【文章內容簡介】 3。 31 編程接口 32 數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖崿F(xiàn) 33 本論文的通信流程圖 34 服務端的網(wǎng)絡編程 34 客戶端的 Socket 編程 37 論文總結 40 參考文獻： 41 致謝 43 清華 大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 1 頁 共 43 頁 1 緒論 研究背景 作為 種無線聯(lián)網(wǎng)技術， WiFi 已經(jīng)得到了業(yè)界的關注。 WiFi 終端涉及手機、 PC(筆記本電腦 )、平板電視、數(shù)碼相機、投影機等眾多產(chǎn) 品。由于其在數(shù)字家庭的構建中能夠起到重要作用，所以無論是市場調查機構還是終端企業(yè)，都認為 WiFi 在數(shù)字家庭市場蘊藏著不小的潛力。作為寬帶無線 接入 網(wǎng)的一種重要 網(wǎng)絡 形態(tài)， WiFi最適合在家庭中應用。隨著 WiFi 應用領域的不斷擴展、產(chǎn)品類型的日益豐富以及WiFi 設備逐步應用，消費者將獲得 高速 、方便與豐富的使用體驗。 無線局域網(wǎng) 是寬帶無線接入網(wǎng)的一種重要網(wǎng)絡形態(tài)，可實現(xiàn)局部區(qū)域內的 高速無線接入， 傳輸 速率從當前的 54Mbps 正在向更高的 600Mbps 邁進。同時，無線局域網(wǎng)還具有網(wǎng)絡結構簡單、建設方便快捷等特點，得到了 人們的關注。 隨著近年來嵌入式技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，音頻視頻通信已經(jīng)獲得了廣泛的應用。下一代網(wǎng)絡已成為網(wǎng)絡通信發(fā)展的方向，語音業(yè)務在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)上已經(jīng)不能滿足人們的要求，視頻業(yè)務也急需發(fā)展，并且對實時性要求越來越高。與此同時， WLAN（無線局域網(wǎng)）技術的迅猛發(fā)展， WLAN 的主流技術已經(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同。另外，網(wǎng)絡技術的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)提供了一 個新的研究領域，如何更好地利用豐富的網(wǎng)絡資源是當今嵌入式系統(tǒng)的應用熱點。嵌入式系統(tǒng)與 TCP/IP 協(xié)議棧的結合是 在 嵌入式系統(tǒng) 引 入網(wǎng)絡的基礎。 從 20世紀 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，因為這些 EOS(Embedded Operating System)提供給編程人員的，往往只有 API(Application Programming interface)應用編程接口，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，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 有如下幾個原因 : 第一 、 Linux 可用于多種硬件平臺， Linux 己經(jīng)被移植到多種硬件平臺，這對受開清華 大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 2 頁 共 43 頁 銷、時間限制的研究與開發(fā)項目是很有吸引力的。原型可以在標準平臺上開發(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系，源代碼可以免費得到，這樣可以節(jié)省大量的開發(fā)費用。 第三、 Linux 具有優(yōu)異的網(wǎng)絡支持。微內核直接提供網(wǎng)絡支持，而不必像其它操作系統(tǒng)要外掛 TCP/IP 協(xié)議包。因為 Linux 本身就是在網(wǎng)絡基礎上發(fā)展起來的。 正 是憑借 Linux 在嵌入式應用中得天獨厚的優(yōu)勢，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。 鑒于 ARM 有如下優(yōu)點 :ARM 運行速度快、存儲空間大、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系統(tǒng)的運行處理速度，并且能完成復雜的路由算法，同時也 方便與現(xiàn)在的網(wǎng)絡進行數(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 的結合，在很多方面都有優(yōu)勢： 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)應用程序。第二 ， 安全。這是 Linux 的一個特點 ,Linux 的內核與用戶空間的內存管理分開，不會為用戶的單個程序錯誤而引起系統(tǒng) 癱瘓 。第三 高效。引入進程的管理調度系統(tǒng)，使系統(tǒng)運行更加高效。 論文內容 與結構 本文介紹了無線通信的系統(tǒng)設計，從兩方面介紹了整個 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設計，重點研究了一些基本電路設計，主要的接口設計。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，研究了無線 網(wǎng)卡 芯片的 Linux 驅動程序的開發(fā)，以及 WiFi 無線通信系統(tǒng)的應用程序開發(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構和內容安排等。 第 2 章 :WiFi 無線通信的系統(tǒng)設計，闡述了系統(tǒng)的總體結構，對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 :設計一些基本外圍電路設計，無線通信協(xié)調器硬件電路及 外圍 硬件電清華 大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 3 頁 共 43 頁 路，以及常用的接口電路設計。 第 4 章 :闡述嵌入式 Linux 的移植到協(xié)調器硬件平臺的過程，研究 Linux 移植到 ARM 芯片的 過程 ， 論述了 USB無線網(wǎng)卡的驅動設計與移植 。 第 5 章 :基于 ARMamp。Linux 的 WiFi 無線通信系統(tǒng)的軟件設計， 介紹了 TCP/IP 協(xié)議棧， Socket 通信程序的編寫 。 第 6 章 :論文工作總結和展望。 最后是參考 文獻 和致謝。 清華 大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 4 頁 共 43 頁 2 WiFi 無線通信的實現(xiàn)原理 WiFi 無線網(wǎng)絡技術 WiFi實質上是一種商業(yè)認證，它是目前應用最廣泛的 WLAN標準，具 有 WiFi 標準認證的產(chǎn)品都符合 IEEE 無線局域網(wǎng)絡規(guī)范。下面首先介紹WLAN 技術和 IEEE 無線局域網(wǎng)絡規(guī)范，在此基礎之上，介紹 WiFi 無線網(wǎng)絡工作原理以及組網(wǎng)模式。 WLAN 技術介紹 WLAN 是指通過無線通信技術將分布在一定范圍內的計算機設備或者其它智能終端設備互聯(lián)起來，構成可以實現(xiàn)資源共享和互相通信的網(wǎng)絡體系。 WLAN 最大的特點是不再使用網(wǎng)絡電纜將計算機與網(wǎng)絡終端連接起來，而是使用無線的連接方式，使得網(wǎng)絡的組建和終端的移動更加方便靈活。 WLAN 的組成單元 一個無線局域網(wǎng)絡通常由工作站、無線介質（ Wireless Medium， WM）、無線接入點和主干分布式系統(tǒng)（ DS， Distribution System）等幾部分組成?，F(xiàn)將各部分的功能與特點描述如下： （ 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)絡設備的計算機或智能設備終端。其無線網(wǎng)絡設備的作用是接收無線信號，連接到無線接入點，實現(xiàn)計算機或智能終端之間的無線連接。根據(jù)應用的不同，無線網(wǎng)絡設備可以分為無線局域網(wǎng)卡、無線上網(wǎng)卡和藍牙適配器等。 （ 2）無線接入點 （ AP） ：無線接入點可以是無線 AP（ Access Point）， 也可以是無線路由器，主要負責連接所有無線工作站進行集中管理、收發(fā)無線信號實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、實現(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)絡中交換機的作用。 （ 3）無線介質 （ WM）：無線介質是 WLAN 中 STA 和 STA、 STA 和 AP之間通信時發(fā)送的無線電波的傳輸媒質。 WLAN 中的無線介質由無線局域網(wǎng)物理層標準定義，最常見的是空氣，用來傳輸無線電波。 清華 大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 5 頁 共 43 頁 （ 4）主干分布式系統(tǒng)（ DS）：一個 WLAN 所能覆蓋的區(qū)域稱為基本服務區(qū)域（ Basic Service Set， BSS），它是構成 WLAN 的最小單元。為了使無線局域網(wǎng)絡覆蓋的區(qū)域更大，需要把多個 BSS 連接起來，形成一個擴展服務區(qū)（ Extended Service Area，ESA），分布式系統(tǒng)用來連接不同的 BSS 形成 ESA。 WLAN 的組成結構 WLAN 網(wǎng)絡主要分為無中心網(wǎng)絡和有中心網(wǎng)絡兩種，組建這兩種類型的無線局域網(wǎng)絡所需的設備不同，而且網(wǎng)絡結構也很不一樣。 （ 1）無中心網(wǎng)絡無中心網(wǎng)絡又稱 Adhoc 網(wǎng)絡，用于多臺無線工作站之間的直接通訊。一個 Adhoc 網(wǎng)絡由一組具有無線網(wǎng)絡設備的計算機組成 ，這些計算機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，任意兩臺或多臺計算機都可以建立一個獨立的局域網(wǎng)絡。該網(wǎng)絡不能接入有線網(wǎng)，是最簡單的 WLAN 網(wǎng)絡結構。 （ 2）有中心網(wǎng)絡有中心網(wǎng)絡又稱結構化網(wǎng)絡，它由 STA、 WM 和 AP 組成， 所有的工作站在本 BSS 以內都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的工作站通信時都要通過本 BSS 的 AP 連接到有線網(wǎng)絡來實現(xiàn)。 WLAN 可以使通過無線設備聯(lián)網(wǎng)的用戶充分共享有線網(wǎng)絡中的所有資源。 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備組成，而嵌入式軟件則由實時多任務操作系統(tǒng)、各種專用軟件和應用程序組成。嵌入式系統(tǒng)硬件分為嵌入式處理器、存儲設備、電源電路、通信接口以及外圍設備等幾個部分。 嵌入式系統(tǒng)軟件可分為應用層、 OS 層和 BSP 三層結構。板級支持包 (BSP， Board Support Packet)主要完成底層硬件相關的初始化以及加載實時操作系統(tǒng)等工作，包含了 Bootloader 和系統(tǒng)硬件正常工作所需的部分驅動。目前常用的實時操作系統(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)，然后對所選擇的嵌入式操作系統(tǒng)進行裁剪、移植。應用層軟件是清華 大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 6 頁 共 43 頁 針對用戶特定的應用而制定的，其中文件系統(tǒng)必須要有，圖形界面程序和其它應用程序依具體開發(fā)而定。 系統(tǒng)開發(fā)平臺的選擇 本嵌入式 WiFi 無線通信終端的設計與實現(xiàn)所依賴的軟硬件開發(fā)平臺選擇如下： （ 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 有兩個內部協(xié)處理器： CP14 和 CP15。 CP14用于調試控制， CP15 用于存儲系統(tǒng)控制以及測試控制。該處理器是一個多用途的通用芯片，它內部集成了微處理器和常用外圍組件，具有較高的性價比。 （ 2） 嵌入式操作系統(tǒng)選擇 Linux，內核版本為 。選擇 Linux 實時操作系統(tǒng)最主要的原因是 它的開源性，不僅可以從網(wǎng)上免費獲取內核源碼，還能獲取很豐富的驅動代碼，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 標準；遵循 ； 支持 TCP/IP、 NDIS NDIS IPX、NetBEUI 通信協(xié)議；支持兩種工作模式 ； 點對點模式和基本結構模式；最大傳輸速率可達 54Mbps。該網(wǎng)卡即插即用，方便快捷。 WiFi 無線通信總體設計方案 按照系統(tǒng)需求，對本 WiFi 無線通信終端的總體方案進行了設 計，其軟硬件結構 由 無線移動終端由 S3C2440+TLWN322G 為核心搭建而成，從功能上無線移動終端可以分成 三 個子系統(tǒng)：（ 1） ARM 嵌入式子系統(tǒng)，主要包括 ARM9 芯片以及周邊存儲電路、接口轉換電路和供電、時鐘、復位電路組成，該部分 驅動無線網(wǎng)卡和運行Socket 通信程序進行 WiFi 通信 ，并且提供人機交互接口，接受上位 PC 機的監(jiān)控（通過串口） ；（ 2） WLAN 子系統(tǒng)， 無線網(wǎng)卡部分（ TLWN321G+） ，負責無線信號的發(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 2020