嵌入式無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設備的設計與實(shí)現

1 嵌入式系統簡(jiǎn)介

　　嵌入式系統是指以計算機技術(shù)為基礎、以應用為中心、軟件硬件可裁剪,功能、可靠性、功耗、體積、成本有著(zhù)嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。追求“短、小、輕、薄,省電、快、成本低”的目標。嵌入式系統設備已廣泛應用于制造工業(yè)、過(guò)程控制、儀器儀表、軍事裝備、消費類(lèi)產(chǎn)品等領(lǐng)域。嵌入式系統由軟硬件組成,一般分為五個(gè)部分：處理器、存儲器、輸入輸出、操作系統和應用軟件。如圖1所示：

　　嵌入式系統最初的應用是基于單片機的,它只是使用8位的芯片執行一些簡(jiǎn)單的單進(jìn)程的程序,沒(méi)有多進(jìn)程的任務(wù)調度,還談不上系統。隨著(zhù)16/32 位嵌入式微處理器的出現,嵌入式系統開(kāi)始引入嵌入式操作系統,從而使得應用開(kāi)發(fā)人員從小范圍的開(kāi)發(fā)中解放出來(lái),也使嵌入式有了更廣闊的應用空間。比較著(zhù)名的嵌入式操作系統有ISI的pSOS、WindRiver的VxWorks、QNX的QNX、微軟的WinCE、以及源代碼開(kāi)放的Linux和uC/os 等。

圖1：嵌入式系統組成結構圖

　　2無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)概述

　　無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network ,WLAN)屬于一種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),是現代計算機網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物。通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻（RF）或紅外（Infra Red ,IR）技術(shù)在空中傳輸數據、語(yǔ)音和視頻信號等。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可在一些特殊的應用環(huán)境中彌補依靠線(xiàn)纜或光纜構成的有線(xiàn)以太網(wǎng)的不足,實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的延伸。

　　無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準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)醫療頻段,ISM頻段不受美國聯(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(xiàn)局域網(wǎng)有直接序列擴頻（Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS）和跳頻擴頻（Frequency Hopping Spread Sprectrum ,FHSS）兩種擴頻方法。

　　1997 年6 月, IEEE 通過(guò)了無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的標準,即802.11標準。IEEE 802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準的制定是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑, 標準主要是對網(wǎng)絡(luò )的物理層(PHY)和媒質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層(MAC) 進(jìn)行了規定,其中對MAC 層的規定是重點(diǎn)。

　　802.11速率最高只能達到2Mbps ,不能滿(mǎn)足人們的需要, IEEE小組又推出了802.11b標準。IEEE802.11b工作在2.4GHz頻段,采用直接序列擴頻DSSS技術(shù)和補償碼鍵控CCK調制方式,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(xiàn)局域網(wǎng)標準。本文采用的就是IEEE－802.11b無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡。

　　目前,人們對無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)的應用僅局限在PC機和筆記本,且一般用于熱點(diǎn)（Hot Spot）分布地區。而嵌入式系統整合無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信和數據傳輸將成為今后應用的熱點(diǎn)。例如無(wú)線(xiàn)數字機頂盒、計算機、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和家用電器等可構成家庭無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng),同時(shí)經(jīng)過(guò)AP、無(wú)線(xiàn)路由器或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋可以連接到Internet;無(wú)線(xiàn)儀表進(jìn)行數據采集和無(wú)線(xiàn)傳輸;無(wú)線(xiàn)儀器設備在工作現場(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、遠程無(wú)線(xiàn)監控,減少布線(xiàn)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(xiàn)局域網(wǎng)模塊的硬件設計

　　本文以三星S3C2410X為嵌入式微處理器,結合無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù),設計了一款嵌入式無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設備,實(shí)現數據采集和無(wú)線(xiàn)傳輸。設備硬件結構圖如圖2所示。

圖2：系統硬件結構圖

　　NAND FLASH用于存放啟動(dòng)程序、操作系統、TCP/IP協(xié)議棧、驅動(dòng)程序和相關(guān)應用程序。S3C2410X支持NAND FLASH Boot Loader,系統上電后,S3C2410X通過(guò)內置的NAND FLASH CONTROLLER將NAND FLASH中的啟動(dòng)代碼加載到其內部叫“Steppingstone”的4KB SRAM buffer執行啟動(dòng)任務(wù),而不需要經(jīng)過(guò)外部的SDRAM進(jìn)行系統啟動(dòng),從而加快整個(gè)系統的啟動(dòng)過(guò)程。等啟動(dòng)完成后,運行操作系統,這時(shí)的代碼以及后來(lái)的應用程序都在外部的SDRAM執行。操作系統啟動(dòng)完成后,就可以執行設計的應用程序,通過(guò)RS232/485接口進(jìn)行數據采集,再通過(guò)802.11b無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡將數據傳輸出去。S3C2410X的所有GPIO都被引出來(lái),以備將來(lái)系統功能的擴展。