一种基ARM7的无线局域网MAC片上系统架构
1 无线局域网MAC层协议
在IEEE推出802.11-1999和802.11b以来,无线局域网在技术上已日渐成熟。在国家863计划 SoC设计方法及其关键支撑技术专项资金的资助下,我们初步完成无线局域网MAC层控制器知识产权核(IP core)的设计和验证。设计了用ARM7TDMI实现的MAC层控制器的体系结构,同时片上总线使用先进微控制器总线架构(AMBA)。该实现结构清晰,利于设计重用且设计复杂度不大,是一种值得推荐的体系结构。
无线局域网协议描述数据链路层MAC子层及其以下各层的规范。MAC层控制器实现的规范为IEEE 802.11-1999有关的无线局域网MAC层部分。MAC层的控制分点控制和分布控制两种,其中分布控制是CSMA/CA。802.11同时定义了可选的有线网等效加密(WEP)机制。
2 ARM核和AMBA
MAC层控制器是802.11 协议MAC部分的物理实现。由于协议比较复杂,一般在设计中嵌入32 位处理器,而ARM 7核就是一种选择。
ARM7TDMI为冯诺依曼体系结构,支持ARM 的Thumb两个指令集,ARM对16位的Thumb指令集的支持,使其实现了比16位体系结构更高的性能和比32位体系结构更高的代码密度。
先进微控制器总线架构AMBA是ARM公司为高性能片上微控制器定义的一套总线标准,是一种中央多路选择器互连方案,它读数据和写数据的总线分开,完成片上数据传送。AMBA包括先进高性能总线(AHB)、先进系统总线(ASB)和先进外设总线(APB)。AHB和ASB都是高性能总线,采用高性能、高带宽系统设计,它支持多个主 (Master)设备和多个从(Slave)设备,ARM公司推荐使用AHB。APB实际上是二级总线,为AHB/ASB 提供一个低功耗和接口简单的扩展。它从整体上说是一个从设备。APB通过桥与AHB/ASB连接。
另外AMBA结构用仲裁器支持主设备总线仲裁,需要译码器哑从设备响应处理器。
3 基于AMBA的MAC层控制器方案
基于AMBA的MAC控制器方案如图1。整个系统围绕AMBA总线构成,完成所需控制信号和数据传输。系统中共有4个主设备:ARM7核、PCMCIA接口、物理层数据接口和有线网等效加密引擎。各个模块的功能:
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