【文章內(nèi)容簡介】 3。 31 編程接口 32 數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?shí)現(xiàn) 33 本論文的通信流程圖 34 服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)編程 34 客戶端的 Socket 編程 37 論文總結(jié) 40 參考文獻(xiàn)： 41 致謝 43 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 43 頁 1 緒論 研究背景 作為 種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， WiFi 已經(jīng)得到了業(yè)界的關(guān)注。 WiFi 終端涉及手機(jī)、 PC(筆記本電腦 )、平板電視、數(shù)碼相機(jī)、投影機(jī)等眾多產(chǎn) 品。由于其在數(shù)字家庭的構(gòu)建中能夠起到重要作用，所以無論是市場調(diào)查機(jī)構(gòu)還是終端企業(yè)，都認(rèn)為 WiFi 在數(shù)字家庭市場蘊(yùn)藏著不小的潛力。作為寬帶無線 接入 網(wǎng)的一種重要 網(wǎng)絡(luò) 形態(tài)， WiFi最適合在家庭中應(yīng)用。隨著 WiFi 應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展、產(chǎn)品類型的日益豐富以及WiFi 設(shè)備逐步應(yīng)用，消費(fèi)者將獲得 高速 、方便與豐富的使用體驗(yàn)。 無線局域網(wǎng) 是寬帶無線接入網(wǎng)的一種重要網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，可實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域內(nèi)的 高速無線接入， 傳輸 速率從當(dāng)前的 54Mbps 正在向更高的 600Mbps 邁進(jìn)。同時(shí)，無線局域網(wǎng)還具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)方便快捷等特點(diǎn)，得到了 人們的關(guān)注。 隨著近年來嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，音頻視頻通信已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。下一代網(wǎng)絡(luò)已成為網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展的方向，語音業(yè)務(wù)在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上已經(jīng)不能滿足人們的要求，視頻業(yè)務(wù)也急需發(fā)展，并且對(duì)實(shí)時(shí)性要求越來越高。與此同時(shí)， WLAN（無線局域網(wǎng)）技術(shù)的迅猛發(fā)展， WLAN 的主流技術(shù)已經(jīng)從 發(fā)展到 ,接入速率從最高的 1Mbps 發(fā)展到 54Mbps,并提供可靠的 Qos 保證。而且技術(shù)成熟，成本低廉，普及率提高迅速，得到了眾多國際廠商的支持和市場的廣泛認(rèn)同。另外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)提供了一 個(gè)新的研究領(lǐng)域，如何更好地利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源是當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用熱點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)與 TCP/IP 協(xié)議棧的結(jié)合是 在 嵌入式系統(tǒng) 引 入網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。 從 20世紀(jì) 80年代開始，出現(xiàn)了如 Vxworks、 PSOS、 Nueleus、 PalmOS和 WindowsCE等商用嵌入式操作系 統(tǒng)。但這些專用操作系統(tǒng)都是商業(yè)化產(chǎn)品，其價(jià)格高昂 。而且，源代碼封閉性也大大限制了開發(fā)者的積極性，因?yàn)檫@些 EOS(Embedded Operating System)提供給編程人員的，往往只有 API(Application Programming interface)應(yīng)用編程接口，一般以函數(shù)形式提供，這些函數(shù)均不能修改的。 鑒于這些商用操作系統(tǒng)的這些缺點(diǎn)，因而，本系統(tǒng)選用的操作系統(tǒng)為源代碼開放的 Linux，選擇 Linux 有如下幾個(gè)原因 : 第一 、 Linux 可用于多種硬件平臺(tái)， Linux 己經(jīng)被移植到多種硬件平臺(tái)，這對(duì)受開清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 43 頁 銷、時(shí)間限制的研究與開發(fā)項(xiàng)目是很有吸引力的。原型可以在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上開發(fā)，然后移植到具體的硬件上，加快了軟件與硬件的開發(fā)過程。 第二、 Linux 可以隨意配置而不需任何的許可證或商家的合作關(guān)系，源代碼可以免費(fèi)得到，這樣可以節(jié)省大量的開發(fā)費(fèi)用。 第三、 Linux 具有優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)支持。微內(nèi)核直接提供網(wǎng)絡(luò)支持，而不必像其它操作系統(tǒng)要外掛 TCP/IP 協(xié)議包。因?yàn)?Linux 本身就是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 正 是憑借 Linux 在嵌入式應(yīng)用中得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，嵌入式 Linux 正在迅猛地發(fā)展，目前己經(jīng)開發(fā)成功帶操作系統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品中，大約有一半選擇使用 Linux 作為操作系統(tǒng)平臺(tái)。 鑒于 ARM 有如下優(yōu)點(diǎn) :ARM 運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)空間大、很方便與 Inter 互聯(lián)等，所以用它來作為中間的控制器能提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行處理速度，并且能完成復(fù)雜的路由算法，同時(shí)也 方便與現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。 因而， 本系統(tǒng) 選用了 32位的 ARM 芯片 S3C2440 做本系統(tǒng)的 CPU。 ARM與操作系統(tǒng) Linux 的結(jié)合，在很多方面都有優(yōu)勢(shì)： 第一 ， 方便。主要在后期的開發(fā)，即在操作系統(tǒng)上直接開發(fā)應(yīng)用程序。第二 ， 安全。這是 Linux 的一個(gè)特點(diǎn) ,Linux 的內(nèi)核與用戶空間的內(nèi)存管理分開，不會(huì)為用戶的單個(gè)程序錯(cuò)誤而引起系統(tǒng) 癱瘓 。第三 高效。引入進(jìn)程的管理調(diào)度系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。 論文內(nèi)容 與結(jié)構(gòu) 本文介紹了無線通信的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從兩方面介紹了整個(gè) WiFi 無線通信系統(tǒng) 硬件與軟件 。 硬件方面 :闡述了 WiFi 無線通信的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了一些基本電路設(shè)計(jì)，主要的接口設(shè)計(jì)。軟件方面 :研究了 Linux 在 ARM 上的移植，以及怎樣搭建嵌入式開發(fā)的軟件平臺(tái)，研究了無線 網(wǎng)卡 芯片的 Linux 驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，以及 WiFi 無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)。 第 1 章： 緒論，闡述了該 論文 的開發(fā)背景和意義，總體概述了本論文的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容安排等。 第 2 章 :WiFi 無線通信的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，對(duì)各功能模塊的硬件軟件分析，研究了 WiFi 通信 的工作流程。 第 3 章 :設(shè)計(jì)一些基本外圍電路設(shè)計(jì)，無線通信協(xié)調(diào)器硬件電路及 外圍 硬件電清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 43 頁 路，以及常用的接口電路設(shè)計(jì)。 第 4 章 :闡述嵌入式 Linux 的移植到協(xié)調(diào)器硬件平臺(tái)的過程，研究 Linux 移植到 ARM 芯片的 過程 ， 論述了 USB無線網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與移植 。 第 5 章 :基于 ARMamp。Linux 的 WiFi 無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)， 介紹了 TCP/IP 協(xié)議棧， Socket 通信程序的編寫 。 第 6 章 :論文工作總結(jié)和展望。 最后是參考 文獻(xiàn) 和致謝。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 43 頁 2 WiFi 無線通信的實(shí)現(xiàn)原理 WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) WiFi實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，它是目前應(yīng)用最廣泛的 WLAN標(biāo)準(zhǔn)，具 有 WiFi 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的產(chǎn)品都符合 IEEE 無線局域網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。下面首先介紹WLAN 技術(shù)和 IEEE 無線局域網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，在此基礎(chǔ)之上，介紹 WiFi 無線網(wǎng)絡(luò)工作原理以及組網(wǎng)模式。 WLAN 技術(shù)介紹 WLAN 是指通過無線通信技術(shù)將分布在一定范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)設(shè)備或者其它智能終端設(shè)備互聯(lián)起來，構(gòu)成可以實(shí)現(xiàn)資源共享和互相通信的網(wǎng)絡(luò)體系。 WLAN 最大的特點(diǎn)是不再使用網(wǎng)絡(luò)電纜將計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)終端連接起來，而是使用無線的連接方式，使得網(wǎng)絡(luò)的組建和終端的移動(dòng)更加方便靈活。 WLAN 的組成單元 一個(gè)無線局域網(wǎng)絡(luò)通常由工作站、無線介質(zhì)（ Wireless Medium， WM）、無線接入點(diǎn)和主干分布式系統(tǒng)（ DS， Distribution System）等幾部分組成。現(xiàn)將各部分的功能與特點(diǎn)描述如下： （ 1）工作站（ STA）：它是無線局域網(wǎng)最基本的組成單元，是集成了無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的計(jì)算機(jī)或智能設(shè)備終端。其無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的作用是接收無線信號(hào)，連接到無線接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)或智能終端之間的無線連接。根據(jù)應(yīng)用的不同，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以分為無線局域網(wǎng)卡、無線上網(wǎng)卡和藍(lán)牙適配器等。 （ 2）無線接入點(diǎn) （ AP） ：無線接入點(diǎn)可以是無線 AP（ Access Point）， 也可以是無線路由器，主要負(fù)責(zé)連接所有無線工作站進(jìn)行集中管理、收發(fā)無線信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、實(shí)現(xiàn)無線工作站和有線局域網(wǎng)之間的互聯(lián)等工作，具有有線網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)的作用。 （ 3）無線介質(zhì) （ WM）：無線介質(zhì)是 WLAN 中 STA 和 STA、 STA 和 AP之間通信時(shí)發(fā)送的無線電波的傳輸媒質(zhì)。 WLAN 中的無線介質(zhì)由無線局域網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)定義，最常見的是空氣，用來傳輸無線電波。 清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 43 頁 （ 4）主干分布式系統(tǒng)（ DS）：一個(gè) WLAN 所能覆蓋的區(qū)域稱為基本服務(wù)區(qū)域（ Basic Service Set， BSS），它是構(gòu)成 WLAN 的最小單元。為了使無線局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域更大，需要把多個(gè) BSS 連接起來，形成一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)（ Extended Service Area，ESA），分布式系統(tǒng)用來連接不同的 BSS 形成 ESA。 WLAN 的組成結(jié)構(gòu) WLAN 網(wǎng)絡(luò)主要分為無中心網(wǎng)絡(luò)和有中心網(wǎng)絡(luò)兩種，組建這兩種類型的無線局域網(wǎng)絡(luò)所需的設(shè)備不同，而且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也很不一樣。 （ 1）無中心網(wǎng)絡(luò)無中心網(wǎng)絡(luò)又稱 Adhoc 網(wǎng)絡(luò)，用于多臺(tái)無線工作站之間的直接通訊。一個(gè) Adhoc 網(wǎng)絡(luò)由一組具有無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的計(jì)算機(jī)組成 ，這些計(jì)算機(jī)具有相同的工作組名、密碼和 SSID，只要互相都在彼此的有效范圍之內(nèi)，任意兩臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以建立一個(gè)獨(dú)立的局域網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)不能接入有線網(wǎng)，是最簡單的 WLAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 （ 2）有中心網(wǎng)絡(luò)有中心網(wǎng)絡(luò)又稱結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，它由 STA、 WM 和 AP 組成， 所有的工作站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的工作站通信時(shí)都要通過本 BSS 的 AP 連接到有線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。 WLAN 可以使通過無線設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的用戶充分共享有線網(wǎng)絡(luò)中的所有資源。 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)介紹 嵌入式系統(tǒng)的組成 嵌入式系統(tǒng)一 般由嵌入式硬件和軟件組成。嵌入式硬件通常由微處理器和外圍設(shè)備組成，而嵌入式軟件則由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、各種專用軟件和應(yīng)用程序組成。嵌入式系統(tǒng)硬件分為嵌入式處理器、存儲(chǔ)設(shè)備、電源電路、通信接口以及外圍設(shè)備等幾個(gè)部分。 嵌入式系統(tǒng)軟件可分為應(yīng)用層、 OS 層和 BSP 三層結(jié)構(gòu)。板級(jí)支持包 (BSP， Board Support Packet)主要完成底層硬件相關(guān)的初始化以及加載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等工作，包含了 Bootloader 和系統(tǒng)硬件正常工作所需的部分驅(qū)動(dòng)。目前常用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要有 Linux、 WinCE、 ucos、 Symbian、 VxWorks 等，開發(fā)者根據(jù)開發(fā)需要選擇合適的操作系統(tǒng)，然后對(duì)所選擇的嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪、移植。應(yīng)用層軟件是清華 大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 43 頁 針對(duì)用戶特定的應(yīng)用而制定的，其中文件系統(tǒng)必須要有，圖形界面程序和其它應(yīng)用程序依具體開發(fā)而定。 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的選擇 本嵌入式 WiFi 無線通信終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)所依賴的軟硬件開發(fā)平臺(tái)選擇如下： （ 1） 微處理器選擇 S3C2440， S3C2440 是韓國三星公司生產(chǎn)的，基于 ARM920T的 16/32 位 RISC 嵌入式處理器，是目前市場上應(yīng)用非常廣泛的一款嵌入式處理器。S3C2440的頻率是 400MHz，其 ARM920T 核由 ARM9TDMI、存儲(chǔ)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(dú)立的 16KB 地址和 16KB 數(shù)據(jù)高速 Cache 組成。 ARM920T 有兩個(gè)內(nèi)部協(xié)處理器： CP14 和 CP15。 CP14用于調(diào)試控制， CP15 用于存儲(chǔ)系統(tǒng)控制以及測(cè)試控制。該處理器是一個(gè)多用途的通用芯片，它內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，具有較高的性價(jià)比。 （ 2） 嵌入式操作系統(tǒng)選擇 Linux，內(nèi)核版本為 。選擇 Linux 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)最主要的原因是 它的開源性，不僅可以從網(wǎng)上免費(fèi)獲取內(nèi)核源碼，還能獲取很豐富的驅(qū)動(dòng)代碼，降低了開發(fā)難度。 (3)無線通信模塊選擇 USB 接口的無線網(wǎng)卡 TLWN321G+。它支持 標(biāo)準(zhǔn)；遵循 ； 支持 TCP/IP、 NDIS NDIS IPX、NetBEUI 通信協(xié)議；支持兩種工作模式 ； 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和基本結(jié)構(gòu)模式；最大傳輸速率可達(dá) 54Mbps。該網(wǎng)卡即插即用，方便快捷。 WiFi 無線通信總體設(shè)計(jì)方案 按照系統(tǒng)需求，對(duì)本 WiFi 無線通信終端的總體方案進(jìn)行了設(shè) 計(jì)，其軟硬件結(jié)構(gòu) 由 無線移動(dòng)終端由 S3C2440+TLWN322G 為核心搭建而成，從功能上無線移動(dòng)終端可以分成 三 個(gè)子系統(tǒng)：（ 1） ARM 嵌入式子系統(tǒng)，主要包括 ARM9 芯片以及周邊存儲(chǔ)電路、接口轉(zhuǎn)換電路和供電、時(shí)鐘、復(fù)位電路組成，該部分 驅(qū)動(dòng)無線網(wǎng)卡和運(yùn)行Socket 通信程序進(jìn)行 WiFi 通信 ，并且提供人機(jī)交互接口，接受上位 PC 機(jī)的監(jiān)控（通過串口） ；（ 2） WLAN 子系統(tǒng)， 無線網(wǎng)卡部分（ TLWN321G+） ，負(fù)責(zé)無線信號(hào)的發(fā)送，功率放大 /濾波， 混頻，基帶處理等功能，并且與 ARM 子系統(tǒng)通過 USB 接口清華 大學(xué) 2020