一.ARM单片机的无线化和网络化大趋势
芯片巨人英特尔作为了幕后的推动者,正在大力推动采用成熟的802.11和WiFi方案以期取代蓝牙成为无线个人局域网(PAN)行业标准,同时也希望替代Zigbee在无线传感器网络(WSN)领域和无线定位等领域的主流地位;
借助低功耗WiFi解决方案,美国硅谷的GainSpan公司最近推出了在这场阵地战中可能取得胜利的重量级武器—全新概念的新一代WiFi无线单片机GS1010系列产品;
这个以两个经典ARM7微控制器器为内核的32位无线单片机,也称“ARM射频SoC (ARM无线片上系统)”,以其优异的无线性能,标准性, 超低功耗,超低成本,在无线单片机技术领域,开创了ARM单片机无线化和无线网络化的全新时代,采用这些新型无线单片机,进行无线通讯,RFID,无线数传产品等产品设计,是开发低成本、低功耗单片机应用产品的非常理想方案。
图一 GS1010 WI-FI 无线单片机框图
以GS1010的主要特点是:
1.专门的设计,将全部的WiFi /IEEE 802.11b/g 需要的高频部分电路全部集成到了电路内部,从GS1010高频输出到天线之间,只有1个0805的零件(滤波/平衡器),系统设计者完全不必需要任何高频方面的经验。
2.采用特殊设计,使ARM7微控制器和高频线路间,实现完美的配合,数字电路对高频通讯的影响减低到最小。
3.将两个ARM7 32位微处理器,384K闪存,224k SRAM多种外围电路,A/D,RTC和802.11无线芯片等全部设计成一只非常小的QFN封装微型单芯片中(102脚 10X10平方毫米大小),真正实现了Wi-Fi系统的单片机化,无线化,微型化,使设计者可以采用GS1010单片机来设计微型遥控器,信用卡一样薄的微型RFID电子标签,能置入人体的微型传感器等等电池供电产品和多种应用产品。
4.无线通讯中的需要的大量软件处理,包括纠错,防止空气中包装碰撞,IEEE 802.11标准通讯协议处理,SNMP、UDP/TCP等标准的网络协议,低功耗管理等等,都可以象“搭积木”一样,轻易放入GS1010无线单片机内部FLASH存储器中间去,由于GS1010这样的32位ARM处理器具有较大的存储空间,将完整的802.11无线网络协议栈和互联网标准协议栈放入进去后,还将有足够空间存储各种用户的应用代码。
5.功耗非常低,GS1010能够确保在一节AA电池供电下长达5~10年的使用时间(具体时间取决于不同应用中的唤醒间隔)。
6.价格非常低:GS1010大量购买的分别是6美元到10美元;从目前情况看,由于高频部分的硅成本非常低,加上非常大的生产数量,所以802.11RF+MCU的总体价格,可能会低于普通常见ARM单片机的价格。
从GS1010以上的这些特点我们看到了32位单片机无线化,无线网络化的大趋势,对于准备学习使用无线技术的广大单片机工程师和电子工程师而言,这是一个大好的消息,因为,从有线到无线的技术过渡中,将不再需要重新学习和熟悉ARM单片机的结构/指令系统/编译开发工具和实时操作系统;而直接快速进入嵌入式802.11和WI-FI无线产品开发的实践中去。
二、 ARM单片机,装上802.11标准和WiFi智慧
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, 无所不在的WiFi无线网络已经在全球范围内正在日益广泛应用于酒店、家庭、写字楼、医院以及各种商业设施。来自IDC的数字显示,2006年有超过一半的美国公司建立了WiFi网络,而ABI Research更预计到2010年有超过4成的美国家庭也将会安装WiFi网络。在中国,北京、上海等都提出了无线城市的计划,此外WiFi手机市场也在如火如荼发展当中。
短距离无线通讯和嵌入式无线通讯的发展,需要将更多的节点通过无线联系起来,包括各种传感器网络,无线实时定位网络,射频识别网络,数字家庭网络,安全监视网络等等,这里最关键的是标准化和网络的普遍性问题。
网络标准化,通俗而言就是网络节点的互通性,各种不同功能的无线网络节点需要能相互交流,相互认识,举例而言,为来家庭中,各种家电设备和数字家庭传感器,控制器等都将装有无线功能,汇集成一个互通的无线网络;
和目前国内已经比较普及的802.15.4标准和zigbee网络比较,WiFi /IEEE 802.11b/g是更成熟的技术,在设备互操作上所具备明显优势;
这种基于IP的联网技术能够非常方便的实现和已经安装在企业和家庭中的网络进行无缝连接,而且还应具有更好的安全性,ZigBee目前还无法全面满足这些要求,特别是在WiFi /IEEE 802.11b/g已经非常普及的欧美地区。
对于应用广泛的无线传感器网络中如果使用GS1010有如下优点:
1.WiFi能够采用WPA和WPA2的专业验证能力来提高WSN网络的数据安全性;
2.通过添加一种新的定位方法,可基于WiFi实现仓库和医院中货品和人员的准确定位;
3.通过有效的激活/待命状态转换模式以及系统电源管理,能够实现低功耗WiFi无线传感器方案;
4.能够采用SNMP协议来管理WSN网络中的节点;
5.IEEE已经在802.11e中增加了包括数据优先级、语音和视频传输等QoS特性,这可以保证某些WSN应用中的服务质量。
当WiFi /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GS1010无线单片机,通过WI-FI无线网络,以很低的功耗,和供电公司等能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……