無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸后端RFW－D100的原理與應(yīng)用

引言

短程rf通信是一種比較熱門(mén)的通信技術(shù)，支持該通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)很多，如ieee802.11a、hiperlan2、ieee802.15.1（藍(lán)牙）、homerf和ieee802.11b（wi－fi）等，但總的來(lái)說(shuō)，支持這些標(biāo)準(zhǔn)的器件不適合低端產(chǎn)品，功耗大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高，以色列rf waves公司面向低端市場(chǎng)，推出的rfw102芯片組和rfw302芯片組，符合fcc（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）和etsi（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）的技術(shù)規(guī)范，用于短程rf通信，取得了很好的效果，rf waves公司還為這兩種芯片組提供了rfw－d100數(shù)字后端，筆者在以w78le516單片機(jī)、rfw102芯片組和rfw－d100數(shù)字后端為核心開(kāi)發(fā)產(chǎn)品時(shí)，深感rfw－d100所起的巨大作用：降低了單片機(jī)程序的復(fù)雜性，節(jié)省了cpu能量和資源。

1 rfw－d100簡(jiǎn)介

rfw－d100是為rfw102/rfw302芯片組提供的一個(gè)數(shù)字后端，它為mcu提供了一個(gè)并行接口，使之連到rfw102。在rf應(yīng)用中，mcu負(fù)責(zé)mac層的協(xié)議。rfw－d100減少mcu處理mac層協(xié)議的實(shí)時(shí)要求，使mcu通過(guò)一個(gè)并行口連接到rfw102，類似于存儲(chǔ)器尋址，它將快速的串行輸入轉(zhuǎn)換成8位的字節(jié)，使8位的mcu更容易處理。此外，rfw－d100僅使用一個(gè)低速率的振蕩器，通過(guò)1個(gè)16字節(jié)的fifo來(lái)緩沖輸入/輸出，使mcu與rfw－d100之間的尋址率更高，mcu不是每次中斷讀寫(xiě)1個(gè)字節(jié)，而是每16個(gè)字節(jié)，相比于每字節(jié)的輸入都引起一個(gè)中斷，這樣就明顯減少了mcu在讀輸入字節(jié)時(shí)的開(kāi)銷。當(dāng)使用fifo時(shí)，mcu為所有fifo的字節(jié)所付出的開(kāi)銷與沒(méi)有用fifo時(shí)僅為1個(gè)字節(jié)付出的開(kāi)銷是一樣的。

2 rfw－d100的結(jié)構(gòu)、工作原理及功能

rfw－d100的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

振蕩器模組是rfw－d100的時(shí)鐘源，可以不用，直接用一個(gè)外部振蕩器去驅(qū)動(dòng)rfw－d100，rfw－d100有三種模式：掉電模式、空閑模式和工作模式。前兩種模式可使芯片處于低功耗狀態(tài)，節(jié)省系統(tǒng)能量。由于在進(jìn)入前兩種模式前，保存了所有寄存器中的值，所以系統(tǒng)喚醒時(shí)間短。rfw－d100有一個(gè)預(yù)相關(guān)器，在數(shù)據(jù)進(jìn)行收/發(fā)時(shí)，rfw－d100首先檢測(cè)/發(fā)送一個(gè)預(yù)同步頭，目的是啟動(dòng)接收端的rfw102，以使接收端同步，rfw－d100為維持系統(tǒng)的靈敏性，在進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)，當(dāng)連"0"符號(hào)太多時(shí)，在傳送端會(huì)在數(shù)據(jù)流中自動(dòng)加一個(gè)"1"符號(hào)；而在接收端，rfw－d100會(huì)將這個(gè)"1"符號(hào)自動(dòng)拿走。rfw－d100能夠根據(jù)設(shè)置，自動(dòng)在要發(fā)送的每一信息包中加上附加的crc信息，在接收端也會(huì)自動(dòng)計(jì)算crc信息，進(jìn)行crc校驗(yàn)，降低mcu的負(fù)擔(dān)，提高數(shù)據(jù)的可靠性，當(dāng)有信息包要收發(fā)時(shí)，wdt通信看門(mén)狗可以在任何時(shí)候，將mcu從省電模式下喚醒。rfw－d100設(shè)置了16字節(jié)的接收/發(fā)送緩沖區(qū)，理論上能使mcu每128μs讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)，而不是串行情況下的1μs或在有串并轉(zhuǎn)換的情況下的8μs；rfw－d100的運(yùn)作以處理各種中斷事件為核心，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)情況靈活地啟動(dòng)/關(guān)閉中斷，以適應(yīng)各種環(huán)境。rfw－d100提供了網(wǎng)絡(luò)id濾波器和節(jié)點(diǎn)id濾波器，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址和節(jié)點(diǎn)地址過(guò)濾輸入信息，從而區(qū)別不同網(wǎng)絡(luò)和不同節(jié)點(diǎn)間的信息。rfw－d100中使用兩種技術(shù)以取得較強(qiáng)的載波偵聽(tīng)能力：（1）內(nèi)部比較器rssi（無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度指示）使rfw－d100可以鑒別任何強(qiáng)度的，也可能阻塞其自身的傳送；（2）射頻波網(wǎng)絡(luò)偵聽(tīng)算法，使rfw－d100避免與其本身網(wǎng)絡(luò)或同一區(qū)域不同網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的射頻波的沖突，rfw－d100的引腳功能如表1所列。

3 應(yīng)用

用rfw102芯片組和rfw－d100開(kāi)發(fā)一套點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)，上位機(jī)采用w78le516，通過(guò)usb總線與pc相連，通過(guò)rfw－d100與rfw102芯片組連接進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，下位機(jī)采用msp430f133，通過(guò)rfw－d100與rfw102芯片組連接進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)。開(kāi)發(fā)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，目前與sfw－d100，rfw102芯片組相關(guān)的文獻(xiàn)中所提供的電路，基本上都是參照產(chǎn)品的數(shù)據(jù)手冊(cè)，參考價(jià)值有限。這里，提供了一種上位機(jī)無(wú)線收發(fā)部分的硬件電路，如圖2所示。

在具體的開(kāi)發(fā)中，讀者可根據(jù)自己的mcu型號(hào)，參考圖2，配置rfw－d100的外圍電阻電容，即可形成自己可運(yùn)行的電路，其中rfw－d100的26、29、30號(hào)引腳直接與rfw102芯片組相應(yīng)引腳相連。

在mcu的軟件編程中，開(kāi)發(fā)人員實(shí)際要做的是對(duì)rfw－d100的各種寄存器進(jìn)行正確的尋址、寫(xiě)入控制字、讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)等，參考文獻(xiàn)[1]中有較詳細(xì)的描述，寄存器分配情況如表2所列。

這里，僅提出一點(diǎn)需要注意的地方，程序每次數(shù)據(jù)收發(fā)，都要對(duì)相關(guān)的控制寄存器進(jìn)行重新寫(xiě)入，否則數(shù)據(jù)不能正常收發(fā)。如下面的程序段，是在發(fā)送數(shù)據(jù)的前對(duì)各控制寄存器寫(xiě)入的控制字，控制字的具體含義見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]，其中write（…，…）自定義的宏，cs_pin即為圖2中mcu的p1.4腳。

4 結(jié)論

使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)后端rfw－d100進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，有以下優(yōu)點(diǎn)：更短的開(kāi)發(fā)時(shí)間，更短的上市時(shí)間，為其他方面的應(yīng)用節(jié)省cpu能量和資源，是一個(gè)簡(jiǎn)單的、標(biāo)準(zhǔn)的，完整的解決方案，開(kāi)發(fā)人員僅需要做外圍元器件的調(diào)整工作。