在mini2440上面搞定CC2500物理層驅(qū)動
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最近基本搞定了CC2500在linux下面的驅(qū)動，在這個過程中遇到了好多問題，特此總結(jié)出來和大家分享。但是需要注意的事情是：
第一，本文不負(fù)責(zé)程序的具體講解，諸如每一行程序都講什么：這個在程序的里面有注釋。本篇文章更側(cè)重于從整體結(jié)構(gòu)上讓大家對于linux下的CC2500DE驅(qū)動有一個整體的了解，如果到時候需要深入研究的時候，再來看具體的代碼；
第二，很多師弟師妹沒有習(xí)慣在linux下編程，或曰，在操作系統(tǒng)下面寫程序；并且，對于本專業(yè)的東西理解并不扎實。但是，文章中不可能就每一個涉及到的概念都大加講解。因此，這篇文章還是需要有一些基礎(chǔ)才能來閱讀的，如果遇到什么不明白的地方，請及時來問我，或者跟帖，或者自己查資料。畢竟，這個驅(qū)動花費了我半個多月的時間，其中遇到的問題，不可能在一篇文章中就講得清清楚楚。
背景知識
如果大家看過實驗室的WSN方面的程序，可能會被其中的架構(gòu)搞得天昏地暗。這里，簡單的幫助大家把實驗室的WSN的軟件、硬件方面捋一捋。
說到軟件，就不能不說硬件。我們的節(jié)點由兩部分組成，一個是單片機(jī)，一個是CC2500的射頻模塊。射頻模塊通過SPI接口和單片機(jī)進(jìn)行通信。除了SPI模塊用到的4條線，實際上CC2500還需要告訴單片機(jī)“我接收到一個數(shù)據(jù)”，這個地方CC2500可以通過配置GDO來實現(xiàn)。我們這里采用的CC2500的GDO0作為單片機(jī)的一個外部中斷，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)的時候，GDO0就會變?yōu)榈碗娖?，然后觸發(fā)CC2500的中斷，從而接收數(shù)據(jù)。
那么，CC2500究竟是如何來進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送、接收的呢？其實很簡單。如果大家稍微用過一點可以控制的芯片就會知道，很多芯片內(nèi)部都有寄存器，CC2500之所以能夠完成發(fā)送、接收的功能，就是通過配置寄存器來完成的。比較重要的配置有信道、波特率、信號強(qiáng)度等等，另外，CC2500還有64bytes的RXFIFO和64bytes的TXFIFO，他們的作用就是用來發(fā)送和接收。當(dāng)配置CC2500結(jié)束之后，如果用來發(fā)送，那么就把數(shù)據(jù)放在TXFIFO里面，然后把CC2500的狀態(tài)變?yōu)榘l(fā)射狀態(tài)，數(shù)據(jù)就自動發(fā)送出去了。同樣的道理，當(dāng)RXFIFO里面接收到了數(shù)據(jù)之后，CC2500就會如前所說，發(fā)出一個中斷，通知單片機(jī)來讀取數(shù)據(jù)。
單片機(jī)通過SPI接口讀出了CC2500中的數(shù)據(jù)，就需要進(jìn)行簡單的處理了。我們的節(jié)點是遵循802.15.4協(xié)議的，如果有興趣，大家可以去看一看這個協(xié)議的內(nèi)容。對于我們來說，比較重要的就是幀的結(jié)構(gòu)。下面這個是物理層幀的結(jié)構(gòu)：
字節(jié)：4 | 1 | 1 | 可變 | |
先導(dǎo)碼 | 幀定界符 | 幀長度（7位） | 保留位（1位） | 負(fù)載內(nèi)容 |
同步頭 | PHY頭 | PHY負(fù)載 | ||
簡單的講，因為是無線通信，沒有一個時鐘的存在，因此本質(zhì)上所有的無線通信都是一個異步的通信。那么，就需要發(fā)送和接收的雙方首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步——這個就是同步頭的作用。隨后的是PHY的頭，很簡單，就是一個長度。換句話說，每個幀不能夠超過2的8次方減一個數(shù)據(jù)（127個）。隨后就是負(fù)載的內(nèi)容了，簡單吧？另外，由于CC2500是一個802.15.4兼容的芯片，這一部分內(nèi)容都已經(jīng)固化在芯片里面了，像同步頭這種東西，都是芯片幫我們完成（當(dāng)然也可以自行配置）。我們只需要把寫入的數(shù)據(jù)大小和數(shù)據(jù)內(nèi)容寫入即可。
雖然簡單，但是還有一個問題：每次從CC2500中讀取了數(shù)據(jù)，存放到哪里呢？有的同學(xué)可能想的比較簡單，比如建立一個大數(shù)組，收到多少個數(shù)，放在里面就行了。但是，這樣就會遇到問題：如果收到了兩個包，上層來不及處理怎么辦？建立兩個大數(shù)組？更多的包呢？當(dāng)然，我們可以通過建立好多個數(shù)組來解決這個問題。但是，從效率上講，這個是非常笨的一個辦法。因此，我們建立了一個環(huán)形緩沖區(qū)PHY_RX_BUFFER，來解決這個問題。環(huán)形緩沖區(qū)的具體原理不過多涉及，可以自行百度。
另外一個問題就是，如果我們從CC2500中接收到了數(shù)據(jù)，那么應(yīng)該怎樣才能告訴上層來進(jìn)行處理呢？這里就要用到操作系統(tǒng)的消息機(jī)制了。如果確定接收到了一個數(shù)據(jù)，那么就給上層發(fā)送一個消息，來通知上層。上層接收到這個消息，就會知道接收到了數(shù)據(jù)。
當(dāng)從CC2500讀取到了數(shù)據(jù)，因為物理層沒有什么東西，我們就直接通知MAC層來處理數(shù)據(jù)。MAC層的結(jié)構(gòu)如下：
字節(jié)：2 | 1 | 0/2 | 0/2/8 | 0/2 | 0/2/8 | 可變 | 2 |
幀控制域 | 序列號 | 目的PAN標(biāo)示符 | 目的地址 | 源PAN標(biāo)示符 | 源地址 | 幀負(fù)載 | FCS |
地址域 | |||||||
MAC幀頭 | MAC負(fù)載 | MFR | |||||
具體內(nèi)容可以參見老師的《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與工程應(yīng)用》這本書，這里不再詳細(xì)的講，大概內(nèi)容就是，會有一系列的幀頭，然后是幀數(shù)據(jù)，最后有校驗。而我們最關(guān)心的就是幀的內(nèi)容。但是，幀頭也比較麻煩，因此我們需要首先對幀頭進(jìn)行處理，把數(shù)據(jù)給“剝離”出來，這也是基本上所有的協(xié)議棧解析協(xié)議的方法。
硬件結(jié)構(gòu)
硬件上，我們采用的是mini2440開發(fā)板，和實驗室的CC2500節(jié)點（把單片機(jī)焊掉，然后把mini2440的相應(yīng)管腳接到上面）。
Mini2440方面，我們用的是CON8這個引腳，具體連線如下：
EINT8對應(yīng)S3C2440的GPG0引腳，連接到了CC2500的GDO2
EINT11對應(yīng)S3C2440的GPG3引腳，連接到了CC2500的CSN
EINT13對應(yīng)S3C2440的GPG5引腳，連接到了CC2500的SO
EINT14對應(yīng)S3C2440的GPG6引腳，連接到了CC2500的SI
EINT15對應(yīng)S3C2440的GPG7引腳，連接到了CC2500的CLK
EINT19對應(yīng)S3C2440的GPG11引腳，連接到了CC2500的GDO0
除此之外，還有3.3V電源和GND
Linux下驅(qū)動編寫
為什么要用驅(qū)動呢？簡單的說，就是為了在linux下完成用戶空間和內(nèi)核空間的交互。本質(zhì)上，驅(qū)動就是完成了兩件事情：第一，初始化SPI接口，并且通過SPI和CC2500完成通信。第二，完成讀寫函數(shù)，read和write，通過讀寫函數(shù)的接口來對CC2500進(jìn)行操作。
附件里面有幾個文件，這里簡單講解一下：
Common.h主要是包含了很多l(xiāng)inux的頭文件，并且對一些數(shù)據(jù)類型做了定義
CC2500.h里面主要是對CC2500的寄存器做了一些定義，沒啥東西
Driver.h主要是定義了很多和CC2500進(jìn)行通信，并且利用CC2500進(jìn)行發(fā)送和接收的內(nèi)容
Phy.h主要是完成了一些諸如信道設(shè)定、通信速率等功能，并且把CC2500里的數(shù)據(jù)讀到環(huán)形緩沖區(qū)里面
CC2500.c這個就是完成設(shè)備注冊、讀寫函數(shù)、iocontrol等功能
這樣有了一個整體的把握之后，不用看很多代碼，學(xué)會使用就好。
驅(qū)動接口使用
那么，這個驅(qū)動怎樣使用呢？主要是通過read/write/ioctl三個接口來實現(xiàn)的。
在應(yīng)用程序中read/dev/CC2500這個文件，如果有數(shù)據(jù)，會返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。其中，返回的數(shù)據(jù)中第一個字節(jié)為數(shù)據(jù)的長度（不包括該字節(jié)本身），后面為相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
如果是寫文件的話，只需要向/dev/CC2500中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)即可。寫入的時候需要注意，第一個字節(jié)同樣為數(shù)據(jù)長度（不包括該字節(jié)本身），后面跟相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)寫入的字節(jié)合適的時候，驅(qū)動會自動執(zhí)行發(fā)送函數(shù)。如果寫入的字節(jié)數(shù)量和寫入的數(shù)據(jù)第一個字節(jié)不匹配的時候，會返回錯誤。
ioctl主要有這樣幾種命令：
CC2500_IOC_PHY_DETECT_STATUS
表示將CC2500的狀態(tài)變?yōu)镽X
CC2500_IOC_PHY_GET_BAUDRATE
讀取CC2500的波特率，返回的是1,2,3,4，分別是2.4k,10k,250k,500k的波特率
CC2500_IOC_PHY_SET_BAUDRATE
設(shè)定CC2500的波特率，后面的參數(shù)是1,2,3,4，分別是2.4k,10k,250k,500k的波特率
CC2500_IOC_PHY_GET_TXPOWER
獲取發(fā)送功率，返回的是在發(fā)送功率表{0x00, 0x50, 0x44, 0xC0, 0x84, 0x81, 0x46, 0x93, 0x55, 0x8D, 0xC6,0x97, 0x6E, 0x7F, 0xA9, 0xBB, 0xFE, 0xFF }中的數(shù)組下標(biāo)
CC2500_IOC_PHY_SET_TXPOWER
設(shè)定發(fā)送功率，參數(shù)的是在發(fā)送功率表{0x00, 0x50, 0x44, 0xC0, 0x84, 0x81, 0x46, 0x93, 0x55, 0x8D, 0xC6,0x97, 0x6E, 0x7F, 0xA9, 0xBB, 0xFE, 0xFF }中的數(shù)組下標(biāo)
CC2500_IOC_PHY_GET_CHANNEL
獲取頻段，參數(shù)是頻段表{0x00, 0x10, 0x20, 0x30, 0x40, 0x50, 0x60, 0x70, 0x80, 0x90, 0xA0,0xB0, 0xC0, 0xD0, 0xE0, 0xF0 }中的數(shù)組下標(biāo)
CC2500_IOC_PHY_SET_CHANNEL
設(shè)定頻段，參數(shù)是頻段表{0x00, 0x10, 0x20, 0x30, 0x40, 0x50, 0x60, 0x70, 0x80, 0x90, 0xA0,0xB0, 0xC0, 0xD0, 0xE0, 0xF0 }中的數(shù)組下標(biāo)
應(yīng)用層程序編寫
這里的應(yīng)用層主要是將mac層實現(xiàn)了。其實，mac層的作用也很簡單，主要是對要發(fā)送的包進(jìn)行封裝，接收回來的包進(jìn)行包的解析。這一部分的內(nèi)容還不全面，僅僅是將原來的程序移植過來，還有很多需要改動的地方，有待補充。因此，這里只是提供源代碼，具體的說明請參見程序內(nèi)部
如何配置內(nèi)核文件
1首先修改/opt/FriendlyARM/mini2440/linux-2.6.32.2/drivers/char/Kconfig
加入如下幾句話：
config CC2500_DRIVER
tristate "CC2500 driverfor FriendlyARM Mini2440 development boards"
depends on MACH_MINI2440
default m if MACH_MINI2440
help
this is CC2500 driver forFriendlyARM Mini2440 development boards
2修改Makefile，讓CC2500的驅(qū)動可以編譯。
加入如下幾句話：
obj-$(CONFIG_CC2500_DRIVER) +=CC2500inuse.o
CC2500inuse-objs :=./CC2500.in_use/cc2500.o ./CC2500.in_use/phy.o./CC2500.in_use/driver.o
其中，CONFIG_CC2500_DRIVER需要和Kconfig中的configCC2500_DRIVER
保持一致。
CC2500inuse-objs這句話，意思是CC2500inuse.ko是由哪幾個文件組成的。這樣就實現(xiàn)了模塊化的處理。
需要注意的是，CC2500inuse-objs和冒號之間需要有個空格，不然會出錯誤。這個地方我搞了好久。
具體的Makefile的格式也可以參考這兩篇文章：
http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/7282463
http://hi.baidu.com/wjq_qust/blog/item/97ddbdfdfb2e541309244d30.html
調(diào)試過程中的一些問題
CC2500驅(qū)動調(diào)試的過程中，遇到的一些問題
第一，在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)板子和2500沒有辦法進(jìn)行通信。一開始懷疑是2500芯片的問題，后來確認(rèn)2500芯片沒有問題之后，用示波器看了一下波形，發(fā)現(xiàn)SPI引腳上沒有輸出。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，對SPI寄存器進(jìn)行讀寫的時候，無論寫入是什么，讀出的都是0。后來發(fā)現(xiàn)，原來是PCLK（也就是SPI模塊的時鐘）沒有使能，囧。設(shè)置了寄存器之后，問題就解決了。
第二，CC2500驅(qū)動沒有辦法自動在/dev/目錄下面創(chuàng)建節(jié)點。這個問題可以參考下面幾篇文章：
http://blog.csdn.net/cjok376240497/article/details/6848536
整體來說，創(chuàng)建節(jié)點的工作是這樣的：
我們通過udev來創(chuàng)建節(jié)點。但是，udev是應(yīng)用層的東東，不要試圖在內(nèi)核的配置選項里找到它;加入對udev的支持很簡單，只要在驅(qū)動初始化的代碼里調(diào)用class_create為該設(shè)備創(chuàng)建一個class，再為每個設(shè)備調(diào)用class_device_create創(chuàng)建對應(yīng)的設(shè)備。
換句話說，首先要為每一個設(shè)備創(chuàng)建一個類。然后用這個類去申請一個設(shè)備節(jié)點。
第三，在調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)只要一啟動CC2500，那么液晶屏就熄滅了。調(diào)試了半天也沒有找到原因。
最后發(fā)現(xiàn)，在配置S3C2440中GPGCON寄存器的時候，對寄存器直接進(jìn)行了覆蓋性的修改；而該寄存器還管理著LCD的電源...于是，對寄存器進(jìn)行覆蓋性修改的時候，悲劇了...
總結(jié)一下吧，在linux下2500驅(qū)動編寫的過程中，如果涉及到寄存器級別的操作，和單片機(jī)一樣，必須十分注意各個模塊之間的關(guān)系，以及相關(guān)模塊的寄存器配置，不要認(rèn)為linux會全部給你配好！
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