基于WIFI 的無線存儲(chǔ)系統(tǒng)

王星偉++陳少勇

摘要：隨著數(shù)字信息化、網(wǎng)絡(luò)化的各種多媒體處理業(yè)務(wù)的不斷增加，借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的需求不斷提高。為滿足這些需求，一種新興的技術(shù)——無線存儲(chǔ)，正越來越受到關(guān)注。而無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著通信技術(shù)和WiFi技術(shù)等通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使得基于Wifi的無線存儲(chǔ)得以很好地實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：WIFI 嵌入式；無線存儲(chǔ)；socket編程

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）17-0011-02

1 引言

本項(xiàng)目主要是用于圖像文件的存儲(chǔ)應(yīng)用，系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)是基于嵌入式UCOS系統(tǒng)和WiFi技術(shù)，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)無線存儲(chǔ)系統(tǒng)，使遠(yuǎn)端的嵌入式WiFi終端設(shè)備能夠連接到存儲(chǔ)設(shè)備里的資源，滿足用戶無線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的服務(wù)需求。首先介紹了無線存儲(chǔ)的概念和原理，再對(duì)文件系統(tǒng)、WiFi標(biāo)準(zhǔn)及無線局域網(wǎng)技術(shù)作了介紹，然后圍繞本虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，介紹了怎樣構(gòu)建系統(tǒng)軟硬件開發(fā)環(huán)境，最后通過socket網(wǎng)絡(luò)編程完成數(shù)據(jù)傳輸，從而真正實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的功能。

研究的總體思路、框架：

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 設(shè)計(jì)原則

實(shí)用性：遵循面向應(yīng)用，注重實(shí)效，急用先上，逐步完善的原則；充分保護(hù)已實(shí)用性原則為依據(jù)，建設(shè)具有最低TCO（擁有總成本最低、最高性價(jià)比）的產(chǎn)品。

先進(jìn)性：采用先進(jìn)成熟的嵌入式技術(shù)、方法與設(shè)備，既反映當(dāng)今先進(jìn)水平，又給未來的發(fā)展留有余地。

可靠性：系統(tǒng)必須可靠運(yùn)行，主要的、關(guān)鍵的設(shè)備應(yīng)有冗余，一旦系統(tǒng)某些部分出現(xiàn)故障，應(yīng)能很快恢復(fù)工作，并且不能造成任何損失。

可維護(hù)：系統(tǒng)具有良好的故障分析和處理能力。

2.2 微控制器的選型

1）STM32f407VGT6芯片特點(diǎn)

超快速數(shù)據(jù)傳送：采用多達(dá)7重AHB總線矩陣和多通道DMA控制器，支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理，數(shù)據(jù)傳輸速率非?？臁?/p>

FPU（浮點(diǎn)單元）：集成了單精度FPU，提升控制算法的執(zhí)行速度和代碼效率。

高集成度：達(dá)1M 字節(jié)的片上FLASH 存儲(chǔ)器， 192K 字節(jié)的SRAM，復(fù)位電路，內(nèi)部RC，PLL，1uA的RTC。

多達(dá)15個(gè)通訊接口：包括6個(gè)UASRT，可運(yùn)行到10.5Mbits/s、1個(gè)SDIO。

模擬：多達(dá)17個(gè)定時(shí)器、16位的和32位的定時(shí)器，可運(yùn)行到168MHz。

其他外設(shè)：CRC計(jì)算單元、模擬的真正隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、外部存儲(chǔ)器接口、存儲(chǔ)器加速器（從FLASH中執(zhí)行相當(dāng)于零等待狀態(tài)，性能達(dá)168MHz）。

選用原因：該芯片支持程序執(zhí)行和數(shù)據(jù)傳輸并行處理，數(shù)據(jù)傳輸速率非常快，達(dá)1M 字節(jié)的片上FLASH 存儲(chǔ)器，192K 字節(jié)的SRAM，適合本項(xiàng)目的開發(fā)。

2.3硬件開發(fā)設(shè)計(jì)原理

1）研究?jī)?nèi)容

下位機(jī)主要研究嵌入式系統(tǒng)LWIP對(duì)接收的數(shù)據(jù)封包解包以及對(duì)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)。

2）研究方法

Ucos系統(tǒng)和LWIP移植時(shí)，文件繁多，我們采用獨(dú)立移植。由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較大，傳輸?shù)臅r(shí)候需要用到協(xié)議。在傳輸出錯(cuò)時(shí)檢測(cè)依次檢查各個(gè)出錯(cuò)點(diǎn)，統(tǒng)籌全局，將錯(cuò)誤解決。

3）具體實(shí)施方案

（1）LAN8720A驅(qū)動(dòng)模塊

LAN8720A 是低功耗的 10/100M 以太網(wǎng) PHY 層芯片支持通過 RMII 接口與以太網(wǎng) MAC 層通信，內(nèi)置 10-BASE-T/100BASE-TX 全雙工傳輸模塊，支持 10Mbps 和 100Mbps。

LAN8720A 可以通過 PHYAD0 引腳來配置，該引腳與 RXER 引腳復(fù)用，芯片內(nèi)部自帶下拉電阻，當(dāng)硬復(fù)位結(jié)束后， LAN8720A 會(huì)讀取該引腳電平，作為器件的 SMI 地址，接下拉電阻時(shí)，設(shè)置 SMI 地址為 0，當(dāng)外接上拉電阻后，可以設(shè)置為 1。

（2）SDIO驅(qū)動(dòng)模塊

SD/SDIO MMC 卡主機(jī)接口 提供 APB2 外設(shè)總線與多媒體卡 （MMC）、 SD卡、 SDIO卡以及 CE-ATA 設(shè)備之間的接口。

SDIO 功能由兩部分組成：SDIO 適配器塊提供特定于 MMC/SD/SD I/O 卡的所有功能，如時(shí)鐘生成單元、命令和數(shù)據(jù)傳輸。 APB2 接口訪問 SDIO 適配器寄存器，并且生成中斷和 DMA 請(qǐng)求信號(hào)。 SDIO_D0、 SDIO_D[3：0] 或 SDIO_D[7：0] 可以用于數(shù)據(jù)傳輸。如果 SD 或 SD I/O 卡連接到總線，則主機(jī)可以將數(shù)據(jù)傳輸配置為使用 SDIO_D0 或 SDIO_D[3：0]。SDIO_CMD有兩種操作模式：開漏引腳，用于初始化、推挽，用于命令傳輸。SDIO_CK 是與卡相連的時(shí)鐘：一個(gè)位在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)在命令和數(shù)據(jù)線上傳輸。SDIO 使用兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)：SDIO 適配器時(shí)鐘 、APB2 總線時(shí)鐘（PCLK2）。PCLK2 和 SDIO_CK 時(shí)鐘頻率必須滿足以下條件：Frequenc PCLK2 38 Frequency SDIO_CK

3 實(shí)現(xiàn)方法

3.1 軟件流程圖

3.2各模塊的接口設(shè)計(jì)

1）SD卡與核心板的接口設(shè)計(jì)

Stm32的I/O口PC8-PC11一次連接SD卡接口的四個(gè)數(shù)據(jù)為SDIO_D0-SDIO_D3引腳用于數(shù)據(jù)傳輸，PC12連接SD卡接口的SDIO_SCK引腳用于驅(qū)動(dòng) SDIO 適配器并產(chǎn)生SDIO_CK 時(shí)鐘，PD2連接SD卡接口的SDIO_CMD引腳，用于初始化和命令傳輸。

2）USB與STM32核心板連接

STM32F4開發(fā)板的USB HOST 接口采用的是側(cè)式USB-A座，它和USBSLAVE的5PIN MiniUSB接頭是共用 USB_DM和USB_DP信號(hào)的，所以USB HOST 和 USBSLAVE不能同時(shí)使用。

3）LAN8720硬件連接

4 系統(tǒng)測(cè)試

在經(jīng)過研究之后，我們主要對(duì)文件的名字和格式還有文件的大小進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下表所示。

從表中可以看出，對(duì)傳輸是否成功取決于文件名字是否為字符，還有文件的大??；系統(tǒng)能識(shí)別中文這個(gè)功能本系統(tǒng)暫時(shí)還未完善，而傳輸時(shí)因?yàn)槲募笮?dǎo)致成功率的高低，是由于芯片的內(nèi)存有限導(dǎo)致的。

5 項(xiàng)目成果

本項(xiàng)目最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)文件的存放路徑的獲取，并作出相應(yīng)操作。無線存儲(chǔ)系統(tǒng)通過Wifi模塊連接手機(jī)端，在手機(jī)端發(fā)送命令，系統(tǒng)接收到命令來執(zhí)行相應(yīng)的操作。本系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了上傳手機(jī)端文件到存儲(chǔ)設(shè)備，也能夠從存儲(chǔ)設(shè)備中下載所需文件到手機(jī)端。該系統(tǒng)運(yùn)用了wifi模塊，arm技術(shù)，android手機(jī)應(yīng)用技術(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)了文件的上傳下載還有轉(zhuǎn)存功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

感謝指導(dǎo)老師對(duì)本項(xiàng)目的悉心指導(dǎo)，特別是定期的階段性總結(jié)，讓我們了解到項(xiàng)目當(dāng)前工作的開展情況和下階段的任務(wù)安排，并不斷查缺補(bǔ)漏，保證項(xiàng)目的順利開展。在這次的項(xiàng)目中，我們能較好地運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，提高了動(dòng)手操作能力。在項(xiàng)目開展的過程，遇到問題的時(shí)候我們也及時(shí)查閱相關(guān)的資料和文檔，達(dá)到分析問題、解決問題的能力。

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