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单芯片MC13213的ZigBee平台协议实现(上)

  ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,该技术基于IEEE 802.15.4标准出。早期的ZigBee硬件都是微控制器(MCU)和IEEE 802.15.4射频芯片分离的。随着片上系统(SoC)的出现,ZigBee硬件也发展到了在一个芯片内部集成了MCU和射频芯片。
  为了更好地推广应用ZigBee,本文对物理层协议及编程方法进行了深入研究。物理层是ZigBee的关键技术,完整的ZigBee协议包括应用层(APL)、网络层(NWK)、媒介接入控制层(MAC)和物理层(PHY)等。物理层通过操作底层硬件为上层提供服务接口,因此物理层的稳定可靠关系到整个协议栈的健壮性,是其他层设计的基础。
  采用嵌入式构件化的设计方法,可提高物理层设计的可移植性和可重用性,目前很少有人做这方面的工作。本文采用射频片上系统(SoC)——MC13213设计了一个较通用的单芯片ZigBee硬件平台,分析和实现了ZigBee协议物理层,按照构件化的方法进行设计,并对构件进行了详细的测试,这不仅为基于物理层的简单应用提供了方法,而且为后续的MAC层的应用打下了基础。
  单芯片ZigBee解决方案——MC13213采用SoC技术,在9 mm×9 mm的LGA封装内集成了HCS08 MCU和遵循IEEE 802.15.4标准的第二代无线射频收发器MC1320x[3-4]。具有4 KB的RAM、60 KB的Flash,1个串行外设接口(SPI),2个异步串行通信接口(SCI),1个键盘中断模块(KBI),2个定时器/脉宽调制TPM(Timer/PWM)模块,1个8通道10位的模数转换器(ADC),以及多达32个的GPIO口等[5]。Modem内部已经集成了功率放大器PA(Power Amplifier)、低噪声放大器LNA(Low Noise Amplifier)和收/发开关(T/R switch),这在很大程度上降低了系统成本和射频电路的设计难度。
  Modem可以通过SPI接口、IRQ中断请求以及几个状态和控制信号与主控MCU实现交互。
  SPI命令通道是Modem与MCU之间的主要交互方式,使用标准的4线SPI进行通信。MCU通过SPI命令结构可以读/写Modem的寄存器内容、设置Modem的初始化参数、读取Modem的状态和控制信息。IRQ中断为Modem提供了一种通知MCU有关Modem内部所发生事件的方法,这样就免除了MCU一直轮询Modem,降低了MCU的运行开销。ATTN用来把Modem从低功耗模式唤醒,RXTXEN用来允许Modem的发送、接收和CCA等操作。GPIO1引脚反映了Modem收发机是否忙,GPIO2引脚可以反映所接收数据包的循环冗余校验CRC(Cyclical Redundancy Check)是否有效或者反映CCA的结果。
  Modem定义了两种数据传输模式:Stream模式和Packet模式。在Stream模式中,数据的发送和接收是逐字(word-by-word)处理的。而在Packet模式中,发送时,发送方先将待发送数据缓存在Modem的发送缓冲区(TX RAM)中,然后再发送;接收时,接收方先在接收缓冲区(RX RAM)中缓存收到的整个数据包,然后再通知MCU来读取。虽然Packet模式下数据的接收有稍许延迟,但其降低了对MCU的资源要求,在本协议栈实现过程中使用这种数据传输模式。
  基于MC13213单芯片的ZigBee平台实现物理层协议构件程序的设计,首先必须编写底层硬件驱动程序,然后设置Modem的运行方式,再进行数据包收发程序的设计等。

[来源:http://www.shandong-china.com/ [作者:admin [日期:11-12-23] [热度:]

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