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基于ARM的IEEE802.11bMAC层协议IP核设计

2017-08-25 04:57 摘要：介绍了IEEE 802.11b MAC层协议IP核设计，提出了基于32位微处理器ARM7DMI的系统设计方案，阐述了系统硬件平台的设计、结构及主要模块单元的功能；给出了利用形式描述语言SDL进行MAC层协议设计开发的完整设计流程；阐述了软件的层次结构，并针对设计中遇到的代码生成器的选择、设计优化、与实时操作系统（RTOS）的集成和环境函数编写等问题进行了深入讨论。

目前各种协议的设计实现，大多数是基于微处理器、微控制器或DSP的嵌入式系统。ARM是ARM公司推出的高性能32位RISC微处理器，具有业界领先的体系结构，被广泛6应用于各种系统设计中。基于ARM的开发通常使用C、C 或汇编语言。笔者采用了更高级的形式语言SCL，大大缩短了协议的开发周期并提高了设计的可移植性。无线局域网是目前通信领域的一个研究热点，无线局域网的协议是非常典型的协议。本文将详细讨论使用SDL进行无线局域网802.11b MAC层协议的设计以及基于微处理器ARM7TDMI的系统实现方案。其设计方法具有普遍意义。

1 系统硬件平台设计及功能描述

整个系统硬件平台的设计主要分MAC层和物理层两部分。硬件平台的结构框图如图1所示。其中MAC层部分主要围绕32位微处理器ARM7TDMI和AMBA总线设计，其主要的单元模块和功能如下：

·PCMCIA接口，此接口为硬件平台和主机的通信接口。其设计遵循PC Card标准（版本5）。

·WEP算法加解密模块，此模块用硬件实现IEEE 802.11b MAC层协议定义的有线网等效加/解密算法。

·物理层数据接口，此接口用于完成物理层与MAC的数据交互操作，内部设计有发关和接收FIFO，用来完成数据的接收发送缓存。

·物理层控制接口，此接口用于完成MAC层对物理层的控制功能。例如无数据收发时，可以通过此接口控制物理层部分转入节能状态。

·存储器管理模块，此模块用于实现对系统所有存储器（如FLASH、ROM、RAM）的管理，处理器通过此模块对存储器进行访问。

·中断控制逻辑，此模块用于对系统中各模块产生的中断信号进行控制和管理。

·微处理器单元ARM7TDMI，用于完成与主机的通信，负责整个系统的控制和管理。

图1 硬件平台结构框图

物理层部分的设计主要分为四个单元：

·基带处理单元，主要用于完成基带信号的处理操作，如Rake接收、均衡、数/模、模/数转换等。

·中频处理单元，主要用于完成信号的调制解调处理。

·混频处理单元，主要用于完成射频中频的变频处理。

·射频处理单元，主要完成射频信号的功率放大功能。

MAC层的主要模块单元（外部存储器单元除外）用Verilog硬件描述语言设计并用Xilinx的FPGA Vertex II xc2v3000编程实现。物理层部分则主要用Intersil公司的PRISM芯片组及少量外围电路设计实现。

2 SDL及软件开发平台

SDL是一种层次化的描述语言，采用结构化和自顶向下的设计原则，把系统规范分为系统、块、子块、进程、服务和过程几个层次进行描述。系统、块和子块是静态描述，用于描述系统的结构；进程、服务和过程是动态描述，用于描述系统的行为。SDL的理论模型是通信扩展有限状态机，每个进程都是一个通信扩展有限状态机。

SDL与常用的高级语音有很好的接口，如可以从SDL描述的系统规范直接导出C、CHILL甚至VHDL语言，以嵌入式系统和软硬件混合系统实现；在进行规范定义时，SDL又允许嵌入高级语言，如C/C 语音、义等。因而可以在多个层次上对系统进行准确的规范和描述。因为SDL的上述特性，目前已被越来越多地用于协议软件的开发实现。

本文选用Telelogic公司的SDT4.3和ARM公司的ADS1.2作为主要的软件开发工具。使用SDT进行协议软件的开发步骤如图2所示。