802.11B的無線網卡在DSP系統(tǒng)中的實現(xiàn)

摘  要：研究基于802．11B的無線網卡在嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)OMAP5912上的實現(xiàn)。整個系統(tǒng)以DSP為核心，采用T1公司的TNETll00B無線網卡模塊實現(xiàn)802．11B通信協(xié)議，進行無線信號收發(fā)。系統(tǒng)制造簡單，集成度高，適用于多種無線局域網絡設備。

關鍵詞：無線網卡  802．1lB  嵌入式  OMAP5912

引  言

    無線局域網是指以無線信道作為傳輸媒介的計算機局域網；無線網絡是有線聯(lián)網方式的重要補充和延伸，并逐漸成為計算機網絡中一個至關重要的組成部分，廣泛應用于需要可移動數(shù)據(jù)處理或無法進行物理傳輸介質布線的領域。隨著IEEE802．11無線網絡標準的制定與發(fā)展，使無線網絡技術更加成熟與完善；能夠給用戶提供更加安全可靠、移動、高效、遠距離的網絡互聯(lián)方案，并已成功應用于眾多行業(yè)。無線網絡的強大加密技術和極低的輻射以及可以自由架設的2．4 GHz自由頻段，可使無線網絡得到進一步發(fā)展。下面介紹一種在嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)OMAP5912上實現(xiàn)無線網絡802．11B的方法。DSP對PC機數(shù)據(jù)或者直接采樣語音信號，通過無線網絡傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。由于系統(tǒng)以DSP為核心，使得無線網絡的數(shù)字信號處理更加方便，可以較方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密、信號壓縮等較復雜的算法。

1  無線網卡模塊TNETll00B

    無線信號的收發(fā)采用無線網卡模塊TNETll00B實現(xiàn)。TNETll00B是TI公司最近推出的遵循802．11B通信標準的無線信號收發(fā)芯片。

    TNETll00B的內部功能如圖1所示。TNETll00B主要由射頻信號處理單元、基帶信號處理單元、中間接入控制單元以及嵌入式CPU、RAM、主機硬件接口、時鐘管理模塊等多個部分組成。

    射頻信號處理單元實現(xiàn)無線信號的接收和發(fā)送。集成有1個8位22MHz的模數(shù)轉換器AD和1個10位44MHz的數(shù)模轉換器DA。AD／DA都具有自動增益控制功能，DA還具有功率控制功能。射頻信號處理單元還提供可調的參考時鐘，為AD的全速、半速時鐘或者其1／4分頻時鐘，分別對應為22 MHz、11MHz和5．5 MHz。

   
    基帶信號處理單元實現(xiàn)基帶信號的調制解調，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鐘一致，也可以設置成較低的1 Mb／s或者2 Mb／s。較低速率下的基帶信號為了和射頻單元進行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時采用插值濾波，使得低速率信號變成高速率信號；同樣，接收數(shù)據(jù)時采用抽取濾波，使得高速率信號變成低速率信號。

    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、時鐘以及與外設硬件接口的控制。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。接人單元響應硬件產生的應答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后臺方式傳輸。為了支持USB接口，TNETll00B專門配有1個48 MHz的時鐘接口。此外，為了嵌入式CPU保持實時時鐘，TNETll00B配有sleep時鐘接口。該時鐘信號需要配置電池。這樣系統(tǒng)在斷電情況下，依靠電池仍然保持準確的時鐘信號。實時時鐘在電池情況下功耗極低，功耗為12μW。

2系統(tǒng)硬件結構

整個系統(tǒng)由OMAP5912、TNET1100B、音頻AD／DA、人機接口、PC機以及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轉變成數(shù)字語音信號；音頻DA將數(shù)字語音信號轉換成模擬語音信號。FLASH_1保存DSP所需要的程序，供DSP上電調用；FLASH_2保存TNETll00B所需要的程序，供TNETll00B上電調用。DSP和PC機之間使用HPI口，使用PCI橋芯片，實現(xiàn)和PC機的連接。

PC機發(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負責傳送數(shù)據(jù)。對OMAP5912直接采樣的語音信號，基于WiFi的語音傳輸，(VoWiFi)要求數(shù)字化的語音信號必須以數(shù)據(jù)包的形式通過無線網絡傳輸，為此OMAP5912必須實現(xiàn)數(shù)據(jù)組包處理算法。此外，無線網絡要求語音數(shù)據(jù)必須在規(guī)定的時間間隔內傳送出去，一般最長的時間間隔為20ms。這樣語音信號到目的地后，目的網卡才有足夠的時間進行拆包并最終形成語音數(shù)據(jù)實時播放出去。無線網絡的結構必須保證數(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的升級協(xié)議中，還要求了新的服務質量協(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的硬件設計

TNETll00B和OMAP5912的連接是系統(tǒng)硬件連接的關鍵，具體連接如圖3所示。使用OMAP5912的EMIFS接口連接TNETll00B。EMIFS是OMAP5912的慢速外部存儲器接口(External Memory  Interface SlOW)，可以方便地和外部Flash、異步SRAM等設備連接。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。

在TNETll00B和OMAP5912的EMIFS連接圖中，TNETll00B作為OMAP5912的外部16位從異步設備。由于OMAP5912的內部數(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16位數(shù)據(jù)傳輸，使用BE0和BEl引腳區(qū)分當前傳輸?shù)氖歉?/SPAN>16位還是低16位。通信時，使用第20位地址線ADD20和片選信號CSl參與字節(jié)信號的譯碼，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現(xiàn)，也可以使用CPLD實現(xiàn)。此外，當TNETllOOB有數(shù)據(jù)上傳時，使用CINT引腳發(fā)送中斷信號到OMAP5912，OMAP5912根據(jù)當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的復位信號，當連續(xù)多次未收到TNETll00B的響應信號時，OMAP5912可以軟件復位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，可以在無數(shù)據(jù)通信時．控制TNETll00B進入低功耗狀態(tài)。

4  TNETllDOB和OMAP5912的軟件設計

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設置到低功耗狀態(tài)。如果讀取數(shù)據(jù)的校驗錯誤較多，表明當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將軟件復位TNETll00B模塊，使得TNETll00B重新設置總線，避免在低信噪比情況下多次重復發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)，減小無效通信時間。

5總  結

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