基于arm的wifi无线传输系统设计

基于arm的wifi无线传输系统设计内容摘要：

3。 31 编程接口 32 数据传输的软件实现 33 本论文的通信流程图 34 服务端的网络编程 34 客户端的 Socket 编程 37 论文总结 40 参考文献： 41 致谢 43 清华 大学 2020 届毕业 设计说明书 第 1 页 共 43 页 1 绪论 研究背景 作为 种无线联网技术， WiFi 已经得到了业界的关注。 WiFi 终端涉及手机、 PC(笔记本电脑 )、平板电视、数码相机、投影机等众多产 品。 由于其在数字家庭的构建中能够起到重要作用，所以无论是市场调查机构还是终端企业，都认为 WiFi 在数字家庭市场蕴藏着不小的潜力。 作为宽带无线 接入 网的一种重要 网络 形态， WiFi最适合在家庭中应用。 随着 WiFi 应用领域的不断扩展、产品类型的日益丰富以及WiFi 设备逐步应用，消费者将获得 高速 、方便与丰富的使用体验。 无线局域网 是宽带无线接入网的一种重要网络形态，可实现局部区域内的 高速无线接入， 传输 速率从当前的 54Mbps 正在向更高的 600Mbps 迈进。 同时，无线局域网还具有网络结构简单、建设方便快捷等特点，得到了 人们的关注。 随着近年来嵌入式技术和网络技术的发展，音频视频通信已经获得了广泛的应用。 下一代网络已成为网络通信发展的方向，语音业务在数据通信网上已经不能满足人们的要求，视频业务也急需发展，并且对实时性要求越来越高。 与此同时， WLAN（无线局域网）技术的迅猛发展， WLAN 的主流技术已经从 发展到 ,接入速率从最高的 1Mbps 发展到 54Mbps,并提供可靠的 Qos 保证。 而且技术成熟，成本低廉，普及率提高迅速，得到了众多国际厂商的支持和市场的广泛认同。 另外，网络技术的发展为嵌入式系统提供了一 个新的研究领域，如何更好地利用丰富的网络资源是当今嵌入式系统的应用热点。 嵌入式系统与 TCP/IP 协议栈的结合是 在 嵌入式系统 引 入网络的基础。 从 20世纪 80年代开始，出现了如 Vxworks、 PSOS、 Nueleus、 PalmOS和 WindowsCE等商用嵌入式操作系 统。 但这些专用操作系统都是商业化产品，其价格高昂。 而且，源代码封闭性也大大限制了开发者的积极性，因为这些 EOS(Embedded Operating System)提供给编程人员的，往往只有 API(Application Programming interface)应用编程接口，一般以函数形式提供，这些函数均不能修改的。 鉴于这些商用操作系统的这些缺点，因而，本系统选用的操作系统为源代码开放的 Linux，选择 Linux 有如下几个原因 : 第一 、 Linux 可用于多种硬件平台， Linux 己经被移植到多种硬件平台，这对受开清华 大学 2020 届毕业 设计说明书 第 2 页 共 43 页 销、时间限制的研究与开发项目是很有吸引力的。 原型可以在标准平台上开发，然后移植到具体的硬件上，加快了软件与硬件的开发过程。 第二、 Linux 可以随意配置而不需任何的许可证或商家的合作关系，源代码可以免费得到，这样可以节省大量的开发费用。 第三、 Linux 具有优异的网络支持。 微内核直接提供网络支持，而不必像其它操作系统要外挂 TCP/IP 协议包。 因为 Linux 本身就是在网络基础上发展起来的。 正 是凭借 Linux 在嵌入式应用中得天独厚的优势，嵌入式 Linux 正在迅猛地发展，目前己经开发成功带操作系统的嵌入式产品中，大约有一半选择使用 Linux 作为操作系统平台。 鉴于 ARM 有如下优点 :ARM 运行速度快、存储空间大、很方便与 Inter 互联等，所以用它来作为中间的控制器能提高整个系统的运行处理速度，并且能完成复杂的路由算法，同时也 方便与现在的网络进行数据传递。 因而， 本系统 选用了 32位的 ARM 芯片 S3C2440 做本系统的 CPU。 ARM与操作系统 Linux 的结合，在很多方面都有优势： 第一 ， 方便。 主要在后期的开发，即在操作系统上直接开发应用程序。 第二 ， 安全。 这是 Linux 的一个特点 ,Linux 的内核与用户空间的内存管理分开，不会为用户的单个程序错误而引起系统 瘫痪。 第三 高效。 引入进程的管理调度系统，使系统运行更加高效。 论文内容 与结构 本文介绍了无线通信的系统设计，从两方面介绍了整个 WiFi 无线通信系统 硬件与软件。 硬件方面 :阐述了 WiFi 无线通信的硬件平台设计，重点研究了一些基本电路设计，主要的接口设计。 软件方面 :研究了 Linux 在 ARM 上的移植，以及怎样搭建嵌入式开发的软件平台，研究了无线 网卡 芯片的 Linux 驱动程序的开发，以及 WiFi 无线通信系统的应用程序开发。 第 1 章： 绪论，阐述了该 论文 的开发背景和意义，总体概述了本论文的结构和内容安排等。 第 2 章 :WiFi 无线通信的系统设计，阐述了系统的总体结构，对各功能模块的硬件软件分析，研究了 WiFi 通信 的工作流程。 第 3 章 :设计一些基本外围电路设计，无线通信协调器硬件电路及 外围 硬件电清华 大学 2020 届毕业 设计说明书 第 3 页 共 43 页 路，以及常用的接口电路设计。 第 4 章 :阐述嵌入式 Linux 的移植到协调器硬件平台的过程，研究 Linux 移植到 ARM 芯片的 过程 ， 论述了 USB无线网卡的驱动设计与移植。 第 5 章 :基于 ARMamp。 Linux 的 WiFi 无线通信系统的软件设计， 介绍了 TCP/IP 协议栈， Socket 通信程序的编写。 第 6 章 :论文工作总结和展望。 最后是参考 文献 和致谢。 清华 大学 2020 届毕业 设计说明书 第 4 页 共 43 页 2 WiFi 无线通信的实现原理 WiFi 无线网络技术 WiFi实质上是一种商业认证，它是目前应用最广泛的 WLAN标准，具 有 WiFi 标准认证的产品都符合 IEEE 无线局域网络规范。 下面首先介绍WLAN 技术和 IEEE 无线局域网络规范，在此基础之上，介绍 WiFi 无线网络工作原理以及组网模式。 WLAN 技术介绍 WLAN 是指通过无线通信技术将分布在一定范围内的计算机设备或者其它智能终端设备互联起来，构成可以实现资源共享和互相通信的网络体系。 WLAN 最大的特点是不再使用网络电缆将计算机与网络终端连接起来，而是使用无线的连接方式，使得网络的组建和终端的移动更加方便灵活。 WLAN 的组成单元 一个无线局域网络通常由工作站、无线介质（ Wireless Medium， WM）、无线接入点和主干分布式系统（ DS， Distribution System）等几部分组成。 现将各部分的功能与特点描述如下： （ 1）工作站（ STA）：它是无线局域网最基本的组成单元，是集成了无线网络设备的计算机或智能设备终端。 其无线网络设备的作用是接收无线信号，连接到无线接入点，实现计算机或智能终端之间的无线连接。 根据应用的不同，无线网络设备可以分为无线局域网卡、无线上网卡和蓝牙适配器等。 （ 2）无线接入点 （ AP） ：无线接入点可以是无线 AP（ Access Point）， 也可以是无线路由器，主要负责连接所有无线工作站进行集中管理、收发无线信号实现数据交换、实现无线工作站和有线局域网之间的互联等工作，具有有线网络中交换机的作用。 （ 3）无线介质 （ WM）：无线介质是 WLAN 中 STA 和 STA、 STA 和 AP之间通信时发送的无线电波的传输媒质。 WLAN 中的无线介质由无线局域网物理层标准定义，最常见的是空气，用来传输无线电波。 清华 大学 2020 届毕业 设计说明书 第 5 页 共 43 页 （ 4）主干分布式系统（ DS）：一个 WLAN 所能覆盖的区域称为基本服务区域（ Basic Service Set， BSS），它是构成 WLAN 的最小单元。 为了使无线局域网络覆盖的区域更大，需要把多个 BSS 连接起来，形成一个扩展服务区（ Extended Service Area，ESA），分布式系统用来连接不同的 BSS 形成 ESA。 WLAN 的组成结构 WLAN 网络主要分为无中心网络和有中心网络两种，组建这两种类型的无线局域网络所需的设备不同，而且网络结构也很不一样。 （ 1）无中心网络无中心网络又称 Adhoc 网络，用于多台无线工作站之间的直接通讯。 一个 Adhoc 网络由一组具有无线网络设备的计算机组成 ，这些计算机具有相同的工作组名、密码和 SSID，只要互相都在彼此的有效范围之内，任意两台或多台计算机都可以建立一个独立的局域网络。 该网络不能接入有线网，是最简单的 WLAN 网络结构。 （ 2）有中心网络有中心网络又称结构化网络，它由 STA、 WM 和 AP 组成， 所有的工作站在本 BSS 以内都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的工作站通信时都要通过本 BSS 的 AP 连接到有线网络来实现。 WLAN 可以使通过无线设备联网的用户充分共享有线网络中的所有资源。 嵌入式系统开发介绍 嵌入式系统的组成 嵌入式系统一 般由嵌入式硬件和软件组成。 嵌入式硬件通常由微处理器和外围设备组成，而嵌入式软件则由实时多任务操作系统、各种专用软件和应用程序组成。 嵌入式系统硬件分为嵌入式处理器、存储设备、电源电路、通信接口以及外围设备等几个部分。 嵌入式系统软件可分为应用层、 OS 层和 BSP 三层结构。 板级支持包 (BSP， Board Support Packet)主要完成底层硬件相关的初始化以及加载实时操作系统等工作，包含了 Bootloader 和系统硬件正常工作所需的部分驱动。 目前常用的实时操作系统主要有 Linux、 WinCE、 ucos、 Symbian、 VxWorks 等，开发者根据开发需要选择合适的操作系统，然后对所选择的嵌入式操作系统进行裁剪、移植。 应用层软件是清华 大学 2020 届毕业 设计说明书 第 6 页 共 43 页 针对用户特定的应用而制定的，其中文件系统必须要有，图形界面程序和其它应用程序依具体开发而定。 系统开发平台的选择 本嵌入式 WiFi 无线通信终端的设计与实现所依赖的软硬件开发平台选择如下： （ 1） 微处理器选择 S3C2440， S3C2440 是韩国三星公司生产的，基于 ARM920T的 16/32 位 RISC 嵌入式处理器，是目前市场上应用非常广泛的一款嵌入式处理器。 S3C2440的频率是 400MHz，其 ARM920T 核由 ARM9TDMI、存储管理单元（ MMU）和高速缓存三部分组成。 其中， MMU 可以管理虚拟内存，高速缓存由独立的 16KB 地址和 16KB 数据高速 Cache 组成。 ARM920T 有两个内部协处理器： CP14 和 CP15。 CP14用于调试控制， CP15 用于存储系统控制以及测试控制。 该处理器是一个多用途的通用芯片，它内部集成了微处理器和常用外围组件，具有较高的性价比。 （ 2） 嵌入式操作系统选择 Linux，内核版本为。 选择 Linux 实时操作系统最主要的原因是 它的开源性，不仅可以从网上免费获取内核源码，还能获取很丰富的驱动代码，降低了开发难度。 (3)无线通信模块选择 USB 接口的无线网卡 TLWN321G+。 它支持 标准；遵循 ； 支持 TCP/IP、 NDIS NDIS IPX、NetBEUI 通信协议；支持两种工作模式 ； 点对点模式和基本结构模式；最大传输速率可达 54Mbps。 该网卡即插即用，方便快捷。 WiFi 无线通信总体设计方案 按照系统需求，对本 WiFi 无线通信终端的总体方案进行了设 计，其软硬件结构 由 无线移动终端由 S3C2440+TLWN322G 为核心搭建而成，从功能上无线移动终端可以分成 三 个子系统：（ 1） ARM 嵌入式子系统，主要包括 ARM9 芯片以及周边存储电路、接口转换电路和供电、时钟、复位电路组成，该部分 驱动无线网卡和运行Socket 通信程序进行 WiFi 通信 ，并且提供人机交互接口，接受上位 PC 机的监控（通过串口） ；（ 2） WLAN 子系统， 无线网卡部分（ TLWN321G+） ，负责无线信号的发送，功率放大 /滤波， 混频，基带处理等功能，并且与 ARM 子系统通过 USB 接口清华 大学 2020。