圖解：嵌入式無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介
嵌入式系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、以應(yīng)用為中心、軟件硬件可裁剪,功能、可靠性、功耗、體積、成本有著嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。追求“短、小、輕、薄,省電、快、成本低”的目標(biāo)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)備已廣泛應(yīng)用于制造工業(yè)、過(guò)程控制、儀器儀表、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)由軟硬件組成,一般分為五個(gè)部分：處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。如圖1所示：
嵌入式系統(tǒng)最初的應(yīng)用是基于單片機(jī)的,它只是使用8位的芯片執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的單進(jìn)程的程序,沒(méi)有多進(jìn)程的任務(wù)調(diào)度,還談不上系統(tǒng)。隨著16/32 位嵌入式微處理器的出現(xiàn),嵌入式系統(tǒng)開始引入嵌入式操作系統(tǒng),從而使得應(yīng)用開發(fā)人員從小范圍的開發(fā)中解放出來(lái),也使嵌入式有了更廣闊的應(yīng)用空間。比較著名的嵌入式操作系統(tǒng)有ISI的pSOS、WindRiver的VxWorks、QNX的QNX、微軟的WinCE、以及源代碼開放的Linux和uC/os 等。
圖1：嵌入式系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖
2無(wú)線局域網(wǎng)概述
無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network ,WLAN)屬于一種短距離無(wú)線通信技術(shù),是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通過(guò)無(wú)線射頻（RF）或紅外（Infra Red ,IR）技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻信號(hào)等。無(wú)線局域網(wǎng)可在一些特殊的應(yīng)用環(huán)境中彌補(bǔ)依靠線纜或光纜構(gòu)成的有線以太網(wǎng)的不足,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的延伸。
無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的物理層定義了兩種射頻傳輸方式和一種紅外傳輸方式。RF方式使用的頻段有三個(gè):L頻段（902MHz～928MHz）、S頻段（2.4GHz~2.4835GHz）、C頻段（5.725GHz~5.85GHz）。一般使用S頻段,該頻段被叫做ISM(Industry Science Medical)頻段即工業(yè)科學(xué)醫(yī)療頻段,ISM頻段不受美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的限制,屬于工業(yè)自由輻射頻段。工作在此頻段的無(wú)線局域網(wǎng)有直接序列擴(kuò)頻（Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS）和跳頻擴(kuò)頻（Frequency Hopping Spread Sprectrum ,FHSS）兩種擴(kuò)頻方法。
1997 年6 月, IEEE 通過(guò)了無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn),即802.11標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑, 標(biāo)準(zhǔn)主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層(PHY)和媒質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC) 進(jìn)行了規(guī)定,其中對(duì)MAC 層的規(guī)定是重點(diǎn)。
802.11速率最高只能達(dá)到2Mbps ,不能滿足人們的需要, IEEE小組又推出了802.11b標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.11b工作在2.4GHz頻段,采用直接序列擴(kuò)頻DSSS技術(shù)和補(bǔ)償碼鍵控CCK調(diào)制方式,可提供11Mb/ s、5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s多種速率,且在2Mb/s、1Mb/s 速率時(shí)與IEEE802.11 兼容。802.11b是目前技術(shù)最成熟且使用最多的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。本文采用的就是IEEE－802.11b無(wú)線網(wǎng)卡。
目前,人們對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用僅局限在PC機(jī)和筆記本,且一般用于熱點(diǎn)（Hot Spot）分布地區(qū)。而嵌入式系統(tǒng)整合無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信和數(shù)據(jù)傳輸將成為今后應(yīng)用的熱點(diǎn)。例如無(wú)線數(shù)字機(jī)頂盒、計(jì)算機(jī)、無(wú)線網(wǎng)關(guān)和家用電器等可構(gòu)成家庭無(wú)線局域網(wǎng),同時(shí)經(jīng)過(guò)AP、無(wú)線路由器或無(wú)線網(wǎng)橋可以連接到Internet;無(wú)線儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸;無(wú)線儀器設(shè)備在工作現(xiàn)場(chǎng)布置自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)）相互進(jìn)行信息傳遞、遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控,減少布線的麻煩和不便,將極大地提高工業(yè)生產(chǎn)效率,方便人們的生活。
3 嵌入式無(wú)線局域網(wǎng)模塊的硬件設(shè)計(jì)
本文以三星S3C2410X為嵌入式微處理器,結(jié)合無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù),設(shè)計(jì)了一款嵌入式無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸。設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
圖2：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
NAND FLASH用于存放啟動(dòng)程序、操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、驅(qū)動(dòng)程序和相關(guān)應(yīng)用程序。S3C2410X支持NAND FLASH Boot Loader,系統(tǒng)上電后,S3C2410X通過(guò)內(nèi)置的NAND FLASH CONTROLLER將NAND FLASH中的啟動(dòng)代碼加載到其內(nèi)部叫“Steppingstone”的4KB SRAM buffer執(zhí)行啟動(dòng)任務(wù),而不需要經(jīng)過(guò)外部的SDRAM進(jìn)行系統(tǒng)啟動(dòng),從而加快整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程。等啟動(dòng)完成后,運(yùn)行操作系統(tǒng),這時(shí)的代碼以及后來(lái)的應(yīng)用程序都在外部的SDRAM執(zhí)行。操作系統(tǒng)啟動(dòng)完成后,就可以執(zhí)行設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序,通過(guò)RS232/485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再通過(guò)802.11b無(wú)線網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)傳輸出去。S3C2410X的所有GPIO都被引出來(lái),以備將來(lái)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。
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