张柏文
国网山西省电力公司检修分公司，山西 太原 030032
摘要：近年来，无线技术得到飞速发展，无线网络被快速应用到各行各业，给人们的生产和生活带来极大便利。当前国外已广泛应用嵌入式 WiFi，网络也比较成熟。但是，国内因为政策等因素的限制，网络基础的建设方面仍然不够完善。不过随着无线通信需求的不断增加，嵌入式 WiFi 通信必定会得到人们的高度重视，从而成为经济的重要增长点。
关键词：嵌入式 WiFi；软件设计；硬件设计? ?
无线网络以其独有的特点逐渐发展成为通信控制等环节的一个研究热点，其中嵌入式 WiFi 网络被看作是能够影响人类生活的技术革新之一。这一新兴技术有机融合多种现代化技术，为人们的生产和生活提供全新的信息获取以及处理途径。但是，嵌入式 WiFi 技术的发展同样面临一些技术问题，比如 WiFi 传感器网络层面的链路层协议还缺乏定论，相当一部分问题还处于研究阶段，WiFi 通信的安全性以及传感器能耗等同样属于限制嵌入式 WiFi 通信技术发展的重要瓶颈。这些问题也是当前无线传输通信的研究重点。
一、嵌入式 Wi-Fi 的研究意义
移动计算是近年来计算机行业增长最快的领域。现在人们可以通过 GSM,CDMA,IEEE802.11,Bluetooth 等不同的技术来实现不同应用领域的无线通信需求。在计算机网络方面，IEEE802.11 技术是最主流的技术，因此一般无线局域网都是指 IEEE802.11 网络，现在 Wi-Fi 相关的设备、软件、应用己经非常普及。使用便携式计算机或个人数字助理，PDA的用户可以随时随地进行移动办公，用户可以用便携式电子设备发送或接收 E-Mail，阅读远程文件，浏览网页等。Wi-Fi 从通用领域的广泛应用到在嵌入式系统领域深入发展。例如在数据采集领域，可以使用 Wi-Fi 把数据从采集终端使用无线网络传播的方式传送到上位机系统。嵌入式Wi-Fi 技术应用领域广泛，如 Wi-Fi 遥控器、航模、遥控汽车，物流运输等领域，由此看来，嵌入式 Wi-Fi 已经开始深入生活中的方方面面，极大地促进了科技的进步，也提示我们有必要进一步深入研究。
二、无线局域网特点
近些年来，无线通信技术领域发展相当快。其中，采用 lEEE802.11 系列标准的无线局域网技术己经在应用中占据主导地位。Wi-Fi 是 wirelessfidelity 的缩写，指任何一种 802.11 网络。Wi-Fi 除了在通用领域的广泛应用外，在嵌入式系统领域也越来越受到重视。
1、使用方便: 由于没有线缆的限制，用户可以在网络资源附近的便利场所访问这些资源，如家庭、办公室等场所。
2、移动性好: 随着越来越多的地方开通无线网，用户甚至可以在工作场所之外随意接入 Internet。如：咖啡厅等地方即可便利的通过无线网接入 Internet。
（3）部署灵活 : 与有线网络相比，无线网络不需要布线，因此不会受到周围环境的影响。
（4）扩展性好 : 在原有网络基础之上，通过添加 AP 即可扩展网络。而有线网络除了添加交换机等设备外，还要额外布线，不仅成本提高，而且灵活性差。
（5）安全 : 使用共享密钥加密机制 WEP( 有线等效加密)，WPA,WPA2CWi-Fi 网络安全存取等加密机制。无线局域网的网络类型有 : 点到点、桥接和分布式三种。
（6）桥接（Bridging），相当于一个中间过程，充当桥梁的作用，对网络数据进性相应包装并转发的过程，是用于其中的桥接作用。
三、工作模式
802.11 工作模式主要分为，即 Ad-hoc 模式以及Infrastructure 模式。其中 IEEE 标准通过独立的服务集（IBSS）来管理 Ad-hoc 模式客户端，使用服务集（BSS）来管理Infrastructure 模式客户端。Ad-hoc 模式当中，客户端无法直接同网络之外的客户端进行通信。Ad-hoc 模式最初的设计目的是确保在相同频谱覆盖下的客户之间可以相互通信。要是Ad-hoc 模式当中的客户要想同该网络之外的客户进行通信，那么网络当中需要有客户作为网关，负责实现路由功能。Infrastructure 工作模式当中，每个客户都发送通信报文到 AP。AP 负责转发全部客户的全部通信报文。这部分报文既能够传输到以太网，也能够传输到无线网络，这是整合无线网络架构以及以太网的应用模式。其中无线访问节点负责频段管理以及漫游等指挥工作，AP 能够连接不同的站点。WiFi 传输的技术优点主要体现在以下方面。第一是架设方便，省去现场布线安装工程。第二是覆盖范围广。第三是投资经济。有线网络一个非常突出的缺点就是不够灵活，有线接入网在规划过程当中需要充分考虑未来发展的因素，这样导致大规模超前投资易在现阶段出现线路利用率比较低的问题。而 WiFi规划能够随着用户数量的增加而进行逐步扩展，无需重新进行布线，有着比较强的经济性。第四是传输速度比较快，最高能够达到 54Mbit/s，满足通信数据传输方面的要求。
四、基于嵌入式 WiFi 技术的通信设计
嵌入式 WiFi 结构同标准的 PC/OS 平台有显著不同。需要在普通微处理器以及微控制器上实现数据采集以及无线通信，无论是硬件结构还是软件层次都需要进行一定的裁减。
1、嵌入式 WiFi 通信的硬件设计。为了便于设计无线传感器，同时可以满足之后更为复杂的通信应用需求，在嵌入式的微处理器选择方面可以考虑使用 PC8247 处理器，其 CPU 工作的主频率是 266 ～ 400MHz。除此之外，MPC8247 集成两个互相独立的处理块，其中一个处理模块是嵌入式 PC 核，另一个处理模块是 CPM，负责通讯处理。通讯处理模块负责联络 2 个快速通讯器、2 个串行通讯器、2个串行管理器、1 个串行接口电路以及 1 个 I2C 接口。因为CPM 负责嵌入式 WiFi 通信网络的外围工作任务，所以，这种双处理器架构的设计功耗要远远低于常规处理器架构的设计功耗。选择使用高功率的无线 PCI 网卡，其无线网卡工作频率可以选择 2.4GHz 或者是 5.8GHz，并且支持 PCI 插槽接口。当前主要使用 2.4GHz 频段当作无线路由器不同节点之间的无线链路，而将 5.8GHz 作为预留的扩展。
2、嵌入式 WiFi 通信的软件设计。Mpc8247CPU 有着比较优异的时钟总线，可以在满足存储器容量的同时，更好地负责 Linux 系统的运行，这样既能够使用无线网卡企业提供的驱动来应用 WiFi 网卡，也能够为其他应用软件提供理想性能平台，从而给嵌入式 WiFi 通信系统的开发带来很大便利。主要的系统软件包括通信数据采集软件、实时监控软件以及无线路由软件等。数据采集以及无线路由程序使用Linux 下的 C 语言来进行，监控中心使用 Visual Basic 编写。通信数据采集软件方面，微处理器以及传感器通信使用串行二线接口，这一通信协议同 I2C 协议互补兼容。
嵌入式系统软件开发的一个重要特点是硬件相关性，其软件系统必须是高效的，需要针对有限的处理器和存储资源的使用进行优化。除此之外，嵌入式系统对时间限度上的要求比较高，要求能够及时反应时间，做出相关处理。不同的系统其简易程度不同，对于简单的，其要求较低，设计简单。而对于复杂的系统，为了更好地实现其功能，其架构要严谨，设计精密，还有其他更高的要求。
参考文献：
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