CN116828436B - 一种基于FPGA的WiFi通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，尤其为一种基于FPGA的WiFi通信系统，包括Zynq芯片与WiFi芯片，所述Zynq芯片包括PL端和PS端，所述PL端包括LVDS传输模块、AXI传输模块、用户指令输入模块，所述用户指令输入模块包括控制指令输入模块、配置指令输入模块，所述PS端包括网络传输模块、WiFi配置模块和DDR缓存模块，所述DDR缓存模块包括控制指令缓存区、配置指令缓存区和数据缓存区。本发明采用LVDS总线协议作为数据流的输入，并通过AXI4总线协议进行片内通信，最后经由WiFi将数据发送至客户终端设备，相对于市面上的基于FPGA的WiFi通信系统有更快的传输速度且有效降低了成本，用户串口模块与WiFi配置模块可以完全实现自定义功能，满足用户的个性化要求。

Description

一种基于FPGA的WiFi通信系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种基于FPGA的WiFi通信系统。
背景技术
在社会经济与科技高速发展的背景下，现代无线通讯技术愈加广泛地应用于人们的生活之中，优化着人们的沟通通信方式，给人们的生活带来了无限便捷，推动着通讯技术的不断更新与发展。WiFi通信技术因其传输速度快且成本低廉的特点被广泛用于生活中。
但是目前市面上WiFi通信模块的接口大多数是USART、SPI、I2C、USB等接口，其传输数据的速度较慢，无法应对吞吐量大的数据传输。
因此，提出一种基于FPGA的WiFi通信系统，来有效的提高了数据的传输速度。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于FPGA的WiFi通信系统，解决了目前市面上WiFi通信模块的接口传输数据的速度较慢，无法应对吞吐量大数据传输的问题。
（二）技术方案
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种基于FPGA的WiFi通信系统，包括Zynq芯片与WiFi芯片，所述Zynq芯片包括PL端和PS端，所述PL端包括LVDS传输模块、AXI传输模块、用户指令输入模块，所述用户指令输入模块包括控制指令输入模块、配置指令输入模块，所述PS端包括网络传输模块、WiFi配置模块和DDR缓存模块，所述DDR缓存模块包括控制指令缓存区、配置指令缓存区和数据缓存区；
所述PL端的LVDS传输模块，用于接收用户传输的吞吐量较大的数据，并对其进行裁剪后存入FIFO中；
所述控制指令输入模块，用于将用户通过PL端映射的USART1输入的终端设备控制指令存入FIFO中；
所述配置指令输入模块，用于将用户通过PL端映射的USART2输入的WiFi配置指令存入FIFO中；
所述AXI传输模块，用于传输已经裁剪完成的数据并将其存入到DDR缓存模块的数据缓存区，以便PS端将数据取出通过网络传输模块发送至终端设备；
所述DDR缓存模块，用于存储AXI传输模块发送的控制指令、配置指令、数据。
进一步地，所述AXI传输模块也用于传输缓存在PL端其一FIFO中的控制指令并将其存入到DDR缓存模块的控制指令缓存区；也用于传输缓存在PL端其一FIFO中的配置指令并将其存入到DDR缓存模块的数据缓存区。
进一步地，所述DDR缓存模块中的数据缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且数据缓存区的个数受限于存储器的大小以及一帧数据的大小；其中DDR缓存模块中的控制指令缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且控制指令缓存区的个数一般设置为10个左右；其中DDR缓存模块中的配置指令缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且配置指令缓存区的个数一般设置为10个左右。
进一步地，所述网络传输模块，用于将缓存在数据缓存区的数据通过TCP/UDP（用户通过配置模块自定义）传输协议发送至终端设备。
进一步地，所述WiFi配置模块，用于识别判定缓存在DDR3的配置指令缓存区，并对WiFi进行相应的配置。
进一步地，所述一种新型通过FPGA配置WiFi的方法，具体执行如下操作：
PL端例化一个串口；
PS端创建一个包含初始信息的配置文件；
PS端创建一个启动hostapd与wpa_supplicant的执行脚本，并将此脚本设置为开机自启动；
为了更改配置文件的速度以及缓解频繁的读写文件对系统的冲击，PS端在初始化阶段将配置文件读入缓存区，以后的刷新与读入操作皆在该缓存区中进行，为了尽可能减少内存资源的浪费，其缓存区的存储结构选用链式存储结构；
PL端将串口收到的数据通过AXI传输模块顺序写入DDR缓存模块的数据缓存区，其存储结构采用环形顺序存储结构；
PS端取出存储在数据缓存区的配置指令，并对配置指令进行识别操作，因为配置WiFi名称以及WiFi密码等指令的信息是不定长的，所以为了保证识别配置指令的准确度的同时提高指令识别的速度，本发明采用折半查表法进行搜寻指令的正确位置，以提高WiFi配置指令的识别速度；
PS端根据配置指令更改链式缓存区中的内容，最后将链式缓冲区的内容更新至配置文件里；
PS端重启系统继而完成对WiFi的重新配置。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种基于FPGA的WiFi通信系统，具备以下有益效果：
本发明采用LVDS总线协议作为数据流的输入，并通过AXI4总线协议进行片内通信，最后经由WiFi将数据发送至客户终端设备，相对于市面上的基于FPGA的WiFi通信系统有更快的传输速度且有效降低了成本，用户串口模块与WiFi配置模块可以完全实现自定义功能，满足用户的个性化要求。
附图说明
图1为本发明总体框图；
图2为本发明WiFi配置方法框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-2所示，本发明一个实施例提出的一种基于FPGA的WiFi通信系统。本实施例的一种基于FPGA的WiFi通信系统包括Zynq芯片与WiFi芯片。所述Zynq芯片包括PL端和PS端。所述PL端包括LVDS传输模块、AXI传输模块、用户指令输入模块，所述用户指令输入模块包括控制指令输入模块、配置指令输入模块，所述PS端包括网络传输模块、WiFi配置模块、DDR缓存模块，所述DDR缓存模块包括控制指令缓存区、配置指令缓存区、数据缓存区。
所述PL端的LVDS传输模块，用于接收用户传输的吞吐量较大的数据，并对其进行裁剪后存入FIFO中。
所述控制指令输入模块，用于将用户通过PL端映射的USART1输入的终端设备控制指令存入FIFO中。
所述配置指令输入模块，用于将用户通过PL端映射的USART2输入的WiFi配置指令存入FIFO中。
所述AXI传输模块，用于传输已经裁剪完成的数据并将其存入到DDR缓存模块的数据缓存区，以便PS端将数据取出通过网络传输模块发送至终端设备；也用于传输缓存在PL端其一FIFO中的控制指令并将其存入到DDR缓存模块的控制指令缓存区；也用于传输缓存在PL端其一FIFO中的配置指令并将其存入到DDR缓存模块的数据缓存区。
所述DDR缓存模块，用于存储AXI传输模块发送的控制指令、配置指令、数据。
其中DDR缓存模块中的数据缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且数据缓存区的个数受限于存储器的大小以及一帧数据的大小；其中DDR缓存模块中的控制指令缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且控制指令缓存区的个数一般设置为10个左右；其中DDR缓存模块中的配置指令缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且配置指令缓存区的个数一般设置为10个左右。
所述网络传输模块，用于将缓存在数据缓存区的数据通过TCP/UDP（用户通过配置模块自定义）传输协议发送至终端设备。
所述WiFi配置模块，用于识别判定缓存在DDR3的配置指令缓存区，并对WiFi进行相应的配置。
基于上述系统，本实施例提供一种基于FPGA的WiFi配置方法。提供了一种新型通过FPGA配置WiFi的方法，具体执行如下操作：
PL端例化一个串口；
PS端创建一个包含初始信息的配置文件。
PS端创建一个启动hostapd与wpa_supplicant的执行脚本，并将此脚本设置为开机自启动。
为了更改配置文件的速度以及缓解频繁的读写文件对系统的冲击，PS端在初始化阶段将配置文件读入缓存区，以后的刷新与读入操作皆在该缓存区中进行。为了尽可能减少内存资源的浪费，其缓存区的存储结构选用链式存储结构。
PL端将串口收到的数据通过AXI传输模块顺序写入DDR缓存模块的数据缓存区，其存储结构采用环形顺序存储结构。
PS端取出存储在数据缓存区的配置指令，并对配置指令进行识别操作。因为配置WiFi名称以及WiFi密码等指令的信息是不定长的，所以为了保证识别配置指令的准确度的同时提高指令识别的速度，本发明采用折半查表法进行搜寻指令的正确位置，以提高WiFi配置指令的识别速度。
PS端根据配置指令更改链式缓存区中的内容，最后将链式缓冲区的内容更新至配置文件里。
PS端重启系统继而完成对WiFi的重新配置。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的WiFi通信系统，包括Zynq芯片与WiFi芯片，其特征在于：所述Zynq芯片包括PL端和PS端，所述PL端包括LVDS传输模块、AXI传输模块、用户指令输入模块，所述用户指令输入模块包括控制指令输入模块、配置指令输入模块，所述PS端包括网络传输模块、WiFi配置模块和DDR缓存模块，所述DDR缓存模块包括控制指令缓存区、配置指令缓存区和数据缓存区；
所述PL端的LVDS传输模块，用于接收用户传输的吞吐量大的数据，并对其进行裁剪后存入FIFO中；
所述控制指令输入模块，用于将用户通过PL端映射的USART1输入的终端设备控制指令存入FIFO中；
所述配置指令输入模块，用于将用户通过PL端映射的USART2输入的WiFi配置指令存入FIFO中；
所述AXI传输模块，用于传输已经裁剪完成的数据并将其存入到DDR缓存模块的数据缓存区，以便PS端将数据取出通过网络传输模块发送至终端设备；
所述DDR缓存模块，用于存储AXI传输模块发送的控制指令、配置指令、数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的WiFi通信系统，其特征在于：所述AXI传输模块也用于传输缓存在PL端其一FIFO中的控制指令并将其存入到DDR缓存模块的控制指令缓存区；也用于传输缓存在PL端其一FIFO中的配置指令并将其存入到DDR缓存模块的数据缓存区。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的WiFi通信系统，其特征在于：所述DDR缓存模块中的数据缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且数据缓存区的个数受限于存储器的大小以及一帧数据的大小；其中DDR缓存模块中的控制指令缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且控制指令缓存区的个数设置为10个；其中DDR缓存模块中的配置指令缓存区采用线性表中的队列存储结构，其存储逻辑结构选用顺序存储结构且配置指令缓存区的个数设置为10个。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的WiFi通信系统，其特征在于：所述网络传输模块，用于将缓存在数据缓存区的数据通过TCP/UDP传输协议发送至终端设备。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的WiFi通信系统，其特征在于：所述WiFi配置模块，用于识别判定缓存在DDR3的配置指令缓存区，并对WiFi进行相应的配置。
6.一种通过FPGA配置WiFi的方法，所述方法由权利要求1所述的一种基于FPGA的WiFi通信系统实现，其特征在于，具体执行如下操作：
PL端例化一个串口；
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PS端在初始化阶段将配置文件读入缓存区，以后的刷新与读入操作皆在该缓存区中进行，其缓存区的存储结构选用链式存储结构；
PL端将串口收到的数据通过AXI传输模块顺序写入DDR缓存模块的数据缓存区，其存储结构采用环形顺序存储结构；
PS端取出存储在数据缓存区的配置指令，并对配置指令进行识别操作，采用折半查表法搜寻指令的正确位置；
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