一種基ARM7的無線局域網MAC片上系統(tǒng)架構

作者：時間：2012-10-29 來源：網絡

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1 無線局域網MAC層協(xié)議

在IEEE推出802.11-1999和802.11b以來，無線局域網在技術上已日漸成熟。在國家863計劃 SoC設計方法及其關鍵支撐技術專項資金的資助下，我們初步完成無線局域網MAC層控制器知識產權核（IP core）的設計和驗證。設計了用ARM7TDMI實現(xiàn)的MAC層控制器的體系結構，同時片上總線使用先進微控制器總線架構（AMBA）。該實現(xiàn)結構清晰，利于設計重用且設計復雜度不大，是一種值得推薦的體系結構。

無線局域網協(xié)議描述數(shù)據(jù)鏈路層MAC子層及其以下各層的規(guī)范。MAC層控制器實現(xiàn)的規(guī)范為IEEE 802.11-1999有關的無線局域網MAC層部分。MAC層的控制分點控制和分布控制兩種，其中分布控制是CSMA/CA。802.11同時定義了可選的有線網等效加密（WEP）機制。

2 ARM核和AMBA

MAC層控制器是802.11 協(xié)議MAC部分的物理實現(xiàn)。由于協(xié)議比較復雜，一般在設計中嵌入32 位處理器，而ARM 7核就是一種選擇。

ARM7TDMI為馮諾依曼體系結構，支持ARM 的Thumb兩個指令集，ARM對16位的Thumb指令集的支持，使其實現(xiàn)了比16位體系結構更高的性能和比32位體系結構更高的代碼密度。

先進微控制器總線架構AMBA是ARM公司為高性能片上微控制器定義的一套總線標準，是一種中央多路選擇器互連方案，它讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)的總線分開，完成片上數(shù)據(jù)傳送。AMBA包括先進高性能總線（AHB）、先進系統(tǒng)總線(ASB)和先進外設總線(APB)。AHB和ASB都是高性能總線，采用高性能、高帶寬系統(tǒng)設計，它支持多個主 (Master)設備和多個從(Slave)設備，ARM公司推薦使用AHB。APB實際上是二級總線，為AHB/ASB 提供一個低功耗和接口簡單的擴展。它從整體上說是一個從設備。APB通過橋與AHB/ASB連接。

另外AMBA結構用仲裁器支持主設備總線仲裁，需要譯碼器啞從設備響應處理器。

3 基于AMBA的MAC層控制器方案

基于AMBA的MAC控制器方案如圖1。整個系統(tǒng)圍繞AMBA總線構成，完成所需控制信號和數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)中共有4個主設備：ARM7核、PCMCIA接口、物理層數(shù)據(jù)接口和有線網等效加密引擎。各個模塊的功能：

ARM7TDMI核：它完成系統(tǒng)的核心控制功能，完成802.11MAC協(xié)議，整個系統(tǒng)在它的控制之下工作。

物理層數(shù)據(jù)接口（PLDI）：完成與基帶處理器數(shù)據(jù)端口的通信。在接收時，緩存來自基帶處理器的數(shù)據(jù)，通知ARM核收到數(shù)據(jù)需要進一步處理。ARM核首先讀取包頭，如果數(shù)據(jù)需要緩存，則ARM核控制該接口的DMA控制器將數(shù)據(jù)凈核存儲到SRAM中。在發(fā)送端，它緩存來自MAC的數(shù)據(jù)，然后送給基帶處理器。

物理層控制接口（PLCI）：它通過讀寫基帶處理器的寄存器完成基帶處理器的初始化和控制功能。

有線網等效加密引擎（WEP）：完成無線局域網的加密算法和進行循環(huán)冗余校驗，其內有 DMA控制器。

PCMCIA接口(PCMCIA)：完成MAC處理器與主計算機的通信功能，也可以是USB或者PCI 接口等。

中斷控制器（ICTRL）：中斷控制模塊仲裁當前哪個模塊應該產生中斷，ARM通過讀取它的寄存器得知中斷的原因。

存儲器管理單元（MMU）：ARM7TDMI-S內部沒有存儲器管理單元，需要單獨設計。存儲器管理單元完成邏輯地址向物理地址的轉換和其他存儲器控制功能。

串口（UART）和定時器（timers）：通過UART可以與主計算機通信，完成基本的MAC 控制功能和狀態(tài)監(jiān)視，另外實現(xiàn)MAC協(xié)議需要專門的定時器。

Arbiter、Decoder、Dummy Slave、Bridge為實現(xiàn)AMBA所需的功能模塊。

SRAM的大小為256K×16，F(xiàn)lash的大小為128×16。