《电子技术应用》
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无操作系统下的WiFi原理及应用
来源: 21IC电子网
摘要: 目前,在无线监控、工业控制、视频传输等行业应用中,嵌入式无线系统主要采用以NORDIC解决方案为代表的无操作系统环境,该方案由“CPU+无线数传模块”构成,能够实现短距离低带宽无线通信。
Abstract:
Key words :

     目前,在无线监控、工业控制、视频传输等行业应用中,嵌入式无线系统主要采用以NORDIC解决方案为代表的无操作系统环境,该方案由“CPU+无线数传模块”构成,能够实现短距离低带宽无线通信。但由于窄带无线通信的技术所限,只能实现2Mbps的最大传输速率,对应在实际视频传输中,只能满足10米内320*240下小于15帧/秒的应用。随着市场对更大屏幕、更快的传输速率、更流畅的视频效果的需求,这一解决方案将远远满足不了人们的需求。系统升级需要WLAN这样的宽带无线传输设备,传统的升级做法为在原有系统架构下,增加Flash、SDRam,并运行一套嵌入式操作系统来驱动WLAN模块,不但大大增加了系统成本,而且产品开发难度增大,周期延长,不利于新产品的推出。

       WLAN作为无线局域网通信中应用最为广泛的技术,早已从PC/笔记本市场,逐渐延伸到了音视频、手持终端、无线城市覆盖、工业应用等人们日常生活的方方面面,将人们的生活带入了便利的智能化无线时代。
      北京中电华大电子设计有限责任公司推出的Nos-WiFi产品(如图1所示)改变了这一现状。华大电子多年来致力于WiFi核心芯片及模块产品的研究和开发,至今已经成功量产了天联系列(Airquick)3款同时支持国内(WAPI)/国际(11i)安全标准的芯片,并以此为基础,推出了近十款WLAN模块产品,产品应用覆盖了笔记本、USB外置无线网卡、家庭音视频、安防监控、运营商热点产品、家庭网关、工业应用、智能交通等各个领域。
                       
       Nos-WiFi系列模块产品是为了满足工业应用、安防监控等领域中,现有产品的无线功能升级的需要而研发的,其最大的特点在于:它提供了一个不基于任何操作系统的驱动软件,可以集成到任何的系统平台中运行,并实现高速的数据传输,使得没有操作系统也能使用WiFi进行视频传输成为可能。其驱动软件结构如图2所示:
       本产品集成到主机系统中的位置如图3所示:
 
           
       Nos-WiFi的特点和现状
       对于市面上的大多数基于802.11b/g/n标准的USB无线模块来说,它们绝大多数都应用在PC平台上,因此,这些usb无线模块的厂商通常只能提供基于windows或linux环境下的驱动程序,相应的在嵌入式应用中,只有使用了诸如WinCE、嵌入式linux操作系统的嵌入式系统平台才能应用这些产品。而对于那些自身硬件资源有限,处理能力较低的嵌入式设备来说,WinCE和嵌入式linux无疑是一个庞然大物,只使用一些简单的支持调度功能的操作系统甚至是不使用任何的操作系统是它们唯一的选择。而在这些系统上却没有可供使用的USB无线模块。即使这些厂商迫于压力升级了系统的硬件以满足使用USB无线模块的需求,但是由此而增加的成本也大大降低了产品的竞争力。例如,在一个典型的支持WiFi功能的基于Linux操作系统的嵌入式设备中,为了支撑操作系统,硬件架构需求为“CPU+32MB SDRAM +32MB FLASH”,而在一个不运行操作系统的嵌入式设备里面,硬件架构可变成“CPU+8MB SDRAM +1MB Serial flash”,由此带来的成本差异约为4美元,考虑到主CPU价格的区别,有无操作系统环境下设备整体成本相差约6美元。 
      目前无操作系统环境无线数据透传业务领域,主要使用Zigbee或者Nordic等公司的2.4Ghz私有协议无线数传模块(非标准WiFi产品),但这些产品仅在很短距离(约10m)以内能够实现2Mbps左右的数据吞吐率,无法实现大数据量室内中远距离数据传输。而采用Nos-Wifi产品的无线传输方案,基于802.11g标准的WiFi传输技术物理层最高传输速率可达54Mbps,即使在室外覆盖范围100米的情况下仍能实现5.5Mbps的物理层传输速率,使得远距离、高吞吐的数据传输成为可能。
 Nos-Wifi产品的典型应用 
       流媒体电视 
       在现代生活向数字化、网络化推进的大环境下,家电产品的3c融合已经成为一种不可避免的产品发展趋势,而电视作为现代家庭显示中心的地位不可动摇。因此,流媒体电视机应运而生。流媒体电视不仅可以收看更清晰的电视节目,还可以播放数码相机、移动硬盘等数码设备里的图片、音乐、电影,让全家人共同欣赏。
       而流媒体电视与WiFi技术的结合,使得人们可以通过无线网络直接与家庭电脑连接,从而直接播放存储在电脑上的流媒体文件,甚至更进一步,使用无线网络通过家庭无线路由器接入Internet网络,实现真正的网络在线播放功能。Nos-Wifi产品使得在流媒体电视中加入WiFi功能变得更加容易。
       无线安防、视频监控 
      在点对点的无线通讯应用,比如baby Monitor等监控产品,Nos WiFi更能凸现优势。 Baby Monitor,即婴儿监护器,是小型无线电传送装置,包括发射器和接收器两部分。发射器放置在婴儿身边,设置有麦克风和摄像头,对于婴儿发出的每一个细微声响、动作,都可以准确无误地收录,并通过发射器上的天线发出清晰的信号。接收器是一个便携式掌上显示器,用来接收这些信号,由父母随身携带。通过这种装置,父母就可以在别的房间甚至室外院落中处理其他事务,同时,对孩子的情况也了如指掌。
       工业控制、智能交通 
       现代的工业控制对系统的联网能力要求越来越高,工业控制的复杂度越来越高。因此,对于工业控制中的CPU的资源限制也越来越大。本模块产品可以在不改变系统大的架构下,轻松升级现有的系统。将现有的系统升级到无线的TCP/IP网络。
       同样,现代的职能交通领域对系统的联网能力以及系统的联网的灵活性要求越来越高。Nos-wifi可以轻松的在对原有的系统进行升级改造。使的交通设施可以容易的进行TCP/IP网络的联网。