【正文】 第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 3 第二章 ARM系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 概述 嵌入式硬件平臺(tái)包括中央處理器、外圍的控制電路、只讀存儲(chǔ)器、可讀寫存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)控制單元。其中，作為 發(fā)展的后繼標(biāo)準(zhǔn) (WiMAX)雖然采用了與 不同的頻段 (1066GHz)，但作為一項(xiàng)無線城域網(wǎng) (WMAN)技術(shù)，它可以和 ，構(gòu)筑一個(gè) 完全覆蓋城域的寬帶無線技術(shù)。 WIFI的發(fā)展背景 WiFi 是 IEEE 定義的一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802． 11)．自從 1997年無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)誕生以來， WiFi 的發(fā)展已經(jīng)近十年了．隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的不斷增加，以 IEEE 802． 11 協(xié)議為基礎(chǔ)的無線局域網(wǎng) (WLAN)的研究正逐漸為人們研究的熱點(diǎn)。 ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們的生活的各個(gè)方面。 90 年代初， ARM 率先推出 32位 RISC 微處理器芯片系統(tǒng) SoC 知識(shí)產(chǎn)權(quán)公開授權(quán)概念，從此改變了半導(dǎo)體行業(yè)。 1991 年 ARM 公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。論文首先討論了基 ARMCortexM3 的嵌入式 開發(fā) 技術(shù)，介紹了 WiFi 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景，利用 STM32F103VCT6 串口連接WiFi 模塊，介紹了 UCGUI 在 STM32 平臺(tái)上的移植，最后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基于 uC/GUI 的多窗口應(yīng)用界面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了 WiFi 熱點(diǎn)接入界面的開發(fā)。 SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于 STM32的 WIFI無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 2020 年 6 月中文摘要 I 摘 要 隨著 無線局域網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，無線終端已經(jīng)融入了我們的生活，無論是智能 手機(jī)還是筆記本， WiFi 功能幾乎是必不可少的。 關(guān)鍵詞 ： STM32， WiFi， UCGUI， LCDABSTRACT II ABSTRACT Today with the rapid development of wireless LAN technology, wireless terminals have been gradually integrated into our lives. WiFi function is almost essential whether it is a smart phone or a laptop. Currently the main application of WiFi technology still handheld terminal, but with the user39。公司正式成立以來，在 32 位 RISC 開發(fā)領(lǐng)域中不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從 V3 發(fā)展到V6。 ARM通過出售芯片技術(shù)授權(quán)，而非生產(chǎn)或銷售芯片，建立起新型的微處理器設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和銷售商業(yè)模式。世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從 ARM公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的 ARM 微處理器，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成了自己?ARM 微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。 最初開發(fā) WLAN 主要用于企業(yè)和家庭網(wǎng)絡(luò)，通過 有線 LAN 進(jìn)行無線擴(kuò)展，通過 無 線通信的方式實(shí)現(xiàn)有線 LAN 的功能，并以比有線網(wǎng)絡(luò)更加低廉的價(jià)格 和更加便、靈活的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)。 由于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商數(shù)目的增加，語音業(yè)務(wù)帶來的 ARPU 必然呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，如何提供更多的數(shù)據(jù)多媒體業(yè) 務(wù)也是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商一直在思考的問題。由于嵌入式系統(tǒng)芯片的多樣性，各模塊芯片都有較大的選擇空間。隨著 ARM 處理器在全球范圍的流行， 32 位的 RISC 嵌入式處理器已經(jīng)開始成為高中端嵌入式應(yīng)用和設(shè)計(jì)的主流。 STM32F103 系列微處理器是首款基于 ARMv7M 體系結(jié)構(gòu)的 32位標(biāo)準(zhǔn) RISC（精簡(jiǎn)指令集）處理器，很高的代碼效率，在 8位 和 16 位系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間上發(fā)揮了 ARM 內(nèi)核的高性能。 第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 4 STM32F103 系列微處理器主要資源和特點(diǎn)如下： 51 個(gè)快速 I /O 端口， 所有 I/O 口均可以映像到 16 個(gè)外部中斷， 幾乎所有端口都允許 5V 信號(hào)輸入。 7 路通用 DMA 可以管理存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器、設(shè)備到存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，無須 CPU 任何干預(yù)。 ：支持標(biāo)準(zhǔn)的 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試以及針對(duì) Cortex M3 內(nèi)核的串行單線調(diào)試（ SWD）功能。 除工業(yè)可編程邏輯控制器 (PLC)、家電、工業(yè)及家用安全設(shè)備、消防和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等傳統(tǒng)應(yīng)用，智能卡和生物測(cè)定等消費(fèi)電子應(yīng)用外 ，新的 STM32系列還特別適合側(cè)重低功耗的設(shè)備，如血糖和血脂監(jiān)測(cè)設(shè)備。 4. 可編程數(shù)據(jù)字長(zhǎng) 度 （ 8 位或 9位） 。 8. 檢測(cè)標(biāo)志 。 12. 多處 理 器通信 如果地址 不 匹配，則進(jìn)入靜默模式 。處理數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收， 當(dāng)數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖器傳送到移位寄存器時(shí)，設(shè)置 TXE標(biāo)志 (發(fā)送緩沖器空 )，它表示內(nèi)部的發(fā)送緩沖器可以接收下一個(gè)數(shù)據(jù)；如果在SPI_CR2 寄存器中設(shè)置了 TXEIE 位，則此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷；寫入 SPI_DR 寄存第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 6 器即可清除 TXE 位。 WiFi 網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu) 802． 11協(xié)議的規(guī)定了 WiFi的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括物理層、介質(zhì)訪 入控 制層 (1IAc層 )及邏輯鏈路控制層 (LLJc層 )。 圖 31 Infrastructure 模式的結(jié)構(gòu) （ 2） ad hoc 自組網(wǎng)絡(luò)模式 Adhoc， 也稱為自組網(wǎng)，是僅由兩個(gè)及以上 STA 自己組成，網(wǎng)絡(luò)中不存在 AP，這種類型網(wǎng)絡(luò)是一種松散的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中所有的 STA 都可以直接通信。該模塊是一款專為帶有 UART 接口平臺(tái)設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡模塊，符合 標(biāo)準(zhǔn)，可采用插針借口的方式與主機(jī)相連。內(nèi)側(cè)一排（ 1~4）為可選功能引腳，連接如上圖所示。 模塊的 nCTS/MODE/GPIO 引腳進(jìn)行了內(nèi)部下拉，當(dāng)用戶將其懸空，模塊即可自動(dòng)進(jìn)入正常啟動(dòng)模式。此工作模式下，模塊根據(jù)用戶通過串口下發(fā)的指令進(jìn)行工作，用戶可以通過指令對(duì)模塊進(jìn)行完全的控制，包括修改配置參數(shù)、控制聯(lián)網(wǎng)、控制 TCP/IP 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取? 圖 34 配置模式 第四章 硬件模塊設(shè)計(jì) 11 第四章 硬件模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)模塊包括兩個(gè)個(gè)部分分別為 STM32 開發(fā)平臺(tái)和 WiFi 模塊。對(duì)于接收過程，與發(fā)送送過程相似，只是對(duì)于數(shù)據(jù)的處理，與發(fā)送過程正好相反。 備份寄存器的電源采用 CR1220 電池單獨(dú)供電，防止板子掉電時(shí)，備份寄存器中的數(shù)據(jù)丟失。不能復(fù)位。 LSE 是 的低速外部晶體或陶瓷共鳴器。 FLASH 容量 1Mbyte，因字庫(kù)裝載在 FLASH 中占用前 756KByte。 WiFi 開發(fā)模塊為開發(fā)者提供了一個(gè)數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu) NetParaBuffer 來統(tǒng)一每個(gè)參數(shù)的格式，其具體結(jié)構(gòu)如下： typedef struct NetParaBuffer { unsigned char M_id。之后的數(shù)據(jù)直接調(diào)用 SendDataToWiFi就可以通過 USART1 將數(shù)據(jù)發(fā)送到 WiFi 模塊，根據(jù)之前設(shè)置的服務(wù)器 IP 地址通過 AP 發(fā)送出去。隨著數(shù)據(jù)被寫入內(nèi)部 GRAM，地址計(jì)數(shù)器按照之前所述的 AM、 I/D 位的設(shè)置自動(dòng)更新。 R22h（ GRAM 讀數(shù)據(jù)寄存器） 此寄存器用來從 GRAM 中讀出顯示數(shù)據(jù)。 MPU通過 RDR寄存器讀取內(nèi)部 GRAM 的數(shù)據(jù)。 由于第一次讀出的顯示數(shù)據(jù)是 RDR 讀數(shù)據(jù)鎖存器中的無效數(shù)據(jù)，因此需要進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)讀取，以得到真正有效的顯示數(shù)據(jù)。一個(gè)好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是模塊穩(wěn)定的保證，是系統(tǒng)提供模塊類型的體現(xiàn)，除了可以保證模塊的可擴(kuò)性，還可以為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供保障。 圖 56 注冊(cè)請(qǐng)求報(bào)文 圖 57 注冊(cè)應(yīng)答報(bào)文 圖 58 呼叫請(qǐng)求報(bào)文 圖 59 呼叫通報(bào)報(bào)文 圖 510 被叫端呼叫應(yīng)答報(bào)文 圖 511 服務(wù)器呼叫應(yīng)答報(bào)文 對(duì)上圖中各數(shù)據(jù)報(bào)文中字段含義如下： 總長(zhǎng)度： 8bit，表示報(bào)文的總長(zhǎng)度 。本項(xiàng)目中默認(rèn)用戶都有發(fā)送報(bào)文和接受報(bào)文的能力，并用 0x00 表示。在本項(xiàng)目中，使用一個(gè)簡(jiǎn)單的 CRC，將數(shù)據(jù)包前面的所有數(shù)據(jù)以八位為一個(gè)分組進(jìn)行異或，將最后的結(jié)果存入最后的八位中。 上述五種數(shù)據(jù)報(bào)文中，注冊(cè)請(qǐng)求和應(yīng)答請(qǐng)求主要在用戶登錄系統(tǒng)時(shí)注冊(cè) 使用，呼叫請(qǐng)求，呼叫通報(bào)，客戶端呼叫應(yīng)答和服務(wù)器呼叫應(yīng)答主要在呼叫請(qǐng)求的過程中。報(bào)文格式如圖所示： 圖 511 數(shù)據(jù)報(bào)文 圖 513 應(yīng)答報(bào)文 圖 512 括數(shù)據(jù)報(bào)文 第五章 軟件設(shè)計(jì) 23 圖 514 結(jié)束報(bào)文 從圖中可以看出數(shù)據(jù)類報(bào)文結(jié)構(gòu)和信令類相比，有了包號(hào)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)字段，其中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)主要表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而對(duì)于包號(hào)，主要作用是中斷可以根據(jù)包號(hào)重組收到的數(shù)據(jù)包，保持?jǐn)?shù)據(jù)包的完整性。 （在將 uC/GUI 程序包加入到工程項(xiàng)目文件中后 ，第五章 軟件設(shè)計(jì) 25 首先要做的就是要對(duì) uC/GUI 進(jìn)行相關(guān)的配置，以使其與自己所采用的具體硬件環(huán)境相適應(yīng)。 本文程序中 文件的具體內(nèi)容如下所示： ifndef GUICONF_H define GUICONF_H define GUI_OS (1) //啟用多任務(wù)環(huán)境支持 define GUI_SUPPORT_TOUCH (0) //不啟用觸摸屏 第五章 軟件設(shè)計(jì) 26 define GUI_SUPPORT_UNICODE (1) //支持 ASCII/UNICODE字符串 define GUI_DEFAULT_FONT amp。 主要的內(nèi)核接口例程如表 53 所示： 表 53 uC/GUI 內(nèi)核接口函數(shù)說明 函數(shù) 說明 GUI_X_InitOS( ) 初始化內(nèi)核借口模型（創(chuàng)建信號(hào)量） GUI_X_GetTaskId( ) 返回一個(gè)唯一的 32 位當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的標(biāo)識(shí)符 GUI_X_Lock( ) 請(qǐng)求信號(hào)量 GUI_X_Unlock( ) 釋放信號(hào)量 在本文程序中，相關(guān)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)如下所示： include static OS_EVENT * DispSem。 } void GUI_X_Lock(void) { INT8U err。一般在購(gòu)買液晶屏?xí)r會(huì)附贈(zèng)屏幕所用液晶控制器的初始化程序，我們可以在稍加修改使其滿足自己的特定需要后直接調(diào)用這些初始化程序。 Delay(0xAFFF)。 Delay(0xAFFF)。整個(gè)程序執(zhí)行的流程圖如圖 516所示： 第五章 軟件設(shè)計(jì) 28 圖 517 WiFi 熱點(diǎn)接入界面流程圖 整個(gè)應(yīng)用程序的執(zhí)行過程說明如下： 首先，分別調(diào)用函數(shù) OSInit( )、 BSP_Init( )、 GUI_Init( )初始化整個(gè)系統(tǒng)的工作環(huán)境，依次為 uC/OSII 操作系統(tǒng)初始化、硬件模塊初始化（包括系 統(tǒng)時(shí)鐘、 I/O 端口工作模式以及中斷系統(tǒng)初始化等）和 uC/GUI 圖形界面系統(tǒng)初始化。 下面簡(jiǎn)要介紹一下 _Task_0 任務(wù)的工作流程， _Task_1 與 _GUI_Task 的工作過程與 _Task_0 類似。 第五章 軟件設(shè)計(jì) 30 圖 518 _Task_0 任務(wù)工作流程圖 以上三個(gè)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)文字及移動(dòng)窗口的動(dòng)態(tài)顯示效果。 ，其中包括芯片的選擇 ,32位的STM32F103微處理器 主要特點(diǎn) ， 以及 WiFi模塊的操作流程。在這個(gè)過程中， XX 老師為我的論文提出了很多寶貴的意見。 感謝電子信息工程的各位老師長(zhǎng)期以來對(duì)我的指導(dǎo)和幫助。 附錄 34 附錄 最小系統(tǒng)原理圖 BOOT044NRST7OSC_IN/PD05OSC_OUT/PD16PA0WKUP10PA111PA212PA313PA414PA515PA616PA