【正文】 ...........................31 參考書(shū)目 .....................................................................................................................32 致謝 .............................................................................................................................33 附錄 最小系統(tǒng)原理圖 .............................................................................................34 第一 章 引言 1 第一章 引 言 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人類進(jìn)入了后 PC 時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)所不在，它們一起深刻地影響著我們的生活，而這兩者的融合已經(jīng)是大勢(shì)所趨，如何讓嵌入式系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為信息領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。 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)。 ARM 公司一直以 IP（ intelligence property）提供商的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而自己從不介入芯片的生產(chǎn)銷(xiāo)售，加上其設(shè)計(jì)的芯核具有功耗低，成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了眾多的半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠商的大力支持，在 32 位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有 75%以上的32位 RISC 嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)。 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(kāi)授權(quán)概念，從此改變了半導(dǎo)體行業(yè)。更重要的是 ARM 開(kāi)創(chuàng)了電子新紀(jì)元：采用 ARM 技術(shù)的微處理器遍及各類電子產(chǎn)品，在汽車(chē)、消費(fèi)娛樂(lè)、成像、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)、儲(chǔ)存、安保和無(wú)線等市場(chǎng)， ARM 技術(shù)無(wú)處不在。 ARM 技術(shù)正在逐步滲入到我們的生活的各個(gè)方面。 第一 章 引言 2 目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用 ARM 的授權(quán)，因此既使得 ARM技術(shù)獲得更多的第三方的工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)的成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。 WIFI的發(fā)展背景 WiFi 是 IEEE 定義的一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) (IEEE 802． 11)．自從 1997年無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)誕生以來(lái)， 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(wú)線局域網(wǎng) (WLAN)的研究正逐漸為人們研究的熱點(diǎn)。 但是，隨蜂窩移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的成功和 WLAN 技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與電 信網(wǎng)絡(luò)融合提供公 共 WLAN 服務(wù)的 趨勢(shì)，使人們可以通過(guò) WLAN 非常方便地享受高速的無(wú)線數(shù)據(jù)服，這也極大地拓展了 WLAN 的應(yīng)用空間。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(wú)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(wú)線技術(shù)。在這樣的背景下， WLAN 在部署上取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展：WiFi 和 VolP 的結(jié)合給固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了契機(jī)； WLAN 的熱點(diǎn)覆蓋計(jì)劃也正作為3G的補(bǔ)充成為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商 新的利潤(rùn)點(diǎn)。 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(xiě)存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)控制單元。在選擇上述硬件平臺(tái)模塊的具體芯片時(shí)，通常需要考慮它們的功能、功耗、封裝、體積、成本、可靠性、電磁兼容性等方面，并在盡量滿足應(yīng)用需求的同時(shí) 盡量減少冗余功能，以節(jié)約成本。 嵌入式處理器的選擇 目前嵌入式系統(tǒng)中 32 位微控制器 (MCU)的使用率正逐年增長(zhǎng)， 32 位 ARM體系結(jié)構(gòu)己經(jīng)成為一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，隨著高端 32 位嵌入式微處理器價(jià)格的不斷下降和開(kāi)發(fā)環(huán)境的成熟，使得 32 位嵌入式處理器正日益擠壓原先由 8 位微控制器主導(dǎo)的應(yīng)用空間。使用 32 位架構(gòu)不僅能提升性能，還能降低相同成本下的系統(tǒng)功耗和節(jié)約總 成本以及縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 本文選用了一款 基于 ARM CortexM3 內(nèi)核芯片 — 由意法半導(dǎo)體（ ST)推出的STM32F103 芯片。該系列微處理器工作頻率為 72MHz，內(nèi)置高達(dá) 128K 字節(jié)的 Flash 存儲(chǔ)器 和 20K字節(jié)的 SRAM，具有豐富的通用 I/O 端口。豐富的片上資源使得 STM32F103 系列微處理器在多種領(lǐng)域如電 機(jī)驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)控制、手持設(shè)備、 PC 游戲外設(shè)和空調(diào)系統(tǒng)等都顯示出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?。每個(gè)端口都可以由軟件配置成輸出（推挽或開(kāi)漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉）或其它的外設(shè)功能口。 內(nèi)部嵌入有 溫度傳感器 ， 可方便的測(cè)量處理器溫度值。通過(guò) DMA可以使數(shù)據(jù)快速地移動(dòng) CPU 的資源來(lái)進(jìn)行其他操作。 它 支持的外設(shè)包括：定時(shí)器、 ADC、 SPI、 I2C和 USART 等。通常默認(rèn)的調(diào)試接口是 JTAG 接口。 ， 三個(gè) USART 異步串行通信接口、兩個(gè) I2C 接口、兩個(gè) SPI 接口、一個(gè) CAN接口和一個(gè) USB 接口，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信提供了保證。 STM32F103的 USART接口 USART 接口的引腳描述 表 USART的引腳描述 引腳名稱 類型 描述 第二章 ARM 系統(tǒng)的硬件平臺(tái) 5 RX 輸入端口 串口數(shù)據(jù)流入 TX 輸出端口 串口數(shù)據(jù)流出 USART 主要的特性 全雙工的，異步通信 。 3. 分?jǐn)?shù)波特 率 發(fā)生器系統(tǒng) 。 5. 可配置的停止位 支持 1或 2個(gè)停止位 。 7. 單獨(dú)的發(fā)送器和接收器使能位 。 9. 校驗(yàn)控制 。 11. 10 個(gè)帶標(biāo)志的中斷源 。 13. 從休眠 模式中喚醒 。 對(duì) SPI_DR 寄存器的讀操作，將返回接收緩沖器的內(nèi)容寫(xiě)入 SPI_DR 寄存器。 注：在寫(xiě)入發(fā)送緩沖器之前，軟件必須確認(rèn) TXE 標(biāo)志為‘ 1’，否則新的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋已經(jīng)在發(fā)送緩沖器中的 數(shù)據(jù)。跟傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)相比，基于 WiFi 協(xié)議 的無(wú)線局域網(wǎng)具有可移動(dòng)性，動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和易搭建的特點(diǎn)．因此用戶可以根據(jù)需求和環(huán)境選擇合適的局域網(wǎng)技術(shù)來(lái)構(gòu)造自己的網(wǎng)絡(luò)。其三層結(jié)構(gòu)可如圖 2． 1所示。 （ 1） Infrastructure 模式 Infra,也稱為基礎(chǔ)網(wǎng)，是由 AP 創(chuàng)建，眾多 STA 加入所組成的無(wú)線網(wǎng) 絡(luò)，這種類型的網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是 AP 是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，網(wǎng)絡(luò)中所有的通信都通過(guò) AP來(lái)轉(zhuǎn)第三章 WiFi技術(shù)及模塊概述 8 發(fā)完成 。 圖 Ad hoc 模式 WiFi模塊介紹 WiFi技術(shù)的公開(kāi)，廠商進(jìn)入該領(lǐng)域門(mén)檻較低，目前市場(chǎng)上有很多品牌的 WiFi開(kāi)發(fā)模塊。該模塊由成都比特電子科技設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為 WIFIM03。 WIFIM03 網(wǎng)卡模塊應(yīng)用于帶有 UART 接口的設(shè)備環(huán)境中，符合 STM32接口的要求。 第三章 WiFi技術(shù)及模塊概述 9 WIFIM03 接口特性如下： a. 雙排（ 2 x 4）插針式接口 b. 支持波特率范圍： 1200~115200bps c. 支持硬件 RTS/CTS 流控 d. 單 供電 模塊硬件結(jié)構(gòu) 圖 32 WiFi 與串口硬件連接圖 模塊提供雙列直插 8 針引腳，其中外側(cè)一排（ 5~8）引腳為必須連接，如上 圖所示，而且這些引腳完全兼容單排 4針接口。其各端口功能如下： 第三章 WiFi技術(shù)及模塊概述 10 模塊工作模式 WIFIM03 模塊內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、 協(xié)議棧以及 TCP/IP 協(xié)議棧，具有兩種工作模式，分別是正常啟動(dòng)模式和配置啟動(dòng)模式。所有通過(guò)串口接收到的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上，同樣，從網(wǎng)絡(luò)上接收到的數(shù)據(jù)，模塊也都原樣從發(fā)送到串口上。在正常啟動(dòng)模式下，系統(tǒng)根據(jù)配置參數(shù)中預(yù)設(shè)的工作模式（自動(dòng) /命令模式）運(yùn)行。 圖 33 正常啟動(dòng)模式 b. 配置模式 在啟動(dòng)配置模式下，系統(tǒng)忽略配置參數(shù)中預(yù)設(shè)的工作模 式參數(shù)，強(qiáng)制進(jìn)入 AT+命令模式，此模式通常用于使用配置管理程序進(jìn)行參數(shù)修改及功能測(cè)試。這是一高級(jí)的使用方式，也是對(duì)用戶來(lái)說(shuō)最為靈活的使用方式。 nCTS/MODE/GPIO 引腳（引腳 2）在模塊上電復(fù)位階段用來(lái)進(jìn)行啟動(dòng)模式選擇，時(shí)序如下圖所示。相互之間的。重復(fù)等待動(dòng)作直到通信結(jié)束為止。 STM32 串口 WiFi 模塊 LCD 顯示 無(wú)線 AP 天線 天線 SST25VF080 第四章 硬件模塊設(shè)計(jì) 12 圖 41 數(shù)據(jù)發(fā)流程 圖 42 數(shù)據(jù)接收流程 模塊電路 電源設(shè)計(jì) 電源引腳連接圖如下： C8103C9103C10103C11105GND3V3BatteryCR1220 holderC71uFC12104NC73VDD_150VDD_275VDD_3100VDD_428VDD_511VDDA22VSS_149VSS_274VSS_399VSS_427VSS_510VSSA19Vbat6U1B STM32F103VCT6第四章 硬件模塊設(shè)計(jì) 13 圖 43 電源引腳連接圖 VDD1/2/3/4/5， VDDA 供電電源范圍 在 ,VBAT (備份操作電壓 )在 之間。 VDD 引腳必須連接外部未定電容器（五個(gè) 100nF 的陶瓷電容器和一個(gè)鉭制電容器 ， ） 。 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 引腳連接如右圖： R1110K 5%C17105RESETNRSTVCCGND 圖 44 復(fù)位引腳圖 復(fù)位電路的功能是完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) 的按鍵復(fù)位功能。當(dāng)復(fù)位按鍵為按下時(shí)，電容將電路斷開(kāi)，此時(shí) NRST 線接的是高電平。當(dāng)按鍵按下以后，電容放電，電容兩端的電壓逐漸降低為零，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。 HSE 采用 8MHz 的外部晶振，有點(diǎn)在于能產(chǎn)生非常精確的主時(shí)鐘。能為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供低速，精確的時(shí)鐘源。 TDI:JTAG 指令和數(shù)據(jù)寄存器器的串行數(shù)據(jù)輸入 TMS:TAP 控制氣的模式輸入信號(hào) TDO:JTAG 指令和數(shù)據(jù)寄存器器的串行數(shù)據(jù)輸出 TCK:JTAK 調(diào)試時(shí)鐘 LCD模塊 原理圖 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 40J102LCDPD9_DB16 PD10_DB17PD7_LCD_CS PD11_LCD_RSPD5_LCD_WRPD6_BUSYPD12_NAND_ALEPE0_TC_S PE1PE2 PE3PD4_LCD_RDPD13_LCD_INT0PE10_DB07PE12_DB11PE14_DB13PD8_DB15PE8_DB05VCC33GNDPD3_LCD_BLPD14 _DB00 PD15_DB01 PD0_DB02PE7_ DB04PE9_DB06PE11_DB08PE13_DB10PE15_DB14PD15 DB03PD2_LCD_RSTTFT+ 觸摸屏接口PB14_SPI2_MISOPB15_SPI2_MOSIPB13_SPI2_SCK 圖 46 圖 46中液晶顯示模塊引腳功能描述： DB00DB17 數(shù)據(jù)線 CS 片選信號(hào)線 RS：命令 /數(shù)據(jù)標(biāo)志 RST 硬復(fù)位 TFTLCD 第四章 硬件模塊設(shè)計(jì) 15 RD：從 TFTLCD 讀數(shù)據(jù) WR：向 TFTLCD 寫(xiě)入數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)模塊 原理圖 FLASH 芯片采用的是 SST25VF080，其引腳連接如圖 U301PB8_SPI2_CSPB13_SPI2_SCKPB14_SPI2_MISOPB15_S