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基于DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)802.11b無線網(wǎng)卡的設(shè)計(jì)

摘要： 無線網(wǎng)絡(luò)是有線聯(lián)網(wǎng)方式的重要補(bǔ)充和延伸，并逐漸成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分，廣泛應(yīng)用于需要可移動(dòng)數(shù)據(jù)處理或無法進(jìn)行物理傳輸介質(zhì)布線的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 接口IC DSP 802.11B 無線網(wǎng)卡

Abstract：

Key words :

　　引言

　　無線局域網(wǎng)是指以無線信道作為傳輸媒介的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)；無線網(wǎng)絡(luò)是有線聯(lián)網(wǎng)方式的重要補(bǔ)充和延伸，并逐漸成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)至關(guān)重要的組成部分，廣泛應(yīng)用于需要可移動(dòng)數(shù)據(jù)處理或無法進(jìn)行物理傳輸介質(zhì)布線的領(lǐng)域。隨著IEEE802．11無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)展，使無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加成熟與完善；能夠給用戶提供更加安全可靠、移動(dòng)、高效、遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方案，并已成功應(yīng)用于眾多行業(yè)。無線網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大加密技術(shù)和極低的輻射以及可以自由架設(shè)的2．4 GHz自由頻段，可使無線網(wǎng)絡(luò)得到進(jìn)一步發(fā)展。下面介紹一種在嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）OMAP5912上實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)802．11B的方法。DSP對(duì)PC機(jī)數(shù)據(jù)或者直接采樣語音信號(hào)，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。由于系統(tǒng)以DSP為核心，使得無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字信號(hào)處理更加方便，可以較方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密、信號(hào)壓縮等較復(fù)雜的算法。

　　1 無線網(wǎng)卡模塊TNETll00B

　　無線信號(hào)的收發(fā)采用無線網(wǎng)卡模塊TNETll00B實(shí)現(xiàn)。TNETll00B是TI公司最近推出的遵循802．11B通信標(biāo)準(zhǔn)的無線信號(hào)收發(fā)芯片。

　　TNETll00B的內(nèi)部功能如圖1所示。TNETll00B主要由射頻信號(hào)處理單元、基帶信號(hào)處理單元、中間接入控制單元以及嵌入式CPU、RAM、主機(jī)硬件接口、時(shí)鐘管理模塊等多個(gè)部分組成。

TNETll00B的內(nèi)部功能

　　射頻信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的接收和發(fā)送。集成有1個(gè)8位22MHz的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD和1個(gè)10位44MHz的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA。AD／DA都具有自動(dòng)增益控制功能，DA還具有功率控制功能。射頻信號(hào)處理單元還提供可調(diào)的參考時(shí)鐘，為AD的全速、半速時(shí)鐘或者其1／4分頻時(shí)鐘，分別對(duì)應(yīng)為22 MHz、11MHz和5．5 MHz。

　　基帶信號(hào)處理單元實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，支持IEEE Std的802．11B協(xié)議?；鶐卧臄?shù)據(jù)速率可以和射頻單元的時(shí)鐘一致，也可以設(shè)置成較低的1 Mb／s或者2 Mb／s。較低速率下的基帶信號(hào)為了和射頻單元進(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采用插值濾波，使得低速率信號(hào)變成高速率信號(hào)；同樣，接收數(shù)據(jù)時(shí)采用抽取濾波，使得高速率信號(hào)變成低速率信號(hào)。

　　中間接人控制單元完成射頻單元和基帶單元與處理器的邏輯控制，處理器、RAM、時(shí)鐘以及與外設(shè)硬件接口的控制。處理器為44 MHz主頻的ARM7TDMI嵌入式處理器，RAM容量為64 KB，可以動(dòng)態(tài)分配接收和發(fā)送數(shù)據(jù)所占用的塊。接人單元響應(yīng)硬件產(chǎn)生的應(yīng)答ACK、請求發(fā)送RTS、清除發(fā)送CTS等Modem命令。接人單元還具有對(duì)接收數(shù)據(jù)包的解析功能，具有64、128或者256位的加密／解碼密鑰注入功能。

　　主機(jī)硬件接口支持33 MHz的PCl2．2協(xié)議或者USBl．1接口，數(shù)據(jù)通信可以使用DMA后臺(tái)方式傳輸。為了支持USB接口，TNETll00B專門配有1個(gè)48 MHz的時(shí)鐘接口。此外，為了嵌入式CPU保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘，TNETll00B配有sleep時(shí)鐘接口。該時(shí)鐘信號(hào)需要配置電池。這樣系統(tǒng)在斷電情況下，依靠電池仍然保持準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘在電池情況下功耗極低，功耗為12μW。

　　引言

　　1 無線網(wǎng)卡模塊TNETll00B

TNETll00B的內(nèi)部功能

　　2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)由OMAP5912、TNET1100B、音頻AD／DA、人機(jī)接口、PC機(jī)以及Flash組成，硬件連接如圖2所示。圖2中，13SP是核心控制單元；音頻AD用于將采集的模擬語音信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字語音信號(hào)；音頻DA將數(shù)字語音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬語音信號(hào)。FLASH_1保存DSP所需要的程序，供DSP上電調(diào)用；FLASH_2保存TNETll00B所需要的程序，供TNETll00B上電調(diào)用。DSP和PC機(jī)之間使用HPI口，使用PCI橋芯片，實(shí)現(xiàn)和PC機(jī)的連接。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包可以直接在PC上完成數(shù)據(jù)的壓縮、交織以及編碼等數(shù)據(jù)處理，OMAP5912負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)。對(duì)OMAP5912直接采樣的語音信號(hào)，基于WiFi的語音傳輸，（VoWiFi）要求數(shù)字化的語音信號(hào)必須以數(shù)據(jù)包的形式通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，為此OMAP5912必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組包處理算法。此外，無線網(wǎng)絡(luò)要求語音數(shù)據(jù)必須在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)傳送出去，一般最長的時(shí)間間隔為20ms。這樣語音信號(hào)到目的地后，目的網(wǎng)卡才有足夠的時(shí)間進(jìn)行拆包并最終形成語音數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)播放出去。無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)必須保證數(shù)據(jù)包的丟失、延遲以及誤碼在規(guī)定的門限以下。在802．ll的升級(jí)協(xié)議中，還要求了新的服務(wù)質(zhì)量協(xié)議、允許控制協(xié)議、快速漫游協(xié)議、智能安全協(xié)議以及無線資源管理協(xié)議等各種新的算法。這些均由OMAP5912中的嵌入式ARM處理器完成。

　　3 TNETll00B和OMAP5912的硬件設(shè)計(jì)

　　TNETll00B和OMAP5912的連接是系統(tǒng)硬件連接的關(guān)鍵，具體連接如圖3所示。使用OMAP5912的EMIFS接口連接TNETll00B。EMIFS是OMAP5912的慢速外部存儲(chǔ)器接口（External Memory InteRFace SlOW），可以方便地和外部Flash、異步SRAM等設(shè)備連接。系統(tǒng)的TNETll00B模塊遵循802．llB協(xié)議，其最高數(shù)據(jù)傳輸速率為11 Mbps。OMAP5912的EMIFS接口滿足其速度要求。

　　具體連接

　　在TNETll00B和OMAP5912的EMIFS連接圖中，TNETll00B作為OMAP5912的外部16位從異步設(shè)備。由于OMAP5912的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度為32位，而TNETll00B的數(shù)據(jù)總線寬度為16位，為此，

　　將每32位數(shù)據(jù)分成2個(gè)16位數(shù)據(jù)傳輸，使用BE0和BEl引腳區(qū)分當(dāng)前傳輸?shù)氖歉?6位還是低16位。通信時(shí)，使用第20位地址線ADD20和片選信號(hào)CSl參與字節(jié)信號(hào)的譯碼，具體的譯碼電路如圖4所示。譯碼電路直接使用邏輯器件實(shí)現(xiàn)，也可以使用CPLD實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)TNETllOOB有數(shù)據(jù)上傳時(shí)，使用CINT引腳發(fā)送中斷信號(hào)到OMAP5912，OMAP5912根據(jù)當(dāng)前自身的工作情況處理和TNETll00B的通信；OMAP5912也可以使用通用I／O引腳控制TNETll00B的復(fù)位信號(hào)，當(dāng)連續(xù)多次未收到TNETll00B的響應(yīng)信號(hào)時(shí)，OMAP5912可以軟件復(fù)位TNETll00B，從而避免通信的互鎖現(xiàn)象。此外，OMAP5912使用通用I／O引腳控制TNETll00B的CPD（Card Power Down）信號(hào)，可以在無數(shù)據(jù)通信時(shí)．控制TNETll00B進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

譯碼電路

　　4 TNETllDOB和OMAP5912的軟件設(shè)計(jì)

　　OMAP5912和TNETll00B的數(shù)據(jù)通信流程如圖5所示。系統(tǒng)初始化后，OMAP5912判斷當(dāng)前是否有數(shù)據(jù)讀寫。數(shù)據(jù)的讀是通過判斷是否有掛起的硬件中斷；數(shù)據(jù)寫是通過判斷上層程序是否有數(shù)據(jù)發(fā)的軟件中斷。無數(shù)據(jù)讀寫情況下，OMAP5912將定期發(fā)送測試命令到TNET1100B，以便確定TNETll00B在正常工作；也可以根據(jù)需要，將TNET1100B設(shè)置到低功耗狀態(tài)。如果讀取數(shù)據(jù)的校驗(yàn)錯(cuò)誤較多，表明當(dāng)前無線通信的信道噪聲很大或者TNETll00B的總線被干擾出現(xiàn)紊亂。OMAP5912將軟件復(fù)位TNETll00B模塊，使得TNETll00B重新設(shè)置總線，避免在低信噪比情況下多次重復(fù)發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)，減小無效通信時(shí)間。

　　數(shù)據(jù)通信流程

　　5總結(jié)

　　使用OMAP5910的EMIFS接口連接無線網(wǎng)卡接口TNETll00B，可實(shí)現(xiàn)802．llB協(xié)議的無線數(shù)據(jù)收發(fā)。使用TNETll00B模塊實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)處理、基帶信號(hào)處理以及中間接入控制，可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)方便。由于采用具有DSP核的處理器，系統(tǒng)還可以方便地應(yīng)用各種數(shù)據(jù)信號(hào)處理算法。

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