1、基于WIFISoc的无线通信模块系统程序设计毕业设计说明书论文南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)专 业： 通信工程 题 目： 基于WIFI Soc的无线通信模块 系统程序设计 System Programming for WIFI Soc Wireless CommunicationModelA Dissertation Submitted toNanjing Institute of TechnologyFor the Academic Degree of Bachelor of ScienceByDongliang Ni Supervised byEngineer Junshen
2、g YueCollege of Communication EngineeringNanjing Institute of Technology 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解
3、大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
4、作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用
5、所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及
6、格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的
7、内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是
8、否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要在无线网络的高速发展中，802.11标准已经成为了全球无线网络发展的主流方向之一，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
9、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IEEE 802.11协议规范和嵌入式arm uCOS-II系统深入分析和理解，将两者结合，设计基于WIFI soc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 TinyM0Cortex-M0的复位、初始化、发送和接收的子程序，以及802.11协议栈的部分实现，并给出了验证结果。关键词：物联网；WIFI Soc RS232M01；802.11协议；ARM TinyM0Cortex-M0AbstractRap
10、id development in wireless networks, the 802.11 standard has become the mainstream of global wireless networks one direction, at the same time, in the current digital information technology and network technology, the rapid development of post-PC era, embedded systems have been deep into the life an
11、d work all aspects of embedded applications to narrow the distance between people and computers to form a man-machine harmonious working and living environment, and will play a greater role. The Internet of Things is now widely used, edit many areas, this design can be seen as a small branch network
12、 objects.This is the combination of WIFI networks and embedded ARM systems and characteristics of something, through the IEEE 802.11 protocol standard WIFI network and embedded arm uCOS-II system, in-depth analysis and understanding, the two combine, design is based on wireless communication module
13、WIFI soc system.In this paper, the system schematic and program code, implementation of the system has been discussed, details of the HLK-WIFI-RS232M01 wireless module WIFI access and TinyM0-Cortex-M0 reset, initialize, send and receive subroutine, and some 802.11 protocol stack implementation, and
14、gives the validation results.Key word：Internet of things ;WIFI Soc RS232M01;ARM TinyM0Cortex-M0; 802.11 Protocols第一章 绪论1.1 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“Internet of things”（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
15、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
16、”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 802.11b/g 的无线网络信号，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
17、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，通过仓库内已经布设的802.11无线网络，每件货物都可以精确的定位，
18、也可以容易获得货物的详细信息 听起来好像不可能，但这正是已经广泛普及的802.11标准自组织无线网络和Wi-Fi无线单片机带给你的，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 802.11标准和WI-FI技术和ARM 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。1.2 现状和发展方向20
19、09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。唐芯一号芯片是一颗2.4G超低功耗射频可编程片上系统PSoC，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（创新2.0）形态的形成。移动及无线技术、物联网的发展，使
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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(8021l、80211aj和8021In)，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
26、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8021la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
27、处于246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。1.3 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IEEE80211b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8021lb的无线网卡来
28、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2.1 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WIFI soc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WIFI SoC芯片为核心，设计支持802.1
29、1协议的无线通信模块。并且要求是基于arm结构的WIFI soc芯片，利用keil aem开发平台来完成。如下图所示系统结构简图。图2.1 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。GainSpan GS1010 SOC 是一个高度集成、超低功耗无线片上系统（SOC），它包含一个802.11 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，所有这些资源都集中在一个0mmx10mmx0.85mm 体积，
30、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， 采用一个内置802.11协议栈的WIFI模块，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。2.1 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-WIFI M0是深圳市海凌科电子有限公司开发的一款串口WIFI模块，
