介紹一下基于Linux的驅(qū)動程序開發(fā)。

驅(qū)動程序主要完成在系統(tǒng)上電之后對網(wǎng)卡寄存器和固件的初始化,并進行相關(guān)設(shè)置,使網(wǎng)卡處于收發(fā)就緒狀態(tài)。在驅(qū)動程序中,必須要完成的功能包括初始化無線網(wǎng)卡和固件;分配收發(fā)緩沖器;使用標(biāo)識符接口管理無線網(wǎng)卡的操作;接收事件;發(fā)送事件;異常處理等等。驅(qū)動程序工作流程如圖3所示。

在驅(qū)動程序中,主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型及函數(shù)聲明如下:

// 初始化卡類型及操作模式

typedef enum _CARD_PHY_TYPE {

PHY_TYPE_AUTO=0,

PHY_TYPE_11B,

PHY_TYPE_11G,

PHY_TYPE_11A

} CARD_PHY_TYPE, DEF* PCARD_PHY_TYPE;

typedef enum _CARD_OP_MODE {

OP_MODE_INFRASTRUCTURE=0,

OP_MODE_ADHOC,

OP_MODE_AP,

OP_MODE_UNKNOWN

} CARD_OP_MODE, *PCARD_OP_MODE;

// 802.11 幀類型定義

#define WLAN_TYPE_MGR 0x00

#define WLAN_TYPE_CTL0x01

#define WLAN_TYPE_DATA 0x02

#define WLAN_FTYPE_MGMT 0x00

#define WLAN_FTYPE_CTL0x01

#define WLAN_FTYPE_DATA 0x02

//信道切換函數(shù)聲明

BOOL CARDbChannelSwitch (

IN PVOID pDeviceHandler,

IN BYTEbyMode,

IN BYTEbyNewChannel,

IN BYTEbyCount

);

//基本服務(wù)集搜索函數(shù)聲明

PKnownBSS BSSpSearchBSSList(

IN HANDLE hDeviceContext,

IN PBYTE pbyDesireBSSID,

IN PBYTE pbyDesireSSID,

IN CARD_PHY_TYPE ePhyType

);

//網(wǎng)卡控制函數(shù)聲明

int private_ioctl(PSDevice pDevice, struct ifreq *rq);

//寫入數(shù)據(jù)函數(shù)聲明

void ControlvWriteByte(IN PSDevice pDevice,IN BYTE byRegType,

IN BYTE byRegOfs,IN BYTE byData );

//讀取數(shù)據(jù)函數(shù)聲明

void ControlvReadByte(IN PSDevice pDevice,IN BYTE byRegType,IN BYTE byRegOfs, IN PBYTE pbyData );

3.結(jié)論

利用TP-LINK W640G無線路由器做AP(MAC地址為00-0A-EB-D0-D2-A4),和本網(wǎng)卡進行數(shù)據(jù)通信,捕獲數(shù)據(jù)如圖4,從圖中可以看出,這是網(wǎng)卡接收到的信標(biāo)幀,源MAC地址為00-0A-EB-D0-D2-A4,網(wǎng)卡MAC地址為01-00-5E-7F-FF-FA,與實際測試環(huán)境相符合。說明了網(wǎng)卡是成功的。

參考文獻

[1]陳祖爵,黃學(xué)霜等.嵌入式無線局域網(wǎng)適配器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機工程,2007,8(15):235-240.

[2]VT6656 datasheet[M].威盛公司,2006.

[3]LA2230 datasheet[M].日本三洋公司,2002.

[4]汪濤,蔡皖東.無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2004.

[5](美)Jonathan Corbet,Alessandro Rubini. Linux Device Drivers,3rd Edition[M].魏永明譯.北京:電子工業(yè)出版社2006:130-243.

作者簡介:

黃博(1980—),男,四川通江人,重慶城市管理職業(yè)學(xué)院助理實驗師,研究方向:嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。

王萬剛(1977—),男,重慶人,碩士,重慶城市管理職業(yè)學(xué)院講師,研究方向:電子組裝工藝。

王小平(1973—),男,四川閬中人,碩士,重慶城市管理職業(yè)學(xué)院講師,重慶大學(xué)機械傳動國家重點實驗室訪問學(xué)者,主要從事無線通信與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用研究。