基于嵌入式Wi-Fi處理器的無線系統(tǒng)設計

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，眾多的嵌入式系統(tǒng)均有增加Wi-Fi特性的需求，比如利用智能手機內(nèi)建的Wi-Fi來遙控各種嵌入式設備,使支持機器對機器的通信(M2M)具有物聯(lián)網(wǎng)通訊功能的嵌入式網(wǎng)絡解決方案,而這些都將成為未來的主流需求。而在進行產(chǎn)品設計時，考慮到成本等因素，可以選用ASIX電子的單芯片TCP/IP處理器AX22001/11來進行Wi-Fi系統(tǒng)的設計。AX22001/11處理器可提供具有成本優(yōu)勢的嵌入式網(wǎng)絡解決方案，以用于需要簡單、易用、低成本接入有線/無線局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的各類嵌入式應用領域。

1  單芯片TCP/IP微處理器AX22001/11

1.1  AX22001/11的基本性能

AX22001和AX22011的結(jié)構(gòu)及特性基本相同，區(qū)別僅僅在于AX22001不具備外部存儲器接口、二者的GPIO數(shù)量不同(AX22001和AX22011的GPIO數(shù)量分別是32和64)以及封裝形式不同(AX22001和AX22011的封裝形式分別是128引腳LQFP封裝和180引腳LFBGA封裝)，本文以AX22011為例來說明其基本特性。

AX22011屬于內(nèi)置802.11無線網(wǎng)MAC/基帶的單芯片TCP/IP微處理器，可提供高性能雙CPU內(nèi)核及用于代碼存儲的1MB共享閃存，同時內(nèi)嵌用于主處理器(MCPU)的64KB數(shù)據(jù)存儲器及用于Wi-Fi處理器(WCPU)的32KB數(shù)據(jù)存儲器,而內(nèi)置的TCP/IP加速器兼容802.lla/b/g的無線網(wǎng)MAC/基帶，快速以太網(wǎng)MAC及豐富的通信外設，可用于各類需要接入有線/無線以太網(wǎng)、局域網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)的設備。

AX22011采用雙CPU架構(gòu),并采用MCPU運行應用程序及TCP/IP協(xié)議,WCPU則用于處理WLAN協(xié)議及以太網(wǎng)至WLAN封包格式的轉(zhuǎn)換。內(nèi)建的WLANMAC及基帶處理器兼容IEEE802.lla/b/g規(guī)范,可支持802.11安全特性及802.lieQoS功能，同時支持基于AP的網(wǎng)絡(Infrastructure)或?qū)Φ染W(wǎng)絡(Ad-Hoc/IBSS)。

AX22011既可作為核心芯片搭建應用系統(tǒng)，也能通過芯片上運行的TCP/IP協(xié)議以及各種并行/串行接口(如LocalBus、高速UART及高速SPI),作為網(wǎng)絡協(xié)處理器來搭配其他嵌入式CPU,以減輕其處理TCP/IP及WLAN協(xié)議的負荷。

1. 2  AX22001/11的獨立特性

(1) 雙CPU架構(gòu)

AX22001/11的雙CPU架構(gòu)可分別用于應用程序及WLAN協(xié)議處理。

CPU釆用8位流水線和精簡指令集RISC,單指令周期，最高80MHz主頻，指令集100%兼容標準8051/80390；

芯片內(nèi)置電源管理單元和可編程看門狗定時器以及3個16位定時/計數(shù)器，毫秒定時器及實時時鐘(RTC)控制器，可支持通過在線仿真接口(ICE)進行CPU調(diào)試。

(2) 主處理器

主處理器(MCPU)用于應用程序及TCP/IP處理。AX22001/11提供有DMA引擎(7DMA通道)及專門的內(nèi)存架構(gòu)，以用于網(wǎng)絡及外設的快速數(shù)據(jù)傳輸同時支持TCP/IP硬件加速，以用于提升網(wǎng)絡傳輸帶寬，并可通過硬件實現(xiàn)IP/TCP/UDP/ICMP/IGMP校驗和計算以及ARP協(xié)議處理。

通過軟件提供的TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,DHCP,BOOTP,ARP,DNS,SMTP,SNTP,uPnP.PPPoE和HTTP等協(xié)議可支持通過Wi-Fi或以太網(wǎng)、BOOTP和TFTP協(xié)議等進行網(wǎng)絡啟動；同時支持2個外部中斷源，并支持2個優(yōu)先級。

(3) 程序和數(shù)據(jù)存儲器

AX22001/11內(nèi)置16KBSRAM用于程序鏡像，另有1MB的閃存用于MCPU和WCPU共享程序代碼空間；

芯片支持在系統(tǒng)編程(ISP),可透過UART或在線調(diào)試器(ICE)來進行閃存的燒寫；同時支持通過Wi-Fi、以太網(wǎng)或串口燒寫應用程序及更新啟動代碼，即應用中可編程(IAP)_o

啟動時，可選擇復制MCPU應用程序代碼到外部SRAM中運行，以提升系統(tǒng)性能。

此外,AX22001/ll還內(nèi)置用于MCPU的64KB數(shù)據(jù)存儲器可通過外部內(nèi)存接口擴展到最大2MB,同時內(nèi)置用于WCPU的32KB數(shù)據(jù)存儲器。

(4) Wi-Fi處理器和基帶控制器

AX22001/U中的Wi-Fi處理器和其兼容802.Ua/b/g的無線網(wǎng)MAC/基帶控制器可支持Infra-structure基礎架構(gòu)模式或Ad-Hoc對等網(wǎng)絡模式(IB-SS);同時支持DSSS及CCK：1、2、5.5和11Mb/s；也支持OFDM：6、9、12、18、24、36、48和54Mb/s；支持802.Hi安全特性如下:64/128WEP,TKIP,AES；此外,還支持802.lieQoS及1TX隊列,但可選AC為用戶的應用數(shù)據(jù)；

芯片集成有RXIQADC,TXIQDAC及TSSIADC,可用于連接RF收發(fā)器洞時支持MCPU數(shù)據(jù)存儲器與WCPU數(shù)據(jù)存儲器之間以及WCPU數(shù)據(jù)存儲器與WLANMAC之間通過DMA進行以太網(wǎng)與Wi-Fi封包格式的轉(zhuǎn)換;也支持系列Wi-Fi管理幀及硬件加速，如:MIC.SHA-1/MD-5變換、AESkey展開、偽隨機數(shù)產(chǎn)生(PRNG)及32位算法的硬件實現(xiàn)等;此外,還支持3種Wi-Fi節(jié)電模式，并可通過接收Beacon幀自動喚醒;此外,AX22001/ll還提供有1個用于WCPU調(diào)試的串口，1個外部中斷引腳和一個FC總線接口。

(5) 10/100M快速以太網(wǎng)MAC

AX22001/11兼容IEEE802.310Bas^T/100Bas^TX快速以太網(wǎng)規(guī)范，內(nèi)置用于封包緩存的專用12KBSRAM；可支持全雙工流控及半雙工背壓流控(back-pressure);并提供有MILRMILRev-MII和Rev-RMII接口；另外,它也支持以太網(wǎng)遠程喚醒。

(6) 外設通信接口

AX22001/11芯片有4個串口，其中2個支持DMA。調(diào)制解調(diào)器控制引腳可支援遠程喚醒及最高921.6Kb/s波特率；

該芯片支持DMA的快速SPI接口(包括3個主模式接口或1個從模式接口)和一個支持DMA的P'S或PCM接口，也支持DMA的局域總線接口(主/從模式)和一個PC接口(主/從模式)；

芯片具有5通道可編程計數(shù)器組和一個1-Wire總線接口，可提供4組GPIO,每組8位；同時集成有32.768kHz振蕩電路(具有獨立的電源供應引腳)，可用于實時時鐘和Wi-Fi節(jié)電模式的自動喚醒定時器;此外，芯片內(nèi)部集成有80MHz鎖相環(huán)，可外接40MHz晶振；同時集成了上電復位電路；

AX22001/11芯片采用128引腳LQFP封裝，且符合RoHS規(guī)范;工作溫度范圍為：0°C?十70°C。