嵌入式無線局域網設備的設計與實現(xiàn)

1 嵌入式系統(tǒng)簡介

　　嵌入式系統(tǒng)是指以計算機技術為基礎、以應用為中心、軟件硬件可裁剪,功能、可靠性、功耗、體積、成本有著嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。追求“短、小、輕、薄,省電、快、成本低”的目標。嵌入式系統(tǒng)設備已廣泛應用于制造工業(yè)、過程控制、儀器儀表、軍事裝備、消費類產品等領域。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)和應用軟件。如圖1所示：

　　嵌入式系統(tǒng)最初的應用是基于單片機的,它只是使用8位的芯片執(zhí)行一些簡單的單進程的程序,沒有多進程的任務調度,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)組成結構圖

　　2無線局域網概述

　　無線局域網(Wireless Local Area Network ,WLAN)屬于一種短距離無線通信技術,是現(xiàn)代計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。通過無線射頻（RF）或紅外（Infra Red ,IR）技術在空中傳輸數(shù)據、語音和視頻信號等。無線局域網可在一些特殊的應用環(huán)境中彌補依靠線纜或光纜構成的有線以太網的不足,實現(xiàn)網絡的延伸。

　　無線局域網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: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 通過了無線局域網的標準,即802.11標準。IEEE 802.11無線局域網標準的制定是無線網絡技術發(fā)展的一個里程碑, 標準主要是對網絡的物理層(PHY)和媒質訪問控制層(MAC) 進行了規(guī)定,其中對MAC 層的規(guī)定是重點。

　　802.11速率最高只能達到2Mbps ,不能滿足人們的需要, 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 速率時與IEEE802.11 兼容。802.11b是目前技術最成熟且使用最多的無線局域網標準。本文采用的就是IEEE－802.11b無線網卡。

　　目前,人們對無線局域網技術的應用僅局限在PC機和筆記本,且一般用于熱點（Hot Spot）分布地區(qū)。而嵌入式系統(tǒng)整合無線局域網技術實現(xiàn)無線通信和數(shù)據傳輸將成為今后應用的熱點。例如無線數(shù)字機頂盒、計算機、無線網關和家用電器等可構成家庭無線局域網,同時經過AP、無線路由器或無線網橋可以連接到Internet;無線儀表進行數(shù)據采集和無線傳輸;無線儀器設備在工作現(xiàn)場布置自組織網絡（Ad Hoc網絡）相互進行信息傳遞、遠程無線監(jiān)控,減少布線的麻煩和不便,將極大地提高工業(yè)生產效率,方便人們的生活。

　　3 嵌入式無線局域網模塊的硬件設計

　　本文以三星S3C2410X為嵌入式微處理器,結合無線局域網技術,設計了一款嵌入式無線局域網設備,實現(xiàn)數(shù)據采集和無線傳輸。設備硬件結構圖如圖2所示。

圖2：系統(tǒng)硬件結構圖

　　NAND FLASH用于存放啟動程序、操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、驅動程序和相關應用程序。S3C2410X支持NAND FLASH Boot Loader,系統(tǒng)上電后,S3C2410X通過內置的NAND FLASH CONTROLLER將NAND FLASH中的啟動代碼加載到其內部叫“Steppingstone”的4KB SRAM buffer執(zhí)行啟動任務,而不需要經過外部的SDRAM進行系統(tǒng)啟動,從而加快整個系統(tǒng)的啟動過程。等啟動完成后,運行操作系統(tǒng),這時的代碼以及后來的應用程序都在外部的SDRAM執(zhí)行。操作系統(tǒng)啟動完成后,就可以執(zhí)行設計的應用程序,通過RS232/485接口進行數(shù)據采集,再通過802.11b無線網卡將數(shù)據傳輸出去。S3C2410X的所有GPIO都被引出來,以備將來系統(tǒng)功能的擴展。