基于嵌入式Wi-Fi处理器的无线系统设计

给出了嵌入式Wi-Fi系统的设计方法,该方法采用的嵌入式Wi-Fi单芯片AX22001/11属于内置802.11无线网MAC/基带的单片式TCP/IP微处理器,同时包含兼容802.11a/b/g的无线网MAC/基带、快速以太网MAC及丰富的通信外设,可用于各类需要接入有线/无线以太网、局域网/互联网和物联网的电路设计,文章同时给出了几种基于AX22001/11的应用系统电路设计方案。

0 引 言

随着物联网技术的发展，众多的嵌入式系统均有增加Wi-Fi特性的需求，比如利用智能手机内建的Wi-Fi来遥控各种嵌入式设备，使支持机器对机器的通信（M2M）具有物联网通讯功能的嵌入式网络解决方案，而这些都将成为未来的主流需求。而在进行产品设计时，考虑到成本等因素，可以选用ASIX电子的单芯片TCP/IP处理器AX22001/11来进行Wi-Fi系统的设计。AX22001/11处理器可提供具有成本优势的嵌入式网络解决方案，以用于需要简单、易用、低成本接入有线/无线局域网或互联网的各类嵌入式应用领域。

1 单芯片TCP/IP微处理器AX22001/11

1.1 AX22001/11的基本性能

AX22001和AX22011的结构及特性基本相同，区别仅仅在于AX22001不具备外部存储器接口、二者的GPIO 数量不同（AX22001 和AX22011 的GPIO数量分别是32 和64）以及封装形式不同（AX22001和AX22011的封装形式分别是128引脚LQFP封装和180 引脚LFBGA 封装），本文以AX22工字电感器011为例来说明其基本特性。

AX22011属于内置802.11共模电感器无线网MAC/基带的单芯片TCP/IP微处理器，可提供高性能双CPU内核及用于代码存储的1MB共享闪存，同时内嵌用于主处理器（MCPU）的64KB数据存储器及用于Wi-Fi处理器（WCPU）的32KB数据存储器，而内置的TCP/IP 加速器兼容802.11a/b/g 的无线网MAC/基带，快速以太网MAC及丰富的通信外设，可用于各类需要接入有线/无线以太网、局域网/互联网的设备。

AX22011采用双CPU架构，并采用MCPU运行应用程序及TCP/IP协议，WCPU则用于处理WLAN协议及以太网至WLAN 封包格式的转换。内建的WLAN MAC及基带处理器兼容IEEE 802.11a/b/g规范，可支持802.11安全特性及802.11eQoS功能，同时支持基于AP的网络（Infrastructure）或对等网络（Ad-Hoc/IBSS）。

AX22011既可作为核心芯片搭建应用系统，也能通过芯片上运行的TCP/IP协议以及各种并行/串行接口（如Local Bus、高速UART及高速SPI），作为网络协处理器来搭配其他嵌入式CPU,以减轻其处理TCP/IP及WLAN协议模压电感的负荷。

1.2 AX22001/11的独立特性

（1）双CPU架构。

AX22001/11的双CPU架构可分别用于应用程序及WLAN协议处理。

CPU采用8位流水线和精简指令集RISC,单指令周期，最高80MHz主频，指令集100%兼容标准8051/80390;芯片内置电源管理单元和可编程看门狗定时器以及3个16位定时/计数器，毫秒定时器及实时时钟（RTC）控制器，可支持通过在线仿真接口（ICE）进行CPU调试。

（2）主处理器。

主处理器（MCPU）用于应用程序及TCP/IP处理。AX22001/11提供有DMA 引擎（7DMA 通道）及专门的内存架构，以用于网络及外设的快速数据传输同时支持TCP/IP硬件加速，以用于提升网络传输带宽，并可通过硬件实现IP/TCP/UDP/ICMP/IGMP校验和计算以及ARP协议处理。

通过软件提供的TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,DHCP,BOOTP,ARP,DNS,SMTP,SNTP,uPnP,PPPoE和HTTP等协议可支持通过Wi-Fi或以太网、BOOTP和TFTP协议等进行网络启动；同时支持2个外部中断源，并支持2个优先级。

（3）程序和数据存储器。

AX22001/11内置16KB SRAM 用于程序镜像，另有1MB的闪存用于MCPU和WCPU共享程序代码空间；芯片支持在系统编程（ISP），可透过UART或在线调试器（ICE）来进行闪存的烧写；同时支持通过Wi-Fi、以太网或串口烧写应用程序及更新启动代码，即应用中可编程（IAP）。

启动时，可选择复制MCPU 应用程序代码到外部SRAM 中运行，以提升系统性能。

此外，AX22001/11还内置用于MCPU的64KB数据存储器可通过外部内存接口扩展到最大2MB,同时内置用于WCPU的32KB数据存储器。

（4）Wi-Fi处理器和基带控制器。

AX22001/11 中的Wi-Fi 处理器和其兼容802.11a/b/g的无线网MAC/基带控制器可支持Infrastructure基础架构模式或Ad-Hoc对等网络模式（IBSS）；同时支持DSSS及CCK:1、2、5.5和11Mb/s;也支持OFDM:6、9、12、18、24、36、48和54Mb/s;支持802.11i安全特性如下：64/128 WEP,TKIP,AES;此外，还支持802.11eQoS及1TX队列，但可选AC为用户的应用数据；芯片集成有RXIQ ADC,TXIQ DAC 及TSSIADC,可用于连接RF收发器；同时支持MCPU数据存储器与WCPU 数据存储器之间以及WCPU 数据存储器与WLAN MAC之绕行电感器间通过DMA进行以太网与Wi-Fi封包格式的转换；也支持系列Wi-Fi管理帧及硬件加速，如：MIC、SHA-1/MD-5变换、A可变电感器ES key展开、伪随机数产生（PRNG）及32位算法的硬件实现等；此外，还支持3种Wi-Fi节电模式，并可通过接收Beacon帧自动唤醒；此外，AX22001/11还提供有1个用于WCPU调试的串口，1个外部中断引脚和一个I2C总线接口。

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一直不明

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