無操作系統(tǒng)下的WiFi原理及應(yīng)用

目前，在無線監(jiān)控、工業(yè)控制、視頻傳輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用中，嵌入式無線系統(tǒng)主要采用以NORDIC解決方案為代表的無操作系統(tǒng)環(huán)境，該方案由“CPU+無線數(shù)傳模塊”構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)短距離低帶寬無線通信。但由于窄帶無線通信的技術(shù)所限，只能實(shí)現(xiàn)2Mbps的最大傳輸速率，對(duì)應(yīng)在實(shí)際視頻傳輸中，只能滿足10米內(nèi)320*240下小于15幀/秒的應(yīng)用。隨著市場(chǎng)對(duì)更大屏幕、更快的傳輸速率、更流暢的視頻效果的需求，這一解決方案將遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求。系統(tǒng)升級(jí)需要WLAN這樣的寬帶無線傳輸設(shè)備，傳統(tǒng)的升級(jí)做法為在原有系統(tǒng)架構(gòu)下，增加Flash、SDRam，并運(yùn)行一套嵌入式操作系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)WLAN模塊，不但大大增加了系統(tǒng)成本，而且產(chǎn)品開發(fā)難度增大，周期延長(zhǎng)，不利于新產(chǎn)品的推出。

WLAN作為無線局域網(wǎng)通信中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，早已從PC/筆記本市場(chǎng)，逐漸延伸到了音視頻、手持終端、無線城市覆蓋、工業(yè)應(yīng)用等人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，將人們的生活帶入了便利的智能化無線時(shí)代。

北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司推出的Nos-WiFi產(chǎn)品(如圖1所示)改變了這一現(xiàn)狀。華大電子多年來致力于WiFi核心芯片及模塊產(chǎn)品的研究和開發(fā)，至今已經(jīng)成功量產(chǎn)了天聯(lián)系列（Airquick）3款同時(shí)支持國(guó)內(nèi)（WAPI）/國(guó)際（11i）安全標(biāo)準(zhǔn)的芯片，并以此為基礎(chǔ)，推出了近十款WLAN模塊產(chǎn)品，產(chǎn)品應(yīng)用覆蓋了筆記本、USB外置無線網(wǎng)卡、家庭音視頻、安防監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)商熱點(diǎn)產(chǎn)品、家庭網(wǎng)關(guān)、工業(yè)應(yīng)用、智能交通等各個(gè)領(lǐng)域。

Nos-WiFi系列模塊產(chǎn)品是為了滿足工業(yè)應(yīng)用、安防監(jiān)控等領(lǐng)域中，現(xiàn)有產(chǎn)品的無線功能升級(jí)的需要而研發(fā)的，其最大的特點(diǎn)在于：它提供了一個(gè)不基于任何操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軟件，可以集成到任何的系統(tǒng)平臺(tái)中運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，使得沒有操作系統(tǒng)也能使用WiFi進(jìn)行視頻傳輸成為可能。其驅(qū)動(dòng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示:

本產(chǎn)品集成到主機(jī)系統(tǒng)中的位置如圖3所示：

Nos-WiFi的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

對(duì)于市面上的大多數(shù)基于802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的USB無線模塊來說，它們絕大多數(shù)都應(yīng)用在PC平臺(tái)上，因此，這些usb無線模塊的廠商通常只能提供基于windows或linux環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序，相應(yīng)的在嵌入式應(yīng)用中，只有使用了諸如WinCE、嵌入式linux操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)才能應(yīng)用這些產(chǎn)品。而對(duì)于那些自身硬件資源有限，處理能力較低的嵌入式設(shè)備來說，WinCE和嵌入式linux無疑是一個(gè)龐然大物，只使用一些簡(jiǎn)單的支持調(diào)度功能的操作系統(tǒng)甚至是不使用任何的操作系統(tǒng)是它們唯一的選擇。而在這些系統(tǒng)上卻沒有可供使用的USB無線模塊。即使這些廠商迫于壓力升級(jí)了系統(tǒng)的硬件以滿足使用USB無線模塊的需求，但是由此而增加的成本也大大降低了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。例如，在一個(gè)典型的支持WiFi功能的基于Linux操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備中，為了支撐操作系統(tǒng)，硬件架構(gòu)需求為“CPU+32MB SDRAM +32MB FLASH”，而在一個(gè)不運(yùn)行操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備里面，硬件架構(gòu)可變成“CPU+8MB SDRAM +1MB Serial flash”，由此帶來的成本差異約為4美元，考慮到主CPU價(jià)格的區(qū)別，有無操作系統(tǒng)環(huán)境下設(shè)備整體成本相差約6美元。

目前無操作系統(tǒng)環(huán)境無線數(shù)據(jù)透?jìng)鳂I(yè)務(wù)領(lǐng)域，主要使用Zigbee或者Nordic等公司的2.4Ghz私有協(xié)議無線數(shù)傳模塊（非標(biāo)準(zhǔn)WiFi產(chǎn)品），但這些產(chǎn)品僅在很短距離（約10m）以內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)2Mbps左右的數(shù)據(jù)吞吐率，無法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量室內(nèi)中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。而采用Nos-Wifi產(chǎn)品的無線傳輸方案，基于802.11g標(biāo)準(zhǔn)的WiFi傳輸技術(shù)物理層最高傳輸速率可達(dá)54Mbps，即使在室外覆蓋范圍100米的情況下仍能實(shí)現(xiàn)5.5Mbps的物理層傳輸速率，使得遠(yuǎn)距離、高吞吐的數(shù)據(jù)傳輸成為可能。

Nos-Wifi產(chǎn)品的典型應(yīng)用

流媒體電視

在現(xiàn)代生活向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化推進(jìn)的大環(huán)境下，家電產(chǎn)品的３ｃ融合已經(jīng)成為一種不可避免的產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)，而電視作為現(xiàn)代家庭顯示中心的地位不可動(dòng)搖。因此，流媒體電視機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。流媒體電視不僅可以收看更清晰的電視節(jié)目，還可以播放數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)硬盤等數(shù)碼設(shè)備里的圖片、音樂、電影，讓全家人共同欣賞。

而流媒體電視與WiFi技術(shù)的結(jié)合，使得人們可以通過無線網(wǎng)絡(luò)直接與家庭電腦連接，從而直接播放存儲(chǔ)在電腦上的流媒體文件，甚至更進(jìn)一步，使用無線網(wǎng)絡(luò)通過家庭無線路由器接入Internet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)在線播放功能。Nos-Wifi產(chǎn)品使得在流媒體電視中加入WiFi功能變得更加容易。

無線安防、視頻監(jiān)控

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線通訊應(yīng)用，比如baby Monitor等監(jiān)控產(chǎn)品，Nos WiFi更能凸現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。

Baby Monitor，即嬰兒監(jiān)護(hù)器，是小型無線電傳送裝置，包括發(fā)射器和接收器兩部分。發(fā)射器放置在嬰兒身邊，設(shè)置有麥克風(fēng)和攝像頭，對(duì)于嬰兒發(fā)出的每一個(gè)細(xì)微聲響、動(dòng)作，都可以準(zhǔn)確無誤地收錄，并通過發(fā)射器上的天線發(fā)出清晰的信號(hào)。接收器是一個(gè)便攜式掌上顯示器，用來接收這些信號(hào)，由父母隨身攜帶。通過這種裝置，父母就可以在別的房間甚至室外院落中處理其他事務(wù)，同時(shí)，對(duì)孩子的情況也了如指掌。

工業(yè)控制、智能交通

現(xiàn)代的工業(yè)控制對(duì)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)能力要求越來越高，工業(yè)控制的復(fù)雜度越來越高。因此，對(duì)于工業(yè)控制中的CPU的資源限制也越來越大。本模塊產(chǎn)品可以在不改變系統(tǒng)大的架構(gòu)下，輕松升級(jí)現(xiàn)有的系統(tǒng)。將現(xiàn)有的系統(tǒng)升級(jí)到無線的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。

同樣，現(xiàn)代的職能交通領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)能力以及系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)的靈活性要求越來越高。Nos-wifi可以輕松的在對(duì)原有的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。使的交通設(shè)施可以容易的進(jìn)行TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)。