嵌入式無線局域網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)

1 嵌入式系統(tǒng)簡介

　　嵌入式系統(tǒng)是指以計算機(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,一般分為五個部分：處理器、存儲器、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)行一些簡單的單進(jìn)程的程序,沒有多進(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,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無線局域網(wǎng)概述

　　無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network ,WLAN)屬于一種短距離無線通信技術(shù),是現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通過無線射頻（RF）或紅外（Infra Red ,IR）技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、語音和視頻信號等。無線局域網(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,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的延伸。

　　無線局域網(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: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頻段不受美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的限制,屬于工業(yè)自由輻射頻段。工作在此頻段的無線局域網(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 通過了無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn),即802.11標(biāo)準(zhǔn)。IEEE 802.11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的一個里程碑, 標(biāo)準(zhǔn)主要是對網(wǎng)絡(luò)的物理層(PHY)和媒質(zhì)訪問控制層(MAC) 進(jìn)行了規(guī)定,其中對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 速率時與IEEE802.11 兼容。802.11b是目前技術(shù)最成熟且使用最多的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。本文采用的就是IEEE－802.11b無線網(wǎng)卡。

　　目前,人們對無線局域網(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)整合無線局域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)無線通信和數(shù)據(jù)傳輸將成為今后應(yīng)用的熱點(diǎn)。例如無線數(shù)字機(jī)頂盒、計算機(jī)、無線網(wǎng)關(guān)和家用電器等可構(gòu)成家庭無線局域網(wǎng),同時經(jīng)過AP、無線路由器或無線網(wǎng)橋可以連接到Internet;無線儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和無線傳輸;無線儀器設(shè)備在工作現(xiàn)場布置自組織網(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 嵌入式無線局域網(wǎng)模塊的硬件設(shè)計

　　本文以三星S3C2410X為嵌入式微處理器,結(jié)合無線局域網(wǎng)技術(shù),設(shè)計了一款嵌入式無線局域網(wǎng)設(shè)備,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和無線傳輸。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用于存放啟動程序、操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、驅(qū)動程序和相關(guān)應(yīng)用程序。S3C2410X支持NAND FLASH Boot Loader,系統(tǒng)上電后,S3C2410X通過內(nèi)置的NAND FLASH CONTROLLER將NAND FLASH中的啟動代碼加載到其內(nèi)部叫“Steppingstone”的4KB SRAM buffer執(zhí)行啟動任務(wù),而不需要經(jīng)過外部的SDRAM進(jìn)行系統(tǒng)啟動,從而加快整個系統(tǒng)的啟動過程。等啟動完成后,運(yùn)行操作系統(tǒng),這時的代碼以及后來的應(yīng)用程序都在外部的SDRAM執(zhí)行。操作系統(tǒng)啟動完成后,就可以執(zhí)行設(shè)計的應(yīng)用程序,通過RS232/485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再通過802.11b無線網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)傳輸出去。S3C2410X的所有GPIO都被引出來,以備將來系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。