原标题：基于嵌入式Wi-Fi处理器的无线系统设计方案

　　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AX22011为例来说明其基本特性。

　　AX22011属于内置802.11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.lla/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WLANMAC及基带处理器兼容IEEE802.lla/b/g规范,可支持802.11安全特性及802.lieQoS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LocalBus、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釆用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16KBSRAM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)o

　　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/ll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/U中的Wi-Fi处理器和其兼容802.Ua/b/g的无线网MAC/基带控制器可支持Infra-structure基础架构模式或Ad-Hoc对等网络模式(IB-SS);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.Hi安全特性如下:64/128WEP,TKIP,AES;此外,还支持802.lieQoS及1TX队列,但可选AC为用户的应用数据;

　　芯片集成有RXIQADC,TXIQDAC及TSSIADC,可用于连接RF收发器洞时支持MCPU数据存储器与WCPU数据存储器之間以及WCPU数据存储器与WLANMAC之间通过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、AESkey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/ll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FC总线接口。

　　(5) 10/100M快速以太网MAC

　　AX22001/11兼容IEEE802.310Bas^T/100Bas^TX快速以太网规范，内置用于封包缓存的专用12KBSRAM;可支持全双工流控及半双工背压流控(back-pressure);并提供有MILRMILRev-MII和Rev-RMII接口;另外,它也支持以太网远程唤醒。

　　(6) 外设通信接口

　　AX22001/11芯片有4个串口，其中2个支持DMA。调制解调器控制引脚可支援远程唤醒及最高921.6Kb/s波特率;

　　该芯片支持DMA的快速SPI接口(包括3个主模式接口或1个从模式接口)和一个支持DMA的P'S或PCM接口，也支持DMA的局域总线接口(主/从模式)和一个PC接口(主/从模式);

　　芯片具有5通道可编程计数器组和一个1-Wire总线接口，可提供4组GPIO,每组8位;同时集成有32.768kHz振荡电路(具有独立的电源供应引脚)，可用于实时时钟和Wi-Fi节电模式的自动唤醒定时器;此外，芯片内部集成有80MHz锁相环，可外接40MHz晶振;同时集成了上电复位电路;

　　AX22001/11芯片采用128引脚LQFP封装，且符合RoHS规范;工作温度范围为：0°C〜十70°C。

　　1.3 AX22001/11的组成结构

　　图1所示为AX22001/11的内部结构组成框图。该芯片由主处理器(MCPU)、Wi-Fi协处理器(WCPU)、64KB数据RAM、16KB程序RAM、1MB共用内存、时钟及定时器、TCP/IP加速引擎、DMA引擎、以太网MAC,802.lla/b/g的无线网MAC/基带及ADC/DAC,SPI串行总线、串口、I’C总线和局域总线等组成。

　　2 基于AX22001/11的应用系统设计

　　图2所示为采用AX22001/11及多种传感器设计的无线环境监测/网络传感器及遥控系统的结构框图，图中,AX22001/ll通过FC总线与温度传感器相连，湿度传感器、雨量测量传感器、大气压力传感器、风向传感器、太阳辐射传感器及热电偶传感器则通过单总线与AX22001/11相连,AX22001/ll再通过通用输入输出GPIO与LED及继电器相连，从而在LED上显示传感器测得的数据，同时也可以通过Wi-Fi网络控制继电器对电路参数进行调整。

　　图3是采用AX22001/11设计的串行接口与Wi-Fi转换电路的系统框图，该电路可支持多种串行通信模式，包括点对点的RS232及点对多点的RS485和RS422总线。

　　图4是采用AX22001/11设计的ZigBee/蓝牙与Wi-Fi转换电路。ZigBee/蓝牙系统可通过高速同步串行口SPI或通用异步串行口UART与AX22001/11相连。

　　图5是通过Wi-Fi传输音频信号的电路框图，音频信号与AX22001/11相连可采用高速同步串行口SPI或I2C方式。

　　3 结语

　　随着Wi-Fi基础设施日益普及，支持多种扩展接口的AX22001/11Wi-Fi单芯片即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，如消费电子、网络智能型家电.Wi-Fi无线音箱、工业设备、保安系统、远程数据采集、远程控制、远程监测及远程管理等。