無操作系統(tǒng)下的WiFi原理及應用

目前，在無線監(jiān)控、工業(yè)控制、視頻傳輸?shù)刃袠I(yè)應用中，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”構成，能夠實現(xiàn)短距離低帶寬無線通信。但由于窄帶無線通信的技術所限，只能實現(xiàn)2Mbps的最大傳輸速率，對應在實際視頻傳輸中，只能滿足10米內320*240下小于15幀/秒的應用。隨著市場對更大屏幕、更快的傳輸速率、更流暢的視頻效果的需求，這一解決方案將遠遠滿足不了人們的需求。系統(tǒng)升級需要WLAN這樣的寬帶無線傳輸設備，傳統(tǒng)的升級做法為在原有系統(tǒng)架構下，增加Flash、SDRam，并運行一套嵌入式操作系統(tǒng)來驅動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，不利于新產(chǎn)品的推出。

WLAN作為無線局域網(wǎng)通信中應用最為廣泛的技術，早已從PC/筆記本市場，逐漸延伸到了音視頻、手持終端、無線城市覆蓋、工業(yè)應用等人們日常生活的方方面面，將人們的生活帶入了便利的智能化無線時代。

北京中電華大電子設計有限責任公司推出的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款同時支持國內（WAPI）/國際（11i）安全標準的芯片，并以此為基礎，推出了近十款WLAN模塊產(chǎn)品，產(chǎn)品應用覆蓋了筆記本、USB外置無線網(wǎng)卡、家庭音視頻、安防監(jiān)控、運營商熱點產(chǎn)品、家庭網(wǎng)關、工業(yè)應用、智能交通等各個領域。

Nos-WiFi系列模塊產(chǎn)品是為了滿足工業(yè)應用、安防監(jiān)控等領域中，現(xiàn)有產(chǎn)品的無線功能升級的需要而研發(fā)的，其最大的特點在于：它提供了一個不基于任何操作系統(tǒng)的驅動軟件，可以集成到任何的系統(tǒng)平臺中運行，并實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，使得沒有操作系統(tǒng)也能使用WiFi進行視頻傳輸成為可能。其驅動軟件結構如圖2所示:

本產(chǎn)品集成到主機系統(tǒng)中的位置如圖3所示：

Nos-WiFi的特點和現(xiàn)狀

對于市面上的大多數(shù)基于802.11b/g/n標準的USB無線模塊來說，它們絕大多數(shù)都應用在PC平臺上，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)境下的驅動程序，相應的在嵌入式應用中，只有使用了諸如WinCE、嵌入式linux操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺才能應用這些產(chǎn)品。而對于那些自身硬件資源有限，處理能力較低的嵌入式設備來說，WinCE和嵌入式linux無疑是一個龐然大物，只使用一些簡單的支持調度功能的操作系統(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)品的競爭力。例如，在一個典型的支持WiFi功能的基于Linux操作系統(tǒng)的嵌入式設備中，為了支撐操作系統(tǒng)，硬件架構需求為“CPU+32MB SDRAM +32MB FLASH”，而在一個不運行操作系統(tǒng)的嵌入式設備里面，硬件架構可變成“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價格的區(qū)別，有無操作系統(tǒng)環(huán)境下設備整體成本相差約6美元。

目前無操作系統(tǒng)環(huán)境無線數(shù)據(jù)透傳業(yè)務領域，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（非標準WiFi產(chǎn)品），但這些產(chǎn)品僅在很短距離（約10m）以內能夠實現(xiàn)2Mbps左右的數(shù)據(jù)吞吐率，無法實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量室內中遠距離數(shù)據(jù)傳輸。而采用Nos-Wifi產(chǎn)品的無線傳輸方案，基于802.11g標準的WiFi傳輸技術物理層最高傳輸速率可達54Mbps，即使在室外覆蓋范圍100米的情況下仍能實現(xiàn)5.5Mbps的物理層傳輸速率，使得遠距離、高吞吐的數(shù)據(jù)傳輸成為可能。

Nos-Wifi產(chǎn)品的典型應用

流媒體電視

在現(xiàn)代生活向數(shù)字化、網(wǎng)絡化推進的大環(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，而電視作為現(xiàn)代家庭顯示中心的地位不可動搖。因此，流媒體電視機應運而生。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、移動硬盤等數(shù)碼設備里的圖片、音樂、電影，讓全家人共同欣賞。

而流媒體電視與WiFi技術的結合，使得人們可以通過無線網(wǎng)絡直接與家庭電腦連接，從而直接播放存儲在電腦上的流媒體文件，甚至更進一步，使用無線網(wǎng)絡通過家庭無線路由器接入Internet網(wǎng)絡，實現(xiàn)真正的網(wǎng)絡在線播放功能。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

在點對點的無線通訊應用，比如baby Monitor等監(jiān)控產(chǎn)品，Nos WiFi更能凸現(xiàn)優(yōu)勢。

Baby Monitor，即嬰兒監(jiān)護器，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，設置有麥克風和攝像頭，對于嬰兒發(fā)出的每一個細微聲響、動作，都可以準確無誤地收錄，并通過發(fā)射器上的天線發(fā)出清晰的信號。接收器是一個便攜式掌上顯示器，用來接收這些信號，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，同時，對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)控制對系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)能力要求越來越高，工業(yè)控制的復雜度越來越高。因此，對于工業(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)大的架構下，輕松升級現(xiàn)有的系統(tǒng)。將現(xiàn)有的系統(tǒng)升級到無線的TCP/IP網(wǎng)絡。

同樣，現(xiàn)代的職能交通領域對系統(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可以輕松的在對原有的系統(tǒng)進行升級改造。使的交通設施可以容易的進行TCP/IP網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)。