Беспроводные технологии, применяемые во встраиваемых системах
Для мобильных и портативных устройств важно наличие беспроводной связи. Нашим заказчикам мы предлагаем свой богатый опыт интеграции беспроводных технологий во встраиваемые системы.
Беспроводные технологии, применяемые во встраиваемых системах
В зависимости от радиуса действия и предназначения устройств используются различные беспроводные технологии:
- IEEE 802.11 (Wi-Fi)
- Bluetooth
- IrDA
- ZigBee
- RFID
- GSM, CDMA
ZigBee (IEEE 802.15.4)
Стандарт IEEE 802.15.4 (ZigBee) ориентирован главным образом на использование в качестве средства связи между автономными приборами и оборудованием. Стандарт IEEE 802.15.4 определяет параметры физического уровня (PHY) и протокол управления доступом (MAC), предлагая поддержку различных топологий сетей. Ключевые функции PHY включают в себя контроль энергопотребления и управление качеством звеньев, а также оценку каналов для более успешного сосуществования с сетями других беспроводных операторов. MAC определяет автоматическое подтверждение получения пакетов, обеспечивает возможность передачи данных в определенные временные интервалы и поддерживает 128-битные функции безопасности AES. Если в пределах досягаемости ZigBee-устройства окажется оборудование Wi-Fi или Bluetooth, то их каналы могут быть использованы как туннель для трафика ZigBee.
Стандарт IEEE 802.15.4 предусматривает в основном небольшую дальность действия (около 10 метров) и пропускную способность канала (до 250 Кбит/с). Передача на этой скорости ведется в диапазоне 2.4ГГц. Небольшая мощность и скорость передачи данных обусловлены, малой потребляемой мощностью связываемых устройств. Доступны также диапазоны 858 МГц (20Кбит/с) и 902..928 МГц (40Кбит/с).
Главной особенностью стандарта IEEE 802.15.4 (ZigBee) является отсутствие необходимости лицензирования при использовании данных частот.
Bluetooth (IEEE 802.15.1)
Стандарт беспроводной связи Bluetooth широко применяется в мобильных портативных устройствах для обмена информацией в радиусе 10-100 метров. Помимо использования в потребительской электронике (сотовые телефоны, гарнитуры, беспроводные клавиатуры) Bluetooth применяют во встраиваемых системах промышленного назначения, например, для локального мониторинга состояния труднодоступных объектов (базовые сотовые станции, электроподстанции), развиваются технологии Bluetooth маркетинга (передачи рекламного контента) в местах массового скопления людей (гипермаркеты, торговые центры, экспо-шоу).
Bluetooth устройства подразделяются на три класса в зависимости от мощности излучения:
class 1 — мощность до 100мВт, радиус действия до 100м;
class 2 — мощность до 2.5мВт, радиус действия до 10м;
class 3 — мощность до 1мВт, радиус действия до 1м.
В основном, заявленные характеристики дальности и скорости передачи для Bluetooth соответствуют идеальным, лабораторным условиям. На практике, с учетом помех окружающей среды и протокольно-транспортных расходов получаются более скромные значения, что было экспериментально показано в исследовании специалистов нашей компании.
Существует несколько спецификаций Bluetooth: устаревшие версии Bluetooth v1.1, Bluetooth v1.2 и более новые Bluetooth v2.0 и v2.1. Базовые версии стандарта Bluetooth обеспечивают скорость однонаправленной передачи данных до 723кбит/сек и 433кбит/сек для двунаправленной передачи. В версии Bluetooth 2.0 была реализована поддержка повышенной скорости передачи данных (EDR) до 2Мбит/сек. А в Bluetooth v2.1 улучшена поддержка энергосберегающих режимов и значительно ускорен процесс установления соединения между устройствами.
Использование OEM модулей Bluetooth коммерческого или промышленного температурного диапазона можно рассматривать как быстрый путь для интеграции беспроводной связи Bluetooth в разрабатываемое устройство. Так как Bluetooth работает в том же диапазоне частот что и IEEE802.11 (WiFi), то многие производители Bluetooth чипсетов закладывают функцию сосуществования с WiFi инфраструктурой (Bluetooth-WiFi coexistance).
Операционная система Linux, которую часто используют при разработке встроенных систем, поддерживает Bluez — открытый Bluetooth стек, изначально разработанный компанией Qualcomm.
На уровне ядра Linux архитектура Bluez состоит из следущих модулей:
- базовый Bluetooth (управление подключением устройств, авторизация);
- драйвера HCI (Host Control Interface), который обеспечивает подключение Bluetooth модулей с интерфейсом USB, UART, SDIO, PCMCIA, CFIO;
- модуль SCO для поддержки передачи через Bluetooth аудио/голоса;
- модуль поддержки протокола L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol), определяющий базовый протокол передачи данных между Bluetooth устройствами;
- модуль поддержки протокола RFCOMM для эмуляции последовательного порта RS-232 поверх Bluetooth;
- модуль BNEP (Bluetooth Network Encapsulation Protocol) для эмуляции Ethernet поверх Bluetooth;
- модуль протокола CMTP (CAPI Message Transport Protocol);
- модуль протокола HIDP (Human Interface Device Protocol) для подключения через Bluetooth устройств класса HID: клавиатуры, джойстики, мыши.
OEM-модули
Часто при разработке электроники сложных встроенных систем приходится использовать OEM модули сторонних производителей. Это особенно актуально для беспроводных технологий, которые требуется интегрировать в конечную программно-аппаратную платформу.
При выборе готового модуля большое значение имеет интерфейс подключения OEM-модуля. Сегодня наиболее распространены модули со следующими интерфейсами подключения:
Из-за своей простоты часто применяют модули с подключением по UART интерфейсу. USB модули популярны вследствие распространенности USB интерфейса как на PC, так и в различных системах-на-кристалле.
При использовании модулей с CFIO или SDIO интерфейсом требуется большее внимание разработчика со стороны программного и аппаратного обеспечения. Модули SDIO удовлетворяют спецификации SecureDigital, а модули CFIO – спецификации CompactFlash+. Наиболее часто встречающиеся проблемы при интеграции таких OEM модулей в конечную платформу на базе микроконтроллера или системы-на-кристалле:
- Errata или аномалии в SDIO контроллере, интегрированном в СнК.
- Неполное соблюдение спецификаций в части временных диаграмм сигналов.
Кроме этого, модули можно классифицировать по промышленному и мобильному применению. Для модулей промышленного применения важны такие параметры как диапазон рабочих температур, промышленный интерфейс подключения (обычно UART или SPI). Из-за ограничений интерфейса подключения модуль может не полностью использовать всю пропускную способность беспроводного подключения. Для модулей мобильного применения важны такие параметры как энергопотребление, конструктивное исполнение и размеры OEM-модуля.
OEM модуль IEEE802.11b/g (WiFi) на базе чипсета Marvell 88W8385 для мобильных применений.
Интерфейс: CFIO
Размер: 20x20mm
И его применение в плате расширения WiFi-ZigBee-USB для процессоров Blackfin:
OEM модуль IEEE802.11b/g (WiFi) на базе чипсета Realtek RTL8187 для мобильных применений.
Интерфейс: USB
Размер: 48x30mm
Мы располагаем необходимым инженерным опытом для выбора и интеграции беспроводного модуля
в конечное устройство в соответствии с маркетинговыми и техническими требованиями.
Наши специалисты работали со следующими вендорами полупроводниковых беспроводных решений:
- Marvell: Libertas 88w8686, 88w8385; TOPDOG 88w8687
- Realtek: RTL8187, RTL8180
- Ralink: RT61, RT73, RT2571, RT2870
- Atheros: AR5007UG (бывший zd1211b), ath5k, ath9k
Специализированные RF-модули
Для передачи небольших потоков данных во встраиваемых системах могут применяться радио модули малой мощности безлицензионных диапазонов 433МГц, 868МГц и 2.4ГГц.
Довольно часто для разрабатываемого оборудования требуется дистанционное управление, например, брелок сигнализации или пульт ДУ мультимедийного устройства. Объем и скорость передаваемых данных, как правило, незначительны, в то же время энергопотребление имеет решающее значение. Для таких устройств, которым не требуется совместимость с беспроводным оборудованием других производителей, не имеет смысла использовать сложные беспроводные стандарты типа Bluetooth, WiFi или Zigbee.
В состав типичной RF системы, в зависимости от степени интеграции на кристалле, входит радиочастотный трансивер или передатчик, управляющий микроконтроллер, антенна и кварцевый резонатор. Часто производители чипсетов объединяют трансивер и микроконтроллер в одном кристалле.
После поглощения компанией Texas Instruments компании Chipcon, решения на базе микросхем TI CC1xxx и CC2xxx стали доминировать на рынке маломощных беспроводных решений для безлицензионных диапазонов:
- CC1000 — радиотрансивер для работы в диапазоне 300-1000МГц
- СС1010 — интегрированный радиотрансивер с ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазоне 300-1000МГц. Имеет аппаратное шифрования DES, 3-канальный 10 бит АЦП, 32кбайт Flash памяти
- CC1020 — узкополосный радиотрансивер для работы в диапазонах от 402 до 470 МГц и от 804 до 940 МГц
- СС1050 — узкополосный многоканальный передатчик для работы в частотном диапазоне от 300 до 1000 МГц
- СС1070 - узкополосный многоканальный передатчик для работы в частотных диапазонах 402-470 и 804-940 MГц
- СС1101 — многоканальный радиотрансивер с пакетной обработкой данных с дополнительным SPI интерфейсом для подключения внешнего микроконтроллера, работает в диапазонах 300-348МГц, 387-464MГц, 779-928MГц
- CC1110 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазонах 300-348МГц, 391-464MГц, 782-928MГц. Имеет до 32кбайт Flash памяти, 21 GPIO, АЦП, аппаратное шифрование AES-128
- CC1111 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазонах 300-348МГц, 391-464MГц, 782-928MГц. Имеет до 32кбайт Flash памяти, 8-ми канальный АЦП, аппаратное шифрование AES-128, поддержка интерфейсов USB и I2S
- CC2400 — радиотрансивер для работы в диапазоне 2400-2483МГц
- СС2510 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазоне 2400-2483МГц. Имеет до 32кбайт Flash памяти, аппаратное шифрование AES-128
- CC2511 — интегрированный радиотрансивер c ядром микроконтроллера 8051 для работы в диапазоне 2400-2483МГц. Имеет до 32кбайт Flash памяти, аппаратное шифрование AES-128, поддержка интерфейса USB
- СС2550 — многоканальный передатчик для работы в диапазоне 2400-2483МГц
|
|
|
