1 無線寬帶通信簡介

自1997年IEEE802工作組制定了802-11無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，基于WLAN技術(shù)的無線寬帶通信得到了迅速發(fā)展。在短短的六年發(fā)展歷程中，WI．AN技術(shù)不斷地發(fā)展和成熟，先后推出了802．]lb／a／g協(xié)議。基于802．11b協(xié)議的無線局域網(wǎng)，工作在2．4GHz頻段，采用CCK調(diào)制技術(shù)，最高數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達到1]Mbps?；?02．1la協(xié)議的無線局域網(wǎng)，工作在5GHz頻段，采用OFDM調(diào)制技術(shù)。使數(shù)據(jù)的傳輸速率可高達54Mbps。802．116協(xié)議結(jié)合802．1h和802．11b的優(yōu)點，工作在2．4GHz頻段，采用OFDM調(diào)制技術(shù)，具有與802．1la標(biāo)準(zhǔn)相同的速率。為了解決通信設(shè)備在三個刁；同標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)間的兼容問題?，F(xiàn)已有幾家公司提供了IEEE802．11a／b／g的雙頻多模的解決方案。802．11e和802．1¨標(biāo)準(zhǔn)即將出爐。這兩個標(biāo)準(zhǔn)將分別解決目前WI上N突出的兩個問題：QoS和網(wǎng)絡(luò)安全。Intel公司將迅馳技術(shù)成功地應(yīng)用到筆記本上，人們可以通過WLAN技術(shù)輕松地進行無線寬帶上網(wǎng)。然而人們對WLAN技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限于通用的PC機或筆記本的無線聯(lián)網(wǎng)，嵌入式系統(tǒng)整合WLAN技術(shù)實現(xiàn)無線寬帶通信成為今后應(yīng)用的熱點。例由無線數(shù)字機頂盒、計算機、無線網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成的家庭無線網(wǎng)絡(luò)，嵌入式手持移動終端和工業(yè)控制現(xiàn)場無線設(shè)備等。近年來，嵌入式微處理器性能的大力提高，基于嵌入式系統(tǒng)的無線寬帶通信模塊不僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，而且還能夠滿足人們對于多媒體通信的需求。在這里，利用一款基于ARM920T 內(nèi)核的微處理器S3C2410X構(gòu)建一個嵌入式系統(tǒng)完成無線寬帶通信的功能。

2 S3C2410X嵌入式處理器

S3C2410是韓國三星電子公司最近推出的一款基于ARM9201'內(nèi)核的16／32位RISC·嵌入式微處理器。該處理器主要面向手持式設(shè)備以及高性價比、低功耗的應(yīng)用。圖l為ABNl920T的結(jié)構(gòu)框圖，圖2為S3C2410X在內(nèi)核外所集成資源的功能框圖[1]。

ARM920T核由ARM9TDMI、存儲管理單元MMU和高速緩存三部分組成。其中，MMU可以管理虛擬內(nèi)存，高速緩存由獨立的16KB地址和16KB數(shù)據(jù)高速Cache組成。ARM920T有兩個內(nèi)部協(xié)處理器：CPl4和CPl5。CPl4用于調(diào)試控制，CPl5用：于存儲系統(tǒng)控制以及測試控制。S3C2410X集成了一個LCD控制器(支持STN和TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)、SDRAM控制器、3個通道的UABT、4個通道的DMA、4個具有PWM功能的計時器和一個內(nèi)部時鐘、8通道的10位ADC。S3C2410還有很多豐富的外部接口，例如觸摸屏接口、12(2總線接口、陽總線接口、兩個USB主機接口、一個USB設(shè)備接口、兩個SPI接口、SD接口和MMC卡接口。在時鐘方面S3C2410X也有突出的特點，該芯片集成了一個具有日歷功能的RTC和具有PLL(MPLL和UPLL)的芯片時鐘發(fā)生器。MPLL產(chǎn)生主時鐘，能夠使處理器工作頻率最高達到203MHz。這個工作頻率能夠使處理器輕松運行WinCE、Linux等操作系統(tǒng)以及進行較為復(fù)雜的信息處理。UPLL產(chǎn)生實現(xiàn)主從USB功能的時鐘。

S3C2410X將系統(tǒng)的存儲空間分成8個bank，每個bank的大小是128M字節(jié)，共1G字節(jié)。bsnk0到bank5的開始地址是固定的，用于ROM或SRAM。bank6和bank7用于ROM、SRAM或SDRAM，這兩個bank可編程，且大小相同。bank7的開始地址是bank6的結(jié)束地址，靈活可變。所有內(nèi)存塊的訪問周期都可編程，外部Wait擴展了訪問周期。S3C2410X采用nGCS[7：0]8個通用片選線選擇8個bank區(qū)。

S3C2410X支持NAND閃存Boot 10ad，NAND閃存具有容量大、比NOR閃存更具競爭力的價格等特點，系統(tǒng)采用NAND閃存與SDRAM組合，可以獲得非常高的性價比。S3C2410X具有三種boot方式，由OM[l：0]管腳選擇：00時處理器從NAND閃存boot；01時從16位寬的ROM bOOt；10時從32位寬ROM boot。用戶將boofload代碼和操作系統(tǒng)鏡像放在外部的NAND閃存，采用NAND閃存boot。處理器上電復(fù)位時，通過內(nèi)置的NAND閃存訪問控制接口將bootload代碼自動加載到內(nèi)部的4KB SRAM(此時該SRAM定位于起始地址空間0x00000000)并且運行，在boot SRAM運行的boodoad程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)的鏡像加載到SDRAM，之后操作系統(tǒng)就能夠在SDRAM運行。啟動完畢后，4KB boot SRAM就可以用于其他用途。如果從其他方式boot，boot ROM就要故定位于內(nèi)存的起始地址空間Ox00000000，處理器直接在ROM上運行boot程序，比耐4KB boot SRAM被定位于內(nèi)存地址0x40000000處。

S3C24lOX對于片內(nèi)的各個部件采用了獨立的電源供給：內(nèi)核采用1．8V供電；存儲單元采用3．3V獨立供電，對于一般$DRAbl可以采用3．3V，對于移動SDRAM可以采用VDD等于1。8／2．5V，VDDQ等于3．0／3．3V；I／O采用獨立3．3V供電[1]。

圖2

3 系統(tǒng)硬件平臺

利用S3C2410X出色的內(nèi)核性能和豐富的外部接口構(gòu)造一個嵌入式系統(tǒng)平臺，用于嵌人式無線寬帶通信。圖3是該系統(tǒng)的硬件框圖。

在這個嵌入式硬件平臺中，主CPU是SAMSUNG公司的S3C2410X。作為boot的NAND閃存是SAMSUNG公司的SmartMedia卡。根據(jù)應(yīng)用中對于容量的需求可以選用K9S1208VOM,容量為64MB,或者K9D1G08，容量為128MB。

SmartMedia卡為大容量的固態(tài)存儲提供了相當(dāng)高的性價比。它按照頁進行自動編程，每一頁大小為528個字節(jié)，編程的典型時間為2001．ts；擦除則按照塊進行，每一塊的大小為16K字節(jié)，典型的擦除時間為2ms。它在頁面中讀取單個數(shù)據(jù)的時間為50ns。SmartMedia卡總共只'有22個引腳，8根I／0口線、讀寫控制線和電源線。I／0口是地址、命令輸入和數(shù)據(jù)輸出輸人的復(fù)用端口。SmanMedia卡還提供了ECC錯誤糾正碼，實現(xiàn)壞區(qū)檢測以及實時映射，這樣它具有高達10萬次的編程／擦除周期，數(shù)據(jù)保存長達10年。S3C2410X專門有NAND閃存的接口，所以在硬件上SmartMedia卡直接與這個接口相連。在這個平臺中，SmartMedia卡可以被用作裝載操作系統(tǒng)鏡像以及大容量的數(shù)據(jù)存儲。

SDRAM被用來運行操作系統(tǒng)以及各類數(shù)據(jù)的緩存，可采用三星、現(xiàn)代等廠家的產(chǎn)品。這里采用SAMSUNG公司的K4S561632C，它是4Mxl6bitx4bank的同步DRAM，容量為32MB。用2片K4S561632C，實現(xiàn)位擴展，使數(shù)據(jù)總線寬度為32bit，總?cè)萘繛?4MB，它的地址空間映射在S3C2410的bank6。

NOR FLASH采用AMD公司的AM29LV800B，容量為1MB。其工作電壓可在2．7V到3．6V之間，訪問時間為70ns，可以作為boot RON[Flash。與其它的Flash不同的是它具有靈活的頁面結(jié)構(gòu)，一個16K字節(jié)頁，2個8K字節(jié)頁，一個32K字節(jié)頁和L5個64K字節(jié)頁。至于它的讀寫和擦除操作與一般的線性閃存沒有區(qū)別。在這里AMD閃存主要用于前期的調(diào)試和操作系統(tǒng)的下載。

    因為S3C2410X本身沒有PCMCIA接口，所以為了連接PCMCIA接口的無線網(wǎng)卡，必須采用一個專用的芯片作為轉(zhuǎn)接。在這里，采用Intel公司生產(chǎn)的[SA-TO-PC-Card控制器--PD6710。PD6710能夠控制一個PC-Card插槽，兼容PC卡標(biāo)準(zhǔn)、PCMCDk2．1和JEIDA4，1。PD6710采用有效功率和混合電壓技術(shù)減少系統(tǒng)的功耗，同時該芯片具有軟控制掛起模式和硬件超級掛起模式實現(xiàn)低功耗的控制。該芯片采用82365SL兼容的寄存器組，具有5個可編程的存儲區(qū)和兩個可編程的I／O區(qū)。PD6710與S3C2410X連接端采用8位或16位的類ISA系統(tǒng)總線(這里采用16位的系統(tǒng)總線)，與無線網(wǎng)卡連接端采用8位或16位PC卡總線接口。無線網(wǎng)卡是802．11b標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用最廣泛，而且各大公司的產(chǎn)品都提供了現(xiàn)成的驅(qū)動程序。隨著USB接口的廣泛應(yīng)用，市中已有USB接口的無線網(wǎng)卡，S3C2410X集成了USB主機接口，可與USB接口的無線網(wǎng)卡直接相連。如果想使用CF卡接口的無線網(wǎng)卡，只需找一個CF-PCMCIA適配器就能完成轉(zhuǎn)接。

在這個平臺里，采用CS8900網(wǎng)卡芯片實現(xiàn)與以太網(wǎng)的連接，FPGA采用Xilinx公司的SpartanXL系列產(chǎn)品，根據(jù)功能要求可以選用XCS40XL型號，使可用門數(shù)目高達40K。利用SpartanXL系列器件里的RAM可以實現(xiàn)高速的FIFO或者利用其靈活的可編程性，可以作為這個平臺與外部其他功能模塊的通用接口。例如需要進行多媒體數(shù)據(jù)的處理時，可以外加一個DSP來完成，這樣S3C2410X就可以通過FPGA實現(xiàn)高速FIFO與DSP的數(shù)據(jù)交換。

至于人機接口方面的設(shè)計，筆者使用SAMSUNG公司的3．5英寸TFT LCD，并帶有觸摸屏。輸入則采用PDA常用的軟鍵盤。

4 軟件平臺及系統(tǒng)開發(fā)

S3C2410X集成了內(nèi)存管理單元，因此能夠嵌人多種主流操作系統(tǒng)，包括Windo~'s CE、Linux、VxWorks等。在這個系統(tǒng)中，選用Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)。對于已經(jīng)熟悉Windows環(huán)境的應(yīng)用程序開發(fā)者來說，WindowsCE提供了友好熟悉的開發(fā)環(huán)境? 如Microsoft Win32APl、ActiveX控件、消息隊列、COM接口、ATL和MFC，而且有很多Windows成功的程序可以移植到Windows CE中去，大大提高了開發(fā)的效率。Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)能夠給用戶提供熟悉和操作方便的GUI。

WinCE開發(fā)平臺由兩部分組成：Platform Builder和軟件開發(fā)包SDK(Embedded Visual C++和Embedded Vi-susl Basic)。Platform Builder用來定制操作系統(tǒng)，SDK則用來開發(fā)應(yīng)用程序。整個Windows CE系統(tǒng)由三部分組成：應(yīng)用程序、WinCE各個部件和OEM層。OEM層接口又包括OEM適配層、本地驅(qū)動和流接口驅(qū)動。定制操作系統(tǒng)的步驟如下：(1)編寫板基支持包BSP(包括OEM適配層OAL和硬件驅(qū)動)；(2)裁減和配置操作系統(tǒng)的各個部件，并修改相應(yīng)的配置文件；(3)編譯Kemal、組件和BSP，生成操作系統(tǒng)鏡像文件；(4)將鏡像文件下載到目標(biāo)設(shè)備上，進行調(diào)試。定制完操作系統(tǒng)后，在PlatformBuffder里導(dǎo)出SDK，就可以在EmbeddedVisualC++或EmbeddedVisualBasic環(huán)境下針對平臺開發(fā)應(yīng)用程序[2]。

    操作系統(tǒng)定制完后，就要將它下載到目標(biāo)設(shè)備上。常用的方法有以下幾種：通過JTAC接口下載、EBOOT下載、USB下載、串口下載。后面三種下載方法都要先通過JTAC接口將相應(yīng)的監(jiān)控程序下載到nash中，然后CPU從Flash啟動。因為S3C2410X集成了一個從USB接口，因此在沒有以太網(wǎng)的情況下，通過USB下載特別方便，而且下載速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于串口下載。在實際的系統(tǒng)開發(fā)中，利用JTAC調(diào)試器將USB監(jiān)控程序編程到AMD閃存，然后讓S3C2410X從AMD閃存boot。主機運行SAMSUNG公司提供的DNW程序，利用串口進行信息交互，通過USB將BootLoader和操作系統(tǒng)鏡像下載到SDRAM中，然后通過USB下載一個NAND閃存的寫程序到SDRAM并運行，將SDRAM中的BootLoader和操作

系統(tǒng)鏡像寫到SmartMedia卡中。下載完畢后，改變boot方法，讓S3C2410X從SmartMedia卡開始boot，操作系統(tǒng)即能在平臺中運行起來了。

一旦操作系統(tǒng)裝載完后，就可以通過Microsoft ActiveSvnc安裝無線網(wǎng)卡的驅(qū)動程序和相應(yīng)的應(yīng)用程序了。為了避免掉電后重新安裝無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序，可以將驅(qū)動程序直接打包在操作系統(tǒng)中。為了避免每次開機時IP地址的重新設(shè)置，利用塊設(shè)備進行永久注冊表存儲。在具體實現(xiàn)中，WinCE提供RegCop)，F(xiàn)ile函數(shù)保存注冊表信息和RegRestoreFile函數(shù)加載注冊表信息。如果在一個無線寬帶網(wǎng)絡(luò)中，存在一個DHCP服務(wù)器，那么這個嵌人式系統(tǒng)可以通過DHCP動態(tài)獲得IP地址，解決了在沒有人機接口的情況下設(shè)置IP地址的問題，因為WinCE集成了TCP／IP協(xié)議!所以直接利用操作系統(tǒng)所提供的Socket接口開發(fā)各類無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序[3]。

5 應(yīng)用

基于S3C2410X的無線寬帶通信模塊可被廣泛地應(yīng)用到WLAN網(wǎng)絡(luò)中的各類移動終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和多媒體的傳輸。圖4為該模塊在WLAN中應(yīng)用示意圖。AP為無線接人點，MT為基于S3C2410X的現(xiàn)場無線通信移動終端，它們之間通過802．11b-~y議進行無線通信。DS為分布式系統(tǒng)，AP通過它進行通信。一般AP與有線網(wǎng)絡(luò)相連，這樣MT不僅可以相互通信，而且還能與有線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

這個嵌人式模塊集成豐富的接口，不僅可以實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，而且如果附加一個CCD攝像頭和一個DSP處理模塊就可以實現(xiàn)圖像的無線監(jiān)控。目前，該模塊已經(jīng)在現(xiàn)場總線無線通信中得到了應(yīng)用。