嵌入式WiFi技術

目前，IEEE802.11無線局域網標準在語音通信、無線辦公等領域廣泛應用，但主要還是局限在PC機、筆記本電腦等通用平臺的無線通信。無線局域網在信息家電、工業控制、移動手持設備等嵌入式環境中的應用需求日益增多。如何在嵌入式系統中整合WLAN寬帶通信，成為嵌入式系統應用中的一個熱點。

1 IEEE802.11b無線局域網

IEEE802.11系列包括IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.1lb、IEEE802.1lg四個標準。現階段IEEE802.11b的產品比較多。本文主要針對IEEE802．1lb標準，介紹嵌入式WiFi的實現。

IEEE802.11b標準是在IEEE802.11的基礎上發展起來的，工作在2.4 GHz頻段，采用CCK調制技術，最高傳輸率能夠達到11Mbps，具有部署方便、通信可靠、抗干擾能力強、成本低、靈活性好、移動性強、高吞吐量等特點。它使得無線用戶可以得到以太網級的網絡性能、速率和可用性，并且可以無縫地將多種LAN技術集成起來，形成一種能夠最大限度地滿足用戶需求的網絡。WiFi是Wireless

Fidelity的縮寫，專指IEEE802.11b無線標準。在介紹IEEE802.11b的工作模式之前，首先介紹幾個基本的概念。

1.1 IEEE802.11b基本概念

STA是指接入無線媒介的部分，常被稱為網絡適配器或者網絡接口卡。STA可以是移動的，也可以是固定的。每個STA都支持鑒權(authentication)，取消鑒權(deauthentication)，加密和數據傳輸等。

基本服務集BSS(Basic Service

Set)是IEEES02.11b

局域網的基本構成單元，基本服務集中可以包含多個STA。BSS基本服務集都有一個覆蓋范圍。在該覆蓋范圍內基本服務集的成員STA可以保持相互通信，每個BSS有一個基本服務集識別碼BSSID。

獨立的基本服務集IBSS(Independent

BSS)是最基本的IEEE802.11b局域網類型，一個最小的IEEE802.11b局域網可以僅僅包含兩個STA。在這種模式下，STA能夠直接通信。因為這種類型的IEEES02.11b局域網通常在需要的時候才安排，所以這種網絡工作模式通常被稱為ad

hoc(拉丁語，可譯為“自組網”)模式。站點(STA)與基本服務集(BSS)之間的相互關系嵌態的，STA可以自由地開機、關機、進入或離開BSS覆蓋范圍。

DSS(Distribution System

Service)，用于連接多個BSS。由于物理層覆蓋范圍的限制決定了所能支持的STA與STA之間的直接通信距離。為了解決這個問題，引入DS(Distribution

System)，它可以把多個BSS構成一個擴展的網絡。

AP是Access

Point簡稱，一般翻譯為“無線訪問節點”或“橋接器”。主要在媒介訪問控制層MAC中扮演無線工作站及有線局域網絡的橋梁。

ESS(Extended

Service

Set)，DS和多個BSS允許IEEE802.11構成一個任意大小和復雜的無線網絡。IEEE802.11b把這種網絡稱為擴展服務集網絡。同樣，ESS也有一個標識的名稱，即ESSID。

1.2 IEEE802.11b的工作模式

IEEE

802．1lb有兩種工作模式：Ad-hoe和Infra―structure模式。IEEE標準以獨立的基本服務集(IBSS)來定義Ad-hoc模式工作的客戶端集合，以基本服務集(BSS)定義以Infrastructure模式工作的客戶端集合。

在Ad-hoc模式中，客戶端不能直接和網絡外其他的客戶端通信。Ad-hoc模式的設計目的是使在同一個頻譜覆蓋范圍內的客戶間能夠互相通信。如果一個Ad―hoc網絡模式中的客戶想要和該網絡外的客戶通信，則該網絡中必須有一個客戶做網關并執行路由功能。

而在Infrastructure模式中，每一個客戶將其通信報文發向AP.AP轉發所有的通信報文。這些報文可以是發往以太網的，也可以是發往無線網絡的。這是一種整合以太網和無線網絡架構的應用模式。無線訪問節點負責頻段管理及漫游等指揮工作。一個AP最多可連接1024個站點。

2 嵌入式WiFi的設計

嵌入式WiFi的結構與標準PC／OS平臺上的實現有所不同。要在普通的微處理器／微控制器上實現WiFi通信，其硬件結構、軟件層次都必須進行裁減。下面以Prism

MAC為例說明嵌入式WiFi的軟、硬件設計。

2.1 嵌入式WiFi的硬件設計

嵌入式環境中WiFi的硬件接口如圖1所示。與標準平臺相比，中間沒有PCMCIA橋。圖1是嵌入式環境中的PC2MCIA接口的網卡與總線開放MCU的連接。

由于Prism

MAC包括Memory space和I／O memory兩個空間，所以需要兩個片選通過或門控制讀寫空間的選擇。PCMCIA封裝的Prism

MAC有26根地址線，驅動Prism

MAC僅僅需要地址線A0～A9，其他地址線全部接地。對于總線不開放的處理器，可以使用I/O口線模擬的方式進行讀寫。

2.2嵌入式WiFi的軟件設計

在WinCE、Linux等操作系統環境下，可以使用廠家提供的設備驅動來使用WiFi網卡。這種系統一般對硬件資源(如CPU性能、存儲器容量等)有較高的要求。對于許多嵌入式應用，由于硬件資源的限制，很多系統都在簡單OS(如uC／0S等)或無0S的環境下運行，這時就需要對整個軟件協議作適當的裁減。圖2是嵌入式WiFi的軟件結構。

圖2中，TCP／IP協議的實現在許多文章中已經有較多的講述。這里主要以Prism MAC為例，介紹無限網絡驅動，即嵌入式WiFi的驅動。

Prism MAC提供給用戶一組接口寄存器，通過這些寄存器和Prism MAC進行通信。這些寄存器位于Attribute

Memory[2]空間中，可以使用AttribLlte Memory地址直接訪問。表1列出了PRISM MAC的常用寄存器及其定義。