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根据嵌入式Wi-Fi单芯片AX22001的无线体系规划

给出了嵌入式Wi-Fi系统的设计方法,该方法采用的嵌入式Wi-Fi单芯片AX22001/11属于内置802.11无线网MAC/基带的单片式TCP/IP微处理器,同时包含兼容802.11a/b/g的无线

0 引 言

跟着物联网技能的开展,很多的嵌入式体系均有添加Wi-Fi特性的需求,比方使用智能手机内建的Wi-Fi来遥控各种嵌入式设备,使支撑机器对机器的通讯(M2M)具有物联网通讯功用的嵌入式网络解决方案,而这些都将成为未来的干流需求。而在进行产品规划时,考虑到本钱等要素,能够选用ASIX电子的单芯片TCP/IP处理器AX22001/11来进行Wi-Fi体系的规划。AX22001/11处理器可供给具有本钱优势的嵌入式网络解决方案,以用于需求简略、易用、低本钱接入有线/无线局域网或互联网的各类嵌入式使用领域。

1 单芯片TCP/IP微处理器AX22001/11

1.1 AX22001/11的根本功用

AX22001和AX22011的结构及特性根本相同,差异只是在于AX22001不具备外部存储器接口、二者的GPIO 数量不同(AX22001 和AX22011 的GPIO数量分别是32 和64)以及封装方法不同(AX22001和AX22011的封装方法分别是128引脚LQFP封装和180 引脚LFBGA 封装),本文以AX22011为例来阐明其根本特性。

AX22011归于内置802.11无线网MAC/基带的单芯片TCP/IP微处理器,可供给高功用双CPU内核及用于代码存储的1MB同享闪存,一起内嵌用于主处理器(MCPU)的64KB数据存储器及用于Wi-Fi处理器(WCPU)的32KB数据存储器,而内置的TCP/IP 加快器兼容802.11a/b/g 的无线网MAC/基带,快速以太网MAC及丰厚的通讯外设,可用于各类需求接入有线/无线以太网、局域网/互联网的设备。

AX22011选用双CPU架构,并选用MCPU运转使用程序及TCP/IP协议,WCPU则用于处理WLAN协议及以太网至WLAN 封包格局的转化。内建的WLAN MAC及基带处理器兼容IEEE 802.11a/b/g标准,可支撑802.11安全特性及802.11eQoS功用,一起支撑根据AP的网络(Infrastructure)或对等网络(Ad-Hoc/IBSS)。

AX22011既可作为中心芯片建立使用体系,也能经过芯片上运转的TCP/IP协议以及各种并行/串行接口(如Local Bus、高速UART及高速SPI),作为网络协处理器来调配其他嵌入式CPU,以减轻其处理TCP/IP及WLAN协议的负荷。

1.2 AX22001/11的独立特性

(1)双CPU架构。

AX22001/11的双CPU架构可分别用于使用程序及WLAN协议处理。

CPU选用8位流水线和精简指令集RISC,单指令周期,最高80MHz主频,指令集100%兼容标准8051/80390;芯片内置电源办理单元和可编程看门狗守时器以及3个16位守时/计数器,毫秒守时器及实时时钟(RTC)操控器,可支撑经过在线仿真接口(ICE)进行CPU调试。

(2)主处理器。

主处理器(MCPU)用于使用程序及TCP/IP处理。AX22001/11供给有DMA 引擎(7DMA 通道)及专门的内存架构,以用于网络及外设的快速数据传输一起支撑TCP/IP硬件加快,以用于提高网络传输带宽,并可经过硬件完成IP/TCP/UDP/ICMP/IGMP校验和核算以及ARP协议处理。

经过软件供给的TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,DHCP,BOOTP,ARP,DNS,SMTP,SNTP,uPnP,PPPoE和HTTP等协议可支撑经过Wi-Fi或以太网、BOOTP和TFTP协议等进行网络发动;一起支撑2个外部中止源,并支撑2个优先级。

(3)程序和数据存储器。

AX22001/11内置16KB SRAM 用于程序镜像,还有1MB的闪存用于MCPU和WCPU同享程序代码空间;芯片支撑在体系编程(ISP),可透过UART或在线调试器(ICE)来进行闪存的烧写;一起支撑经过Wi-Fi、以太网或串口烧写使用程序及更新发动代码,即使用中可编程(IAP)。

发动时,可选择仿制MCPU 使用程序代码到外部SRAM 中运转,以提高体系功用。

此外,AX22001/11还内置用于MCPU的64KB数据存储器可经过外部内存接口扩展到最大2MB,一起内置用于WCPU的32KB数据存储器。

(4)Wi-Fi处理器和基带操控器。

AX22001/11 中的Wi-Fi 处理器和其兼容802.11a/b/g的无线网MAC/基带操控器可支撑Infrastructure根底架构形式或Ad-Hoc对等网络形式(IBSS);一起支撑DSSS及CCK:1、2、5.5和11Mb/s;也支撑OFDM:6、9、12、18、24、36、48和54Mb/s;支撑802.11i安全特性如下:64/128 WEP,TKIP,AES;此外,还支撑802.11eQoS及1TX行列,但可选AC为用户的使用数据;芯片集成有RXIQ ADC,TXIQ DAC 及TSSIADC,可用于衔接RF收发器;一起支撑MCPU数据存储器与WCPU 数据存储器之间以及WCPU 数据存储器与WLAN MAC之间经过DMA进行以太网与Wi-Fi封包格局的转化;也支撑系列Wi-Fi办理帧及硬件加快,如:MIC、SHA-1/MD-5改换、AES key打开、伪随机数发生(PRNG)及32位算法的硬件完成等;此外,还支撑3种Wi-Fi节电形式,并可经过接纳Beacon帧主动唤醒;此外,AX22001/11还供给有1个用于WCPU调试的串口,1个外部中止引脚和一个I2C总线接口。

(5)10/100M 快速以太网MAC

AX22001/11兼容IEEE 802.3 10Base-T/100Base-TX快速以太网标准,内置用于封包缓存的专用12KBSRAM;可支撑全双工流控及半双工背压流控(backpressure);并供给有MII,RMII,Rev-MII和Rev-RMII接口;别的,它也支撑以太网长途唤醒。

(6)外设通讯接口。

AX22001/11芯片有4个串口,其间2个支撑DMA.调制解调器操控引脚可援助长途唤醒及最高921.6Kb/s波特率;该芯片支撑DMA的快速SPI接口(包含3个主形式接口或1个从形式接口)和一个支撑DMA 的I2S或PCM 接口,也支撑DMA 的局域总线接口(主/从形式)和一个I2C接口(主/从形式);芯片具有5通道可编程计数器组和一个1-Wire总线接口,可供给4组GPIO,每组8位;一起集成有32.768kHz振荡电路(具有独立的电源供给引脚),可用于实时时钟和Wi-Fi节电形式的主动唤醒守时器;此外,芯片内部集成有80MHz锁相环,可外接40MHz晶振;一起集成了上电复位电路;AX22001/11芯片选用128引脚LQFP封装,且契合RoHS标准;工作温度规模为:0℃~+70℃。

1.3 AX22001/11的组成结构

图1所示为AX22001/11的内部结构组成框图。
该芯片由主处理器(MCPU)、Wi-Fi协处理器(WCPU)、64KB数据RAM、16 KB 程序RAM、1MB共用内存、时钟及守时器、TCP/IP加快引擎、DMA 引擎、以太网MAC、802.11a/b/g 的无线网MAC/基带及ADC/DAC、SPI串行总线、串口、I2C总线和局域总线等组成。

图1 AX22001/11的结构框图

2 根据AX22001/11的使用体系规划

图2所示为选用AX22001/11及多种传感器规划的无线环境监测/网络传感器及遥控体系的结构框图,图中,AX22001/11经过I2C总线与温度传感器相连,湿度传感器、雨量丈量传感器、大气压力传感器、风向传感器、太阳辐射传感器及热电偶传感器则经过单总线与AX22001/11相连,AX22001/11再经过通用输入输出GPIO与LED及继电器相连,从而在LED上显现传感器测得的数据,一起也能够经过Wi-Fi网络操控继电器对电路参数进行调整。

图2 根据Wi-Fi的无线环境监测/网络传感器及遥控体系

图3是选用AX22001/11规划的串行接口与Wi-Fi转化电路的体系框图,该电路可支撑多种串行通讯形式,包含点对点的RS 232及点对多点的RS485和RS 422总线。

图3 串行接口与Wi-Fi转化电路

图4是选用AX22001/11规划的ZigBee/蓝牙与Wi-Fi转化电路。ZigBee/蓝牙体系可经过高速同步串行口SPI或通用异步串行口UART 与AX22001/11相连。

图4 ZigBee/蓝牙与Wi-Fi转化电路

图5是经过Wi-Fi传输音频信号的电路框图,音频信号与AX22001/11相连可选用高速同步串行口SPI或I2C方法。

图5 根据Wi-Fi的音频信号传输框图

3 结 语

跟着Wi-Fi根底设施日益遍及,支撑多种扩展接口的AX22001/11Wi-Fi单芯片即可供给具有本钱优势的嵌入式网络解决方案,以用于需求简略、易用、低本钱接入有线/无线局域网或互联网的各类嵌入式使用,如消费电子、网络智能型家电、Wi-Fi无线音箱、工业设备、保安体系、长途数据收集、长途操控、长途监测及长途办理等。

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