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嵌入式移动终端内置WIFI 的低功耗设计

时间:2015-03-12  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

可配置效用层(Configuration Utilities) 针对不同的平台,提供了WLAN的相应配置工具,例如在WinCE上的ZeroConfig ,或者Linux平台的Wireless Extension 包。

主机操作系统抽象层(HOSAL) 该层是一个主机侧操作系统的抽象接口,它提供了给HHAL的通用部分与操作系统无关的能力。该层以统一的接口支持不同的具体操作系统,目前主要有Linux和WinCE两类。该模块主要包含支持HHAL运行的相关OS的API。具体包括:OS相关的结构体初始化、内存管理、定时器、队列、中断、线程、事件和互斥锁。

3.2 WIFI软件驱动与节电模式设计
本设计OS采用Linux2.4 内核,具体实现分以下几个部分:

3.2.1 初始化(Initialization)

首先在驱动装载的过程中由HostDriver 调用PhgOsalRegInit()请求HOSAL层执行initialize 任务来完成内存的分配,然后执行回调函数,在回调函数中传递硬件相关的资源,并且注册事件入口,创建事务线程。准备工作一旦就绪,通过调用PhgHhalInitialize() 立刻转入HHAL 通用层的处理,在通用层中调用HhalPlatformInitPreBoot()执行硬件相关的代码如平台资源初始化、注册中断处理函数、创建直接内存访问通道等。这样HHAL通用层就具备了同Target 进行数据交换的能力。然后将Firmware 下载到Target 中,并向Target 的内部寄存器写入START 指令,等待Target 的ACK确认信息,初始化工作即宣告完成。

3.2.2 建立连接(Connection)

在HHAL通用层中已经定义了大量MIB命令字来与Target 的Firmware 执行相匹配,HOST通过PhgH三脚电感halQueueMgmtReq() 给TargetT 发起一个请求,对于简单的命令与回应,通过设置和读取TargetT 的内部寄存器来完成。如果有数据需要传输,Target 向HOST请求中断,大电流电感并电感生产厂家通过直接内存访问通道DMA把数据传输到HOST ,再由HOST 提交给操作系统上层。建立连接的过程HOST向Target 发起SCAN、JOIN、AUTH 、ASSOC 等请求,等待Target 执行完成并返回确认,HOST收到确认后转入在初始化阶段注册的相应事件入口,通知上层系统已经完成连接的建立。

3.2.3 数据通讯(Communication)

数据通讯实际上通过M2S 和S2M 两个 DMA 通道来完成。发送数据同样是调用Phg塑封电感HhalQueueMgmtReq() 发起请求,待Target 准备就绪,调用HhalPlatformM2SDma()将数据发送到Target 中,再由Target 转换为RF 信号向无线连接点AP 发送。接收数据则是Target 由连接点收到RF 信号,解析为MAC 数据包,向HOST 发出中断请求,待HOST 准备就绪,调用HhalPlatformS2MDma() 从Target 中接收数据。

3.2.4 节电算法软件设计(Power Management)

根据移动终端的具体运用场景,在底层驱动中开发了ACTIVE 、Max POWER_SAVE 、Fast POWER_SAVE 、POWER_SLEEP四种电源管理模式。工作模式(Active Mode )时,电源管理关闭,芯片处于完全上电状态;最大功耗节电模式(Max POWER_SAVE )时,满足在用户可以选择的侦听间隔最大程度内,达到功耗节省最优。快速功耗节电模式(Fast POWER_SAVE )时,满足在用户固定的侦听间隔,达到良好的功耗节省最优。睡眠模式(POWER_SL一体成型电感EEP) 时, 芯片处于关机状态,用户需要人工操作重新回到芯片工作状态。本设计中驱动装载后默认的是ACTIVE, 同时在事务线程中对电源模式进行检测,当上层软件需要转换为POWER_SAVE, 驱动仍然通过PhgHhalQueueMgmtReq() 向Target 发起请求,使得Target 切换到POWER_SAVE 工作模式,在这种模式下,BGW200 只消耗很少的电能,同时仍进行MAC层的处理,上层软件可以根据数据传输的需求来实时切换Target 的工作模式,以达到有效节能的目标。

4 测试结果
本设计的WIFI 子系统在实际环境下进行了功耗测试,测试用的无线连接点AP 用的是Linksys 公司的WRT54G, 无线链路的距离是1 米,软件设置到最大发射功率为+16dBm,同时按照802.11b 协议规范的要求,分别在四种不同速率1M/2M/5.5M/11M 情况下测量出发射和接收功耗。测试结果如表1 所示。

表1 BGW200 在LPC2220/Linux2.4 系统平台上的功耗测试


WIFI 子系统的待机功耗为6.36 毫瓦(100 毫秒信标间隔)和2.23 毫瓦(300 毫秒信标间隔),实现了对WIFI 的低功耗设计要求。加上在本论文设计的包括LPC2220 微控制器作为主机端的整个系统平均待机电流为15mA, 通话的平均电流为300mA ,通常以设备采用650mA 的电池能耗下,系统的待机时间可以到48 小时,连续通话时间为3 小时。

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