毕业设计论文基于wifisoc的无线通信模块系统程序设计管理资料.docx

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毕业设计论文基于wifisoc的无线通信模块系统程序设计管理资料

南京工程学院

毕业设计说明书（论文）

作者：

学号：

系部：

通信工程学院

专业：

通信工程

题目：

基于WIFISoc的无线通信模块

系统程序设计

指导教师：

评阅者：

2010年6月南京

SystemProgrammingfor

WIFISocWirelessCommunication

Model

ADissertationSubmittedto

NanjingInstituteofTechnology

FortheAcademicDegreeofBachelorofScience

By

DongliangNi

Supervisedby

EngineerJunshengYue

CollegeofCommunicationEngineering

NanjingInstituteofTechnology

摘要

在无线网络的高速发展中，，与此同时，在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC时代，嵌入式系统己经深入到生活和工作的方方面面，嵌入式应用拉近人与计算机的距离，形成一个人机和谐的工作与生活环境，并将发挥更大的作用。

现在的物联网用途广泛，编辑多个领域，本文的设计可以看作是物联网的一个小分支。

本文正是结合WIFI网络和嵌入式ARM系统的优势和特点，通过对WIFI网络IEEEuCOS-II系统深入分析和理解，将两者结合，设计基于WIFIsoc的无线通信模块系统。

文中给出了系统原理图和程序代码，对系统的实现做了阐述，详细介绍了HLK-WIFI-RS232M01无线模块的WIFI接入和TinyM0—Cortex-M0的复位、初始化、发送和接收的子程序，，并给出了验证结果。

关键词：

物联网；WIFISocRS232M01；；ARMTinyM0—Cortex-M0

Abstract

Rapiddevelopmentinwirelessnetworks,thestandardhasbecomethemainstreamofglobalwirelessnetworksonedirection,atthesametime,inthecurrentdigitalinformationtechnologyandnetworktechnology,therapiddevelopmentofpost-PCera,embeddedsystemshavebeendeepintothelifeandworkallaspectsofembeddedapplicationstonarrowthedistancebetweenpeopleandcomputerstoformaman-machineharmoniousworkingandlivingenvironment,andwillplayagreaterrole.

TheInternetofThingsisnowwidelyused,editmanyareas,thisdesigncanbeseenasasmallbranchnetworkobjects.

ThisisthecombinationofWIFInetworksandembeddedARMsystemsandcharacteristicsofsomething,throughtheIEEEprotocolstandardWIFInetworkandembeddedarmuCOS-IIsystem,in-depthanalysisandunderstanding,thetwocombine,designisbasedonwirelesscommunicationmoduleWIFIsocsystem.

Inthispaper,thesystemschematicandprogramcode,implementationofthesystemhasbeendiscussed,detailsoftheHLK-WIFI-RS232M01wirelessmoduleWIFIaccessandTinyM0-Cortex-M0reset,initialize,sendandreceivesubroutine,andsomeprotocolstackimplementation,andgivesthevalidationresults.

Keyword：

Internetofthings;WIFISocRS232M01;ARMTinyM0—Cortex-M0;Protocols

第一章绪论

引言

物联网的概念是在1999年提出的。

当时基于互联网、RFID技术、EPC标准，在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网“Internetofthings”（简称物联网），这也是在2003年掀起第一轮华夏物联网热潮的基础。

2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。

而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。

该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，不仅为美国关注，更为世界所关注。

可以说，物联网描绘的是充满智能化的世界。

在物联网的世界里，物物相连、天罗地网。

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

当Wi-Fi/IEEE，像一片“无线云彩”一样覆盖我们的每一个城市上空和覆盖我们每一个家庭，每一个商业楼宇的时候，一个全新的景象，向我们展示了下列的图画：

千家万户家庭中的各种电表，水表，煤气表内的无线单片机，通过Wi-Fi无线网络，以很低功耗，和供电公司等能源通过者保持着网络实时联系，家庭内的数字显示系统，会通知你，何时能源价格最低，你可以使用低价格能源付费，同时如果你的能源设备出现问题，能源公司也会第一时间抢修。

缴费和抄表，更是全自动中完成…..

都市林立的商业大楼内部，数以万计的工作无线传感器，包括安防，温度，湿度，烟雾报警等等，全部采用已经具有的WI-FI网络进行自动无线连接，中心控制系统，根据这些无线传感器的大量的信息，调节空调系统，监控大楼安全，是商业大厦更安全，更节能….

巨大的物流仓库，大型货车，铲车来来往往，每件货物上都安装了具有定位功能的WI-FI无线单片机芯片，，每件货物都可以精确的定位，也可以容易获得货物的详细信息……

听起来好像不可能，，今天就可以在你手中实现的实实在在的现实场境。

面对这样的场境，我们会感慨万千，这不正是电子工程师们多年来的“将一切用无线连接起来的”的梦想吗？

当一片片“无线云彩”密布我们城市上空时，当我们熟悉的ARM单片机，装上Wi-Fi的智慧的时候，我们的梦想正在加速变成现实……

32位无线单片机的结合，给单片机技术的发展，带来了一场全新的革命，由此而产生的巨大市场和广泛的应用，是我们每个电子工程师都应该关注的。

现状和发展方向

2009年10月24日，在中国第四届中国民营科技企业博览会上，西安优势微电子公司宣布：

中国的第一颗物联网的中国芯——“唐芯一号”芯片研制成功，中国已经攻克了物联网的核心技术。

，可以满足各种条件下无线传感网、无线个域网、有源RFID等物联网应用的特殊需要，为我国的物联网产业的发展奠定了基础。

物联网的发展，也是以移动技术为代表的普适计算和泛在网络发展的结果，带动的不仅仅是技术进步，而是通过应用创新进一步带动经济社会形态、创新形态的变革，塑造了知识社会的流体特性，推动面向知识社会的下一代创新（）形态的形成。

移动及无线技术、物联网的发展，使得创新更加关注用户体验，用户体验成为下一代创新的核心。

开放创新、共同创新、大众创新、用户创新成为知识社会环境下的创新新特征，技术更加展现其以人为本的一面，以人为本的创新随着物联网技术的发展成为现实。

作为物联网的积极推动者的欧盟则梦想建立“未来物联网”。

欧盟信息社会和媒体司2009年5月公布的《未来互联网2020：

一个业界专家组的愿景》报告指出，欧洲正面临经济衰退、全球竞争、气候变化、人口老龄化等诸多方面的挑战，未来互联网不会是万能灵药，但我们坚信，未来互联网将会是这些方面以及其他方面解决方案的一部分甚至是主要部分。

报告谈及的未来物联网的四个特征：

未来互联网基础设施将需要不同的架构，依靠物联网的新Web服务经济将会融合数字和物理世界从而带来产生价值的新途径，未来互联网将会包括物品，技术空间和监管空间将会分离。

涉及物联网的就有两项。

作者认为，当务之急是：

摆脱现有技术的束缚，价值化频谱，信任和安全至关重要，用户驱动创新带来社会变化，鼓励新的商业模式。

然而目前的物联网依旧存在着问题

1、国家安全问题　中国大型企业、政府机构，如果与国外机构，进行项目合作，如何确保企业商业机密、国家机密不被泄漏？

这不仅是一个技术问题，而且还涉及到国家安全问题，必须引起高度重视。

2、隐私问题在物联网中，射频识别技术是一个很重要的技术。

在射频识别系统中，标签有可能预先被嵌入任何物品中，比如人们的日常生活物品中，但由于该物品（比如衣物）的拥有者，不一定能够觉察该物品预先已嵌入有电子标签以及自身可能不受控制地被扫描、定位和追踪，这势必会使个人的隐私问题受到侵犯。

3、商业模式　物联网商用模式有待完善。

4、物联网的政策和法规。

物联网不是一个小产品，也不是只是一个小企业可以做出来，做起来，它不仅需要技术，它更是牵涉到各个行业，各个产业，需要多种力量的整合。

这就需要国家的产业政策和立法上要走在前面，要制定出适合这个行业发展的政策和法规，保证行业的正常发展。

5、技术标准的统一与协调。

我们都知道互联网发展到今天，有一件事是解决的非常好，就是标准化问题解决的非常好，全球进行传输的协议TCP/IP协议，路由器协议，终端的构架与操作系统，这些都解决的非常好，因此，我们可以在全世界任何一个角落，使用每一台电脑连接到互联网中去，可以很方便的上网。

物联网发展过程中，传感、传输、应用各个层面会有大量的技术出现，可能会采用不同的技术方案。

如果各行其是，那结果是灾难的，大量的小而破的专用网，相互无法连通，不能进行联网，不能形成规模经济，不能形成整合的商业模式，也不能降低研发成本。

因此，尽快统一技术标准，形成一个管理机制，这是物联网马上就要面对问题，开始时，这个问题解决得好，以后就很容易，开始解决不好，积重难返，那么以后问题就很难解决。

这个问题和第一问题又是相关联，如果政府没有专门的部门来管理和协调，没有相应的政策和法规，何来标准的统一与协调？

6、管理平台的形成。

物联网是什么？

我们经常会说RFID，这只是感知，其实感知的技术已经有，虽然未必说成熟，但是开发起来并不难。

但是物联网的价值在什么地方？

在于网，而不在于物。

7、应用的开发。

物联网的价值不是一个可传感的网络，而是必须各个行业参与进来进行应用，不同行业，会有不同的应用，也会有各自不同的要求，这些必须根据行业的特点，进行深入的研究和有价值的开发。

Wi-Fi（wlan无线局域网）作为当今无线领域最为热门的一个技术，已经应用到各行各业中。

它使用TCP标准通讯，技术成熟可靠，传输速率快，各种配套的网络设备十分丰富，使用者接受程度最高，全球免费使用，是区域无线通讯的首选方案。

目前，国内外对WIFI无线局域网的研究主要集中在以下几个方面：

（1）无线局域网标准的制定：

现在的无线局域网标准比较多，共有12个标准（802．1l、802．11a～j和802．1In），局面比较混乱，迄今还没有一个统一的标准，一定程度上阻碍了无线局域网的发展。

（2）无线局域网服务质量QoS的提高：

由于无线局域网带宽和速率的限制．和有线网络相比，要想在无线网络上畅快淋漓地运行语音和视频这类对带宽有着巨大胃口的应用，就必须为无线网络引入QoS服务保障机制。

通过对WLAN的MAC层协议提出改进，以支持多媒体传输，支持所有WLAN无线广播接口的服务质量QOS保证机制。

（3）无线局域网安全的研究：

由于无线局域网采用电磁波作为载体，在空气中传输数据，作为一个完全开放的系统，更容易被窃听、入侵和破坏，相对于有线网络存在更大的安全威胁。

通过对WLAN的MAC层进行了修改与整合，定义了严格的加密格式和鉴权机制，以改善WLAN的安全性。

（4）无线局域网速率的提高：

现在速率最高的且比较成熟的标准是802．1la最高速率为54MbpS，希望通过新技术和新的数据帧结构优化算法将WLAN的传输速率增加至lOOMbps以上，提高网络的吞吐性能。

（5）无线局域网与其它同频段的网络或设备的共存性问题：

蓝牙（Bluetooth），家庭射频（HomeRF），HiperLAN2，DECT，微波炉，车库电动门等，有的是同处于2．46频段，有的共同工作在5G频段上，相互之间存在干扰问题。

再就是无线传感网络，虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。

研究方向

本课题的设计主要是针对当前无线局域网络的应用范围主要是用在PC机上，而在嵌入式领域的无线局域网络应用很少，从而考虑将嵌入式系统和无线局域网相结合来实现嵌入式的无线接入网络。

通过对无线局域网IEEE802．11b协议规范和嵌入式系统的深入理解和分析，利用基于ARM内核的嵌入式处理器、嵌入式操作系统uCosII和802．1lb的无线网卡来实现无线接入。

本论文的工作主要体现在嵌入式平台的设计、串口WIFI模块设计、系统程序开发三部分。

第二章系统总体设计

系统设计方案

本系统的任务是以ARM开发模块和WIFI无线模块为主要部件，以较低的成本完成复杂的WIFI接入与通信功能，实现用非PC机控制WIFI无线网卡（即WIFI无线模块），并提供可加载应用通信软件，完成简单的应用，该系统可广泛应用于基于现代WIFI网络的实时接入、远程控制与调度领域。

我们的任务则主要是完成基于WIFIsoc无线通信模块的网络接入、控制与数据传输，主要包括硬件平台的搭建和软件设计两部分。

该系统程序的目标是以WIFISoC芯片为核心，。

并且要求是基于arm结构的WIFIsoc芯片，利用keilaem开发平台来完成。

如下图所示系统结构简图。

系统结构示意图

初步设计方案打算使用由深圳（成都）无线龙科技有限公司潜心研究1年之久，基于GainSpan的Wi-Fi无线片上系统（SoC）的GS1010完全开发系统。

GainSpanGS1010SOC是一个高度集成、超低功耗无线片上系统（SOC），射频前端、媒体控制器（MAC）和基带处理器，片上FLASH和片上SRAM，一个应用处理器，和丰富的IO外设，体积，采用QFN封装的芯片内。

无线龙提供GS1010-PK开发平台，是一套完整的无线传感器节点软件解决方案，并且电池的寿命可达到数年。

GS1010-PK开发套件包含了快速开发所需要的所有硬件，和容易上手、方便开发的所有应用软件。

该平台集成的功能很完善，开发起来也很简便，但是由于资金的问题，这套开发系统原厂是要求捆绑销售，不单独提供硬件，并且资金太高，最总我们放弃了该方案，另辟蹊径。

最终我们确定该系统开发我们采用模块化的结构，，然后用一个ARM控制平台来控制这块WIFI模块，用来实现WIFI模块的控制。

总结，初始方案是使用GS1100集成SoC，结果由于资金问题失败了；最总方案，内置无线协议的WIFI模块和ARM控制板。

硬件平台概述

为了实现我们的设计方案，我们通过网络搜集资料，最终决定采用TinyM0开发平台和串口WIFI模块。

TinyM0是ZLG（周立功）公司为企业用户、电子工程师和高校师生设计推出的一款基于Cortex-M0内核的开发板，核心控制器基于NXP公司最新推出的LPC1100系列芯片，该款开发板应用灵活简单，在短时间内工程师即可轻松掌握，是学习、开发Cortex-M0的不二之选。

HLK-UART-WIFIM0是深圳市海凌科电子有限公司开发的一款串口WIFI模块，该模块内置WIFI协议栈和串口传输协议，支持arm平台，开发简易。

TinyM0概述

TinyM0是广州致远电子有限公司为企业用户和高校师生设计的一款开发工具，核心微控制器采用的NXP公司最新推出的LPC1100系列Cortex-M0内核芯片。

LPC1100系列微控制器采用了ARM公司最新发布的Cortex-M0内核，工作频率高达50MHz，功耗低至150μA/MHz，性能卓越、应用简单，更突出的是，它能够显著降低所有8/16位应用的代码长度，并且具有极低的市场定价，其价值和易用性比现有的8/16位微控制器更胜一筹，为追求ARM架构的8/16位用户提供了一种全新的32位解决方案。

，由TKScopeCK100仿真器和TinyM0核心板两部分组成，中间通过邮票孔连接。

TinyM0可以整体使用，也可断开独立使用，应用简单灵活。

TinyM0开发工具实物图

1）功能特点

•标配MCU：

LPC1114；

•MCU工作频率50MHz；

•应用灵活：

TinyM0由TinyM0ICE和TinyM0核心板两部分组成，中间通过邮票孔连接。

TinyM0可以整体使用，也可断开分别使用，用法极为灵活便捷。

•集成USB下载仿真器：

支持KEIL，IAR和TKStudio等主流开发环境，开发板断开后TinyM0ICE可以作为通用调试仿真开发工具使用；

•标准核心板接口：

TinyM0核心板电路为LPC111x芯片的最小系统，。

用户可以将TinyM0核心板配套自己的底板使用，进行产品开发；

•支持多款芯片：

TinyM0全面支持NXPLPC111x系列LQFP48引脚封装的芯片和LPC1300系列LQFP48引脚封装的芯片，用户可以根据自己所设计产品的要求随时更换核心控制器。

2）硬件资源

•LPC1100系列Cortex-M0处理器采用冯·诺依曼架构

•内置嵌套向量中断控制器（NVIC）；

•集成一个单周期乘法器；

•片上Flash程序存储器大小最高可达32K，支持在系统编程（ISP）和在应用编程（IAP）；

•SRAM最高可达8KB；

•2个SPI控制器，带有FIFO，可按多种协议进行通信；

串口WIFIHLK-WIFI-RS232M0概述

1）产品描述

•SOC芯片，性价比极高，质量稳定，内置WIFI协议栈和串口传输协议，接口信号5V、地、RX、TX四线连

•接；（注意：

模块通讯电平有RS232和TTL两种接口，具体参数联系供应商）

•模块简洁、体积小，22*60*7mm；

•用户接口开发简单快捷，串口驱动；

•MSC51/PIC/ARM7等8、32位单片机轻易驱动，驱动代码极少；

2）产品参数

•支持UART数据接口，波特率：

///bps；

•，最高速率11M；

•MAC协议软件功能；

•支持基础网络中的STA应用；

•支持OPEN/WEP方式的鉴权；

•支持共享密钥方式的wep64/wep128数据加密传输；

•在自动联网模式下，模块能自动扫描目标网络，断线自动重连；

•在手动联网模式下，通过命令触发连接和断开，用户灵活控制；

•支持RAW/UDP/TCP格式的网络数据传输；

•支持7组基本参数设置，最多可以连接7个目的网络；

•支持通过用户接口进行参数配置；

•支持固件程序通过网络在线升级；

•支持外接天线，UFL接口，发射功率最大100mW，接收灵敏度-90dBm

WIFIHLK-WIFI-RS232M0

该模块为基于UART接口的主要设备和无线局域网间实现安全连接提供了最佳的解决方案，可广泛用于UART接口设备外扩安全的无线局域网功能的应用场合。

硬件连接电路

1）TinyM0的串口引脚。

串行通信又分为异步与同步两种。

通用异步收发器（UART：

UniversalAsynchronousReceiverTransmitter）正是设备间进行异步串行通信的关键模块。

它的主要作用如下所示：

•处理数据总线和串行口之间的串/并、并/串转换；

•通信双方只要采用相同的帧格式和波特率，就能在未共享时钟信号的情况下，仅用两根信号线（Rx和Tx）就可以完成通信过程；

•采用异步方式，数据收发完成后，可以通过中断或置位标志位的方式通知微控制器进行处理，大大提高微控制器的工作效率。

若加入一个合适的电平转换器，UART还能用于RS-232C和RS-485通信。

UART应用非常广泛，手机、工业控制、PC等应用中都要用到UART。

LPC1100系列Cortex-M0微控制器具有一个符合16C550工业标准的异步串行口（UART）。

此口同时增加了调制解调器（Modem）接口，DSR、DCD和RIModem信号是只用于LQFP48和PLCC44封装的管脚配置。

UART引脚描述

使用UART与PC机通讯，。

由于PC机串口是RS-232C电平，所以连接时需要使用RS-232C转换器。

LPC1700系列芯片就是通过UART0进行ISP操作的；

使用串口与PC机通讯

2）WIFI引脚

WIFI引进示意图

3）TinyM0与WIFI连接

、、。

连接WIFI串口模块，用串口调试软件观察RS485发送与接收数据情况,波特率为9600，上位机一次需发送7个字符,、。

第三章软件设计与实现

通过TinyM0arm开发板控制串口WIFI模块的网络接入和控制。

串口WIFI的协议都内置，所以只要通过串口进行控制数据的发送和接收就可以对串口WIFI模块进行控制。

系统结构

1）HLK-UART-WIFIM0

A系统结构

B典型应用方案

串口WIFI典型应用方案

C联网模式

WLAN模块提供了自动和手动两种联网模式供用户选择。

在自动联网模式下，无需用户任何干预，WLAN模块在上电复位后自动进行网络扫描和连接。

如果发生下面的一种情况，WLAN模块将自动重新连接：

在自动模式下，所有联网的过程都由WLAN模块自动完成，无需用户干预，为用户提供一种最简单的使用方式。

要成功连接网络，用户只需在首次使用时