【正文】 時間，所以合理的軟件設(shè)計就成了關(guān)鍵。 當 RT73 模塊完成配置后，隨即轉(zhuǎn)為正常的收發(fā)工作模式，此時 MCU 需要和 RT73 的兩個 BULK 端點進行通信， 如果 MCU需要發(fā)送 幀，則將發(fā)起 BULK OUT 傳輸事務(wù)。 RT73 模塊需要在上電后進 行初始化配置， 配置 通過 USB 控制傳輸來進行。 軟件部分： MCU 作為 USB 主機，它所有發(fā)起的事務(wù)（不論控制或是 BULK 傳輸）都采用唯一的端點 0進行傳輸。 兩個核心模塊之間由 USB總線連接， MCU 是 USB 主機端，負責各種傳輸事務(wù)的發(fā)起和 USB 設(shè)備的連接枚舉操作。 d) 支持 6， 9， 12， 18， 24， 36， 48， 54Mbps 的通信速率。 b) 采用 USB 接口作為和主 MCU 通信的接口， RT2571 芯片集成了一個 USB 設(shè)備控制器，它擁有一個控制 0端點，和一進一出兩個批量傳輸端點， USB 接口支持 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 4 頁 共 47 頁 和 控制協(xié)議。也有一些適合單片機接口的 WIFI 模塊比如具有 SDIO 接口的 Marvell8686 和 SPI 接口的MRF24WB0MB 芯片，不過接口雖然貼近單片機但是價格一般偏貴，不符合本次設(shè)計的要求，此次設(shè)計采用了雷凌公司的 RT73 無線模塊。同時， WIFI 模塊還應(yīng)該易于 MCU控制，軟件復(fù)雜程度也是重要的考慮方面。片上 USBHOST 外設(shè)具有如下特性： USB 全速支持；2. 低速主機支持； 3. USB OnTheGo（ OTG）支持； 4. 集成信號傳輸電阻； 5. 用于 VBUS 監(jiān)視的集成模擬比較器 ； 6. 集成 USB 收發(fā)器； 7. 硬件執(zhí)行的事務(wù)握手；8. 可在系統(tǒng) RAM 中任意位置進行端點緩沖； 9. 集成用于訪問系統(tǒng) RAM 和閃存的總線主控； 10. USB 模塊工作時不需要使用 PIC32 DMA 模塊 。本節(jié)概述 PIC32MX 系列單片機的 CPU 特性和系統(tǒng)架構(gòu)。 Technologies 的 M4K? 內(nèi)核的復(fù)雜片上系統(tǒng) ， M4K?是最新型的 32 位 低功耗 RISC 處理器內(nèi)核，采用了增強型 MIPS32174。 基于以上的考慮，課題最終選擇了 PIC32MX440 這款單片機作為核心控制 MCU。 b) 無線數(shù)據(jù)從媒介控制層到物理層的映射，完成實際的數(shù)據(jù)收發(fā)。此部分控制無線通信的具體過程，具體來說就是 建立無線連接，傳送采集和處理后的數(shù)據(jù)。此部分是整個系統(tǒng)的核心功能，數(shù)據(jù)采集和處理的方式?jīng)Q定了系統(tǒng)的總體功能。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 2 頁 共 47 頁 2 總體設(shè)計方案 系統(tǒng)概述 WIFI 控制系統(tǒng)主要由兩 部分構(gòu)成，主控部分和 無線 通信部分。在這種情況下，需尋找一種可替代的方案，要求是對性能要求不高，但是單個節(jié)點的成本要低。誠然，以上兩種方案的優(yōu)勢明顯，主要體現(xiàn)在傳輸速度高，軟件編制容易等方面，缺點是單個節(jié)點造價較高。 WIFI 設(shè)備使用的頻段為 ～ 5GHz 的免許可頻段， 在頻率資源上不存在限制， 因此使用成本低廉也成為了 WIFI 技術(shù)的又一大優(yōu)勢。 WIFI 主要技術(shù)優(yōu)點是無線接入、高速傳輸以及傳輸距離遠 其中， 可以將WLAN 的傳輸速率由目前 及 提供的 54Mbps，提高到 300Mbps 甚至高達600Mbps。 WIFI是由 AP ( Access Point)和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡(luò)。 WiFi(Wireless Fidelity)是無線局域網(wǎng) (WLAN)技術(shù) —— IEEE 系列標準的商用名稱。 無線通信技術(shù)越來越受到關(guān)注，人們需要一種不受約束的通信技術(shù)，能夠隨時隨地的獲取信息。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 1 頁 共 47 頁 1 引言 隨著移動技術(shù)的不斷發(fā)展，整個世界在走向移動化 ?，F(xiàn)階段，通信技術(shù)正面臨一場深刻的變革， 傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)已不能滿足日益增長的通信需要。 隨著互聯(lián)網(wǎng)越來越深入的走進人們的生活，用戶對能夠隨時隨地上網(wǎng)的需求越來越迫切， WIFI 無線通信技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。 IEEE IEEE 。 AP一般稱為網(wǎng)絡(luò)橋接器或接入點 , 它是當作傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)絡(luò)與無線局域網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁 , 因此任何一臺裝有無線網(wǎng)卡的 PC 均可透過AP 去分享有線局域網(wǎng)絡(luò)甚至廣域網(wǎng)絡(luò)的資源。在開放性區(qū)域通訊距離可達 305m， 在封閉性區(qū)域通訊距離 76 ～ 122m，方便與現(xiàn)有的有線以太網(wǎng)整合，組網(wǎng)的成本更低。 現(xiàn)階段的 WIFI 控制方案一般基于 PC 機或是高性能的 ARM 嵌入系統(tǒng)，并且目前價格便宜的 WIFI 無線網(wǎng)卡一般都定位 于 PC機，接口一般為 PCI 接口或是 USB 接口。在一些工業(yè)控制系統(tǒng)中 ，有時僅需要 WIFI 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳送少量的數(shù)據(jù)，此時對傳輸性能要求并不高，當我們需要大量的這種節(jié)點時，選用 PC 機或是 ARM 的控制方案顯然成本會很高。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段一些單片機的資源已經(jīng)足夠駕馭 協(xié)議和 TCP/IP 協(xié)議，并且我們也可以對 和 TCP/IP 協(xié)議進行適當?shù)木?，只保留基本?shù)據(jù)傳輸部分，以此實現(xiàn)低成本低性能的 WIFI 控制系統(tǒng)。 主控部分主要完成如下的控制功能： a) 數(shù)據(jù)采集和處理。 b) 通信協(xié)議控制。 無線通信部分主要完成如下功能： a) 無線數(shù)據(jù)幀的封裝，數(shù)據(jù)的加密解密等基帶處理。 P I C 3 2 控 制 核 心 U S B 總 線 R T 7 3 無 線 網(wǎng) 卡 圖 WIFI控制 系統(tǒng) 整體 框圖 控制核心 的選擇 ： 由于 ，而且較高的通信速率又是 ，故需選擇一款數(shù)據(jù)處理能力強的 MCU，同時 無線通信協(xié)議是一種比較復(fù)雜的通信協(xié)議，如果還需實現(xiàn) TCP/IP 的通信則系統(tǒng)的開銷會更大，所以 選擇的 MCU 應(yīng)該具有比較大的片上 RAM 和程序存儲空間。 PIC32MX 單片機（ MCU）是一款基于 MIPS174。 Release 2 指令集構(gòu)。 主要特性 ： a) 最高可達到 DMIPS/MHz 的性能 b) 可編程預(yù)取高速緩存存儲器，以增強閃存中的執(zhí)行效率 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 3 頁 共 47 頁 c) 16 位指令模式（ MIPS16e），用于緊湊型代碼 d) 帶有 63個優(yōu)先級的向量中斷控制器 e) 可編程的用戶和內(nèi)核工作模式 f) 可對外設(shè)寄存器執(zhí)行原子級位操作（單周期） g) 乘法 /除法單元，最高指令發(fā)出速率為每個時鐘一條 32 16 乘法指令 h) 高速 Microchip ICD 端口，具有基于硬件的非侵入式數(shù)據(jù)監(jiān)視和應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流功能 i) EJTAG 調(diào)試端口，支持廣泛的第三方調(diào)試、編程和測試工具 j) 指令控制的功耗管理模式 k) 5 級流水線指令執(zhí)行 l) 內(nèi)部代碼保護，以幫助保護知識產(chǎn)權(quán) m) PIC32MX440 系列單片機具有 USBHOST 外設(shè)，可以方便的和具有 USB接口的 WIFI 無線網(wǎng)卡連接。 無線 WIFI模塊的選擇： 無線模塊的選擇主要基于成本，本課題主要的研究方向即實現(xiàn)一種低成本的 WIFI控制方案，所以成本成為了選擇 WIFI 模塊的主要依據(jù)。 WIFI 網(wǎng)卡一般的接口為 PCI 接口或 USB接口，比如雷凌公司的 RT7 RT2070 和 RT3070 等，這些都是和 PC 機上的接口相對應(yīng)的。該模塊具有以下特點： a) 采用 RT2571作為 核心 基帶處理芯片， RT2571是一款高度集成的 MAC/baseband 處理器，它支持 。 c) 支持 64/124 位的 WEP 加密和 WPA 和 AES 加密認證方式。 WIFI 控制系統(tǒng)基本原理和特點 硬件部 分： WIFI控制系統(tǒng)核心由 MCU控制模塊和 WIFI通信模塊構(gòu)成。RT73 無線模組同樣支持 協(xié)議 ，故 USB 總線采用全速傳輸?shù)姆绞?，傳輸速率?2Mbps。 RT73 使用到 3個 USB 端點：控制端點 0， BULK OUT 端點 1， BULK IN 端點 1。同時， MCU端讀取 RT73 基本配置信息，比如 MAC 地址等重要的信息。 MCU 不斷間隔一定的時間發(fā)起B(yǎng)ULK IN 事務(wù)傳輸， 輪詢是否有數(shù)據(jù)到達 RT73 模塊。 MCU 對收發(fā)的 數(shù)據(jù)幀進行處理，負責無線 通信連接的建立和斷開和實際的數(shù)據(jù)傳送。 MCU通過對 層的數(shù)據(jù)包解析，獲取有效的 TCP/IP 數(shù)據(jù)包，并將 TCP/IP 數(shù)據(jù)包傳入 TCP/IP 層進一步的處理。 軟件部分相對復(fù)雜，對于實現(xiàn)一個 WIFI 控制系統(tǒng)核心而言，需要如下軟件模塊： 1. 高效而穩(wěn)定的 USBHOST 協(xié)議棧； 2. 協(xié)議棧； 3. 小巧而穩(wěn)定的 TCP/IP 協(xié) 議棧 。TCP/IP 完整協(xié)議棧比較大，所以此部分需要對 TCP/IP 協(xié)議棧的合理裁剪就顯得尤為重要。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 6 頁 共 47 頁 PIC32 最小系統(tǒng)設(shè)計 PMD5/RE51PMD6/RE62PMD7/RE73SCK2/CN8/RG6/PMA54SDI2/CN9/RG7/PMA45SDO2/CN10/RG8/PMA36MCLR7SS2/CN11/RG9/PMA28VSS9VDD10C11N+/AN5/CN7/RB5/VBUSON11C11N/AN4/CN6/RB412C21N+/AN3/CN5/RB313C21N/AN2/CN4/RB214AN1/VREF/CN3/RB115AN0/VREF+/CN2/RB0/PMA616OS2/RD1/U1RTS49OC3/U1RX/RD250OC4/U1TX/RD351PMWR/OC5/IC5/CN13/RD452PMRD/CN14/RD553CN15/RD654CN16/RD755VDDCORE56ENVREG57RF058RF159PMD0/RE060PMD1/RE161PMD2/RE262PMD3/RE363PMD4/RE464PGC2/AN6/RB6/OCFA17PGD2/AN7/RB718AVDD19AVSS20U2CTS/C1OUT/AN8/RB821C2OUT/AN9/RB9/PMA722TMS/AN10/RB10/CVREFOUT23TDO/AN11/RB1124VSS25VDD26TCK/AN12/RB1227TDI/AN13/RB1328U2RTS/AN14/RB14/PMA129AN15/CN12/RB15/OCFB/PMA030U2RX/SDA2/RF4/CN17/PMA931U2TX/SCL2/RF5/CN18/PMA832USBID/RF333VBUS34VUSB35D/RG336D+/RG237VDD38OSC1/CLKI/RC1239OSC2/CLKO/RC1540VSS41IC1/RTCC/INT1/RD842IC2/U1CTS/SDA1/INT2/RD943IC3/PMCS2/PMA15/SCL1/INT3/RD1044IC4/PMCS1/PMA14/INT4/RD1145OC1/INT0/RD046SOSCI/CN0/RC1347SOSCO/T1CK/CN0/RC1448J?PIC32MX440F512HPIN1PIN2PIN3PIN4PIN5PIN6PIN7PIN8PIN9PIN10PIN11PIN12PIN13PIN14PIN15PIN16PGC PGD + GND PIN21 PIN22 PIN23 PIN24 GND + PIN27 PIN28 PIN29 PIN30 PIN31 PIN32PIN34PIN33PIN35PIN36PIN37+OSC1OSC2GNDPIN42PIN43PIN44PIN45PIN46PIN47PIN48PIN49PIN50PIN51PIN52PIN53PIN54PIN55VCAP+104C1VPP330R2104C2104C3330R512Y?XTAL22PFC422PFC5104C31104C32104C33+ 圖 PIC32MX440最小系統(tǒng) 如上圖 PIC32 最小系統(tǒng)，此電路較為簡單，和一般的 MCU 一樣，同樣有復(fù)位電路和供電電路，單片機選用了外部晶振，晶振頻率為 8MHZ。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 7 頁 共 47 頁 USB 的基本通信方式為主從模式， 其中主機是一個提供 USB 接口及接 口管理能力的硬件、軟件及固件的復(fù)合體，可以是 PC，也可以是 OTG 設(shè)備。 USB 事務(wù)處理是 USB 主機和 US