無操作系統下的WiFi原理及應用

目前，在無線監控、工業控制、視頻傳輸等行業應用中，嵌入式無線系統主要采用以NORDIC解決方案為代表的無操作系統環境，該方案由“CPU+無線數傳模塊”構成，能夠實現短距離低帶寬無線通信。但由于窄帶無線通信的技術所限，只能實現2Mbps的最大傳輸速率，對應在實際視頻傳輸中，只能滿足10米內320*240下小于15幀/秒的應用。隨著市場對更大屏幕、更快的傳輸速率、更流暢的視頻效果的需求，這一解決方案將遠遠滿足不了人們的需求。系統升級需要WLAN這樣的寬帶無線傳輸設備，傳統的升級做法為在原有系統架構下，增加Flash、SDRam，并運行一套嵌入式操作系統來驅動WLAN模塊，不但大大增加了系統成本，而且產品開發難度增大，周期延長，不利于新產品的推出。

WLAN作為無線局域網通信中應用最為廣泛的技術，早已從PC/筆記本市場，逐漸延伸到了音視頻、手持終端、無線城市覆蓋、工業應用等人們日常生活的方方面面，將人們的生活帶入了便利的智能化無線時代。

北京中電華大電子設計有限責任公司推出的Nos-WiFi產品(如圖1所示)改變了這一現狀。華大電子多年來致力于WiFi核心芯片及模塊產品的研究和開發，至今已經成功量產了天聯系列（Airquick）3款同時支持國內（WAPI）/國際（11i）安全標準的芯片，并以此為基礎，推出了近十款WLAN模塊產品，產品應用覆蓋了筆記本、USB外置無線網卡、家庭音視頻、安防監控、運營商熱點產品、家庭網關、工業應用、智能交通等各個領域。

Nos-WiFi系列模塊產品是為了滿足工業應用、安防監控等領域中，現有產品的無線功能升級的需要而研發的，其最大的特點在于：它提供了一個不基于任何操作系統的驅動軟件，可以集成到任何的系統平臺中運行，并實現高速的數據傳輸，使得沒有操作系統也能使用WiFi進行視頻傳輸成為可能。其驅動軟件結構如圖2所示:

本產品集成到主機系統中的位置如圖3所示：

Nos-WiFi的特點和現狀

對于市面上的大多數基于802.11b/g/n標準的USB無線模塊來說，它們絕大多數都應用在PC平臺上，因此，這些usb無線模塊的廠商通常只能提供基于windows或linux環境下的驅動程序，相應的在嵌入式應用中，只有使用了諸如WinCE、嵌入式linux操作系統的嵌入式系統平臺才能應用這些產品。而對于那些自身硬件資源有限，處理能力較低的嵌入式設備來說，WinCE和嵌入式linux無疑是一個龐然大物，只使用一些簡單的支持調度功能的操作系統甚至是不使用任何的操作系統是它們唯一的選擇。而在這些系統上卻沒有可供使用的USB無線模塊。即使這些廠商迫于壓力升級了系統的硬件以滿足使用USB無線模塊的需求，但是由此而增加的成本也大大降低了產品的競爭力。例如，在一個典型的支持WiFi功能的基于Linux操作系統的嵌入式設備中，為了支撐操作系統，硬件架構需求為“CPU+32MB SDRAM +32MB FLASH”，而在一個不運行操作系統的嵌入式設備里面，硬件架構可變成“CPU+8MB SDRAM +1MB Serial flash”，由此帶來的成本差異約為4美元，考慮到主CPU價格的區別，有無操作系統環境下設備整體成本相差約6美元。

目前無操作系統環境無線數據透傳業務領域，主要使用Zigbee或者Nordic等公司的2.4Ghz私有協議無線數傳模塊（非標準WiFi產品），但這些產品僅在很短距離（約10m）以內能夠實現2Mbps左右的數據吞吐率，無法實現大數據量室內中遠距離數據傳輸。而采用Nos-Wifi產品的無線傳輸方案，基于802.11g標準的WiFi傳輸技術物理層最高傳輸速率可達54Mbps，即使在室外覆蓋范圍100米的情況下仍能實現5.5Mbps的物理層傳輸速率，使得遠距離、高吞吐的數據傳輸成為可能。

Nos-Wifi產品的典型應用

流媒體電視

在現代生活向數字化、網絡化推進的大環境下，家電產品的３ｃ融合已經成為一種不可避免的產品發展趨勢，而電視作為現代家庭顯示中心的地位不可動搖。因此，流媒體電視機應運而生。流媒體電視不僅可以收看更清晰的電視節目，還可以播放數碼相機、移動硬盤等數碼設備里的圖片、音樂、電影，讓全家人共同欣賞。

而流媒體電視與WiFi技術的結合，使得人們可以通過無線網絡直接與家庭電腦連接，從而直接播放存儲在電腦上的流媒體文件，甚至更進一步，使用無線網絡通過家庭無線路由器接入Internet網絡，實現真正的網絡在線播放功能。Nos-Wifi產品使得在流媒體電視中加入WiFi功能變得更加容易。

無線安防、視頻監控

在點對點的無線通訊應用，比如baby Monitor等監控產品，Nos WiFi更能凸現優勢。

Baby Monitor，即嬰兒監護器，是小型無線電傳送裝置，包括發射器和接收器兩部分。發射器放置在嬰兒身邊，設置有麥克風和攝像頭，對于嬰兒發出的每一個細微聲響、動作，都可以準確無誤地收錄，并通過發射器上的天線發出清晰的信號。接收器是一個便攜式掌上顯示器，用來接收這些信號，由父母隨身攜帶。通過這種裝置，父母就可以在別的房間甚至室外院落中處理其他事務，同時，對孩子的情況也了如指掌。

工業控制、智能交通

現代的工業控制對系統的聯網能力要求越來越高，工業控制的復雜度越來越高。因此，對于工業控制中的CPU的資源限制也越來越大。本模塊產品可以在不改變系統大的架構下，輕松升級現有的系統。將現有的系統升級到無線的TCP/IP網絡。

同樣，現代的職能交通領域對系統的聯網能力以及系統的聯網的靈活性要求越來越高。Nos-wifi可以輕松的在對原有的系統進行升級改造。使的交通設施可以容易的進行TCP/IP網絡的聯網。