摘要：研究了无线局域网网卡的实现框架。整个网卡是一个嵌入式实时系统，主要涉及mac控制器等。它建立于soc的基础之上，在xilinx的edk工具下进行软硬件的协同设计。其硬件实现包括32位的microblaze软核，通用ip和一些用户定制的ip，以及它们总线连接实现。

关键词：无线局域网sdl；嵌入式系统；控制器

中图分类号：tp393.1 文献标识码： a 文章编号：1003-353x(2005)03-0050-04

1 引言

随着无线局域网wlan(wireless local area network)应用的普及，设计具有自主知识产权的wlan网卡显得更加迫切。网卡中内嵌的通信协议的复杂性很高，当前工业界主要采取基于微处理器、微控制器或dsp嵌入式系统的形式。microblaze 是xilinx公司推出的高性能32位risc处理器，是当前工业界最快的mpu软核，尤其在virtex ii pro系列的fpga设计中得到广泛的应用。与通常片上总线设计流程相似，wlan中mac(media access control)协议的实现需要设计基于microblaze片上总线和运行于其上的嵌入式软件。基于microblaze的 fpga软件开发通常使用c/c++或汇编语言，但是考虑到协议的复杂性，设计者用功能规格描述语言 sdl(specification and description language)来设计wlan的mac协议。sdl是一种抽象的形式语言，适于开发移动通信中的复杂软件如mac层协议。sdl用图形的方式来描述系统的结构、行为和协议各个模块间的通信，它可以在设计的早期快速实现系统的原型。系统软件原型经过性能仿真后可以进行软硬件划分，其中由sdl描述的软件部分可以在带有sdl的编译器、调试器以及带有仿真和验证的开发环境下进一步开发调试，自动转换为c/c++源代码，并和一些嵌入式操作系统(如vxworks,psos等) 实现集成。最终的c/c++源代码可以在不同目标硬件平台的编译器上进行编译，这样能在其硬件平台上产生可执行代码。

本文所涉及的无线局域网网卡实现受到国家863 项目的支持，利用microblaze进行片上总线设计,用sdl语言实现无线局域网的mac协议层，并在 telelogic tau工具的帮助下将sdl描述转换成的c源代码。这样的设计方法具有普遍意义。

2 mac控制器的硬件结构

无线网卡包括射频功率放大器、射频/中频转换器、中频调制解调器、基带处理器和mac控制器几个部分，它们分别处理从射频到mac帧转换过程中的各种信号流。本文主要涉及mac控制器的设计是基于32位microblaze软核，microblaze总线是哈佛结构，分为连接外设的opb(on_chip peripheral bus)总线和读写片内双端口ram的片内总线lmb(local memory bus)。本项目，完成了各种接口模块和从mac中划分为硬件的模块设计, 并根据相关的总线规范将各硬件模块和microblaze
连接起来，如图1所示。

由图1可见，除软核外，我们用verilog hdl设计了wep(wireless equivalent protocol)、pldi(physical layer data interface)、plci(physical layer control interface)和一些通用模块，这些模块的功能描述如下：

（1）物理层数据接口(pldi)：接收基带处理器的数据，并将其传递到mac控制器处理，反之，将从mac控制器来的数据发送到基带处理器中；

（2）物理层控制接口(plci)：向基带处理器和射频收发器发送命令或读取其中的状态；

（3）wep模块：对数据进行加密和解密以防止窃听，为标准推荐的加密算法；

（4）pcmcia接口：提供了主机和无线网卡之间的数据接口，还配备了相应的驱动程序。

在上述结构中，pldi和plci提供网络体系中的物理层和mac层的接口，而pcmcia接口提供在mac层和llc以上各层的接口。wep模块用硬件实现可以当作协处理器，它可以加速数据的处理，减轻microblaze的负担。

除了上述的自定义模块外，我们还使用了xilinx提供的可直接使用的ip，如定时器，uart，mmc等。其中的定时器还支持rtos时钟，并为 microblaze提供定时功能；中断控制器对不同硬件的中断进行仲裁。本设计中，xilinx提供的ip和用 verilog自定义的ip可以在edk和ise等工具下生成网表文件，最后导入到virtex ii系列的xc2v3000fpga中，实现整个wlan的mac控制器。

3 基于sdl的mac控制软件开发

无线网卡的软件框架如图2所示[2,3] 。它由与硬件无关的sdl描述的mac协议和运行在嵌入式microblaze上的对硬件操作的片内驱动程序和中断服务程序两个部分组成。图2中的无线局域网的mac协议是用sdl描述、仿真和验证的。它本身不包含任何嵌入式操作系统和硬件平台的特征，它使用环境函数为接口，作为与实际物理平台交互。环境函数作为sdl设计和运行的中间媒介，它调用驱动程序和中断服务程序以控制硬件，使设计者能手动处理sdl系统和物理环境之间的信号。有了