李晓光 谢新翔       南京邮电学院

 

 

摘要:本文介绍如何在Altera开发平台上，使用Nios软核CPU来构建嵌入式无线局域网接入设备；从实例开发角度，详细介绍此类系统硬件，软件的设计方法，并探讨了在ucLinux操作系统上，实现IEEE802.11协议管理的方法，提供了安全增强型AP的解决方案。最后总结全文，提出系统的改进方向。
关键词:嵌入式系统，IEEE802.11, WLAN，AP，Altera Nios，SOPC

 

 

一、引言
1.1无线局域网技术背景
随着信息技术的飞速发展，人们的工作、生活越来越离不开计算机网络。无论是信息共享、合作，还是移动办公，处处体现着计算机网络的价值，计算机网络已经无处不在。无线局域网(WLAN)是传统有线局域网的延伸和补充，是一种更加灵活的数据通信系统。它采用射频工作方式传输数据，不需物理布线，具有组网灵活方便，传输速率高，移动性强等优点，成为3G网络接入的有益补充，并且在机场、酒店和咖啡厅等热点地区有着广阔的应用前景。
无线接入点(AP)是无线局域网中的重要设备，是负责移动主机管理以及协调无线与有线主干网络之间通信的关键部件。它在不修改已有的有线网络结构和不改变现有协议的基础上，将移动主机纳入现有网络中。一般AP的实际开发应满足IEEE802.11、IEEE802.1d、IEEE802.3等协议和RFC有关建议。AP的基本功能包括传递移动主机间的通信和桥接移动主机到有线网络。除了完成对数据包的过滤、存储、转发，还要负责移动主机的认证、鉴权和漫游管理。
1.2 可编程片上系统设计
SoPC(System on a Programmable Chip，片上可编程系统)是SoC 技术和可编程逻辑技术结合的产物，是一种特殊的嵌入式系统。首先它是SoC，即可以由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它还是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备一定的系统可编程功能。
在2000 年，Altera 发布了Nios 处理器，这是一种可特许的通用RISC CPU。Altera公司以IP核的方式将它提供给设计者。它可以与各种各样的外设、定制指令和硬件加速单元相结合，构成一个定制的SOPC。该处理器具有可由用户配置的L1（第一层）指令与数据超高速缓存。Nios处理器还具有一种基于JTAG的OCI（片上仪器）芯核，使软件开发人员在实时调试方面具有更明显的优势。该处理器为ucLinux提供了良好的支持，这样，我们在软件设计的时候，就可以很方便的利用ucLinux强大的网络支持，快速开发AP设备。
1.3 基于Nios的AP
Altera的Nios IP套装可配置，可裁减，给设计带来了很强的灵活性。采用同一硬件平台（SOPC），通过对软核及其软件的调整，就可以根据不同用户需求，生成性价比最高的产品。就我们设计的无线网络器件而言，Nios更是提供了方便。随着无线网络基础设施的大规模部署，无线网络安全问题日益严重，新的规范、标准层出不穷。利用传统方法设计出来的产品，即使通过固件升级，也很难符合新标准的要求。例如，基于WEP的传统无线网络产品，就无法支持AES等新的加密算法。Nios出现后，这些问题就得到很好的解决。设计者可以重新定制IP，导入新的Altera FPGA器件。这种方案可满足设计和生产部门两方面的要求。