面向嵌入系统的480Mb/s无线UWB链路

　　3 采用信标和TDMA技术节能

　　由于按时隙组织通道，因此并不需要每个设备每时每刻都在接收和发送数据。一个设备每次只需被唤醒65.5ms收听信标；如果该设备没有任何任务，将重新返回睡眠状态。这类似于手机延长电池寿命的睡眠模式。

　　4 无竞争大频带与通道访问

　　UWB的无线接口很像电缆。如果有几个通信参与者而通道又有限，就必须对访问权限进行管理。打算发送信息到某一通道的设备需要确定该通道是否已被别的设备占用。如果发现该通道空闲，就发送信息。当然，有可能两个设备同时在收听该通道，都发现它是空闲的，并同时向其发送信息，这就是所谓的"碰撞"。发生"碰撞"时，设备将尝试稍后再访问通道。这期间，每个设备在重试前都等待一个随机时长。优先级较高的设备可能比优先级较低的设备先进行重试。这种"竞争访问"机制是20世纪70年代随以太网发明的，也常用于WLAN。显然，如果要以最低延迟无中断地传输一段视频流，这种方法就行不通了。为确保能无中断地传输视频流，UWB采用了分布式驻留协议(DRP)。由于UWB基于TDMA，为保障与另一设备通信，网络成员可保留一些固定的时隙(媒体访问时隙)。保留通道占用时隙的相关信息在信标时段传送。如果某一时隙被标记为"硬保留"，任何第三方都不可占用该时隙。这是保障视频传输要求的确定性数据传输速率所必须的。

　　除DRP访问机制外，UWB还可使用"优先排序竞争访问"机制。

　　实施方案

　　图5所示为使用爱特梅尔公司CAP可定制微控制器实现UWB-MAC的例子。该系统级芯片(SoC)利用Atmel微控制器外设，如USB主机和设备、以太网MAC和外部存储控制器。这些设备可通过多层高级主机总线(Advanced Host Bus, AHB)与UWB-MAC高速交换数据，并借助ARM外设总线(Advanced Host Bus, APB)控制数据。

图5 集成UWB-MAC的嵌入系统结构图

　　UWB物理层(UWB-PHY)可以是Wionics Research公司的RTU7012双频物理层(Dual Band PHY)，该物理层符合WiMedia PHY 1.1和 PHY 1.2技术规范，可在UWB频带群1和3中工作。

　　1 低延迟UWB媒体访问控制器

　　UWB标准的许多参数都由微控制器固件来控制。这样，在需要增添其他高层协议如无线USB时，无须任何硬件修改。使用固件实施方案，还可降低规范变更的风险，并提高了灵活性。

　　MAC可在UWB设备间按任何方向传输任何数据。例如，一个无线发送视频信号的应用，来自数字视频接口的数据通过AHB传送到与外部总线接口(External Bus InteRFace，EBI)连接的SDRAM。该SDRAM用作一个视频中间缓冲器(见图6)。MAC从该SDRAM提取视频数据，并将其传送到UWB 网络以完成传输。在相反的方向上，则将UWB物理层接收到的数据传送到SDRAM。

图6 UWB-MAC用作总线主控

　　在UWB网络和SDRAM之间传输数据时，MAC用作AHB总线，无须处理器核进行干预。这意味着处理器不会被数据传输任务占用，因而可用于控制后续UWB超帧的MAC设置。在这种架构下，任何AHB总线设备都可成为数据传输的目标或源，无论是传送到UWB-MAC，还是从UWB-MAC传出。对于UWB无线模块的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口标准。

　　2 集成在可定制应用处理器中的UWB-MAC和控制器外设

　　嵌入系统的其他必备部件包括用于电池管理的A/D转换器和脉宽调控器(PWM)。为将所有部件集成到SoC芯片中，并降低这种电池供电设备的功耗，选择标准的ASIC器件显然比较适合这类嵌入应用。

如果预计产量太低，不足以分担采用标准ASIC的开发成本，而功耗和成本又不允许采用FPGA，爱特梅尔公司的CAP可定制应用处理器显然就是最合适的选择(见图7)。这款基于ARM技术的微控制器具备所有常用的外设和标准Atmel ARM微控制器的软件驱动程序，外加实现用户定制功能的金属可编程逻辑区域，可在CAP金属可编程区域实现UWB-MAC和其他定制IP核，类似于门阵列。该微控制器的其他标准外设如外部总线接口(EBI)，可用于控制SDRAM，可以避免增添内存控制器的技术风险和成本。

图7 使用带有金属可编程模块的Atmel CAP9可定制微控制器实现UWB-MAC

为便于UWB应用开发，爱特梅尔公司提供一款CAP UWB评测工具套件(见图8)。CAP9器件的固定部分是一个标准的微控制器，该微控制器与一个用于仿真金属可编程模块的高密度FPGA耦合。用户可以快速配置这款评测工具套件，仿真目前正在开发的设计，在FPGA中实现UWB MAC和其他专用逻辑。在扩展板卡上实现UWB物理层。CAP UWB评测工具套件与一台运行业界标准ARM开发工具的PC连接，以完成系统开发和调试。这样的开发方式允许软硬件开发并行，从而大幅缩短开发时间。当系统经全面调试后，将UWB MAC和专用