基于IEEE802.15.4的无线USB系统设计——MAC层功能设计与实现

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在如今的网络时代,随着有线网络的大量应用,以高效快捷,组网灵活为优势的无线网络技术也在高速发展。在这种环境下,大量无线终端也随之诞生,这些以传感器和远程控制为代表的无线应用不需要较高的传输带宽,而需要较低的传输延时和极低的功率消耗,使用户能拥有较长的电池寿命和较多的器件阵列。最近几年流行的蓝牙技术[1]不是一种符合传感器和低端面向控制等简单应用的专用标准,它需要高性能的处理器和额外的ROM或FLASH来处理组网带来的大量额外开销,同时伴随着较高的功耗,但鼠标、键盘、游戏手柄和耳机等设备并不需要复杂的网络,相反,这些设备需要的是简单、快捷、廉价的点到点或点到多点通信[2]。基于802.15.4的低速无线USB技术(Wireless USB LS)结合了USB技术即插即用的优点,恰好适用于对电脑外设地组网,廉价高效,是无线人机接口系统的理想解决方案。应用该技术对电脑外设进行无线组网,能大大减少个人电脑周围的电缆,净化桌面环境。 本文将首先说明无线USB的相关背景、特点及本课题的研究内容。随后的第二章和第三章会分析无线USB的体系结构以及它与USB技术的结合。本课题系统采用的协议体系和该体系中自定义的介质访问控制(MAC)协议将会在第四章中介绍。第五章是本文的重点,这章将详细叙述整个系统的实现方案,它包括了主、从端MAC层的工作流程和状态机,以及系统功能的伪代码实现。随后的第六章将给出系统的开发测试平台和测试的结果。系统的测试主要依赖于示波器和硬件仿真,以及测试USB数据流的软件Bushound,它们将验证系统的实际功能是否达到了设计标准。接受测试的功能包括了设备的入网和退网,主从端有保证时隙通信,USB数据处理和人机接口设备的实际使用。 在全面地了解了系统性能要求的基础上,本文自顶向下地设计了整个系统的协议体系和介质访问控制(MAC)层的功能,并对系统进行了合理的模块划分。随后设计了主、从端MAC层的工作流程,状态转移机制。在这种前提下,给出了包括入网,数据处理,主从端同步等一系列功能的具体实现方案和伪代码。最后下载到自主开发的硬件平台上进行实物验证。
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