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去年，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)及基于該標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee規(guī)范著實(shí)引起電子界的一陣騷動(dòng),因?yàn)樗峁┝四壳捌渌鼰o線標(biāo)準(zhǔn)所無法比擬的優(yōu)勢，包括：實(shí)現(xiàn)成本低、工作功耗極低及在可靠性和便攜性方面非常突出。據(jù)市場研究公司In-Stat預(yù)測，2008年802.15.4節(jié)點(diǎn)的年出貨量將超過1.5億個(gè)。工程師構(gòu)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要挑戰(zhàn)之一是要開發(fā)一套基礎(chǔ)設(shè)施，特別是在某些更復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域中。例如，在工業(yè)市場(ZigBee的關(guān)鍵增長領(lǐng)域之一)，一個(gè)典型應(yīng)用約需部署5000個(gè)802.15.4節(jié)點(diǎn)。
在工業(yè)市場，ZigBee網(wǎng)絡(luò)需要覆蓋更廣闊的區(qū)域，如大型辦公或制造場所，并將被用于連接一系列不同的應(yīng)用，包括從HVAC(加熱、通風(fēng)和空調(diào))控制到安全和門禁控制系統(tǒng)等。區(qū)域的廣闊性與應(yīng)用的多樣性都增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，以及需要部署的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。為能在更廣闊的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)這樣的系統(tǒng)，將需要既包括與多個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)通信的全功能設(shè)備(FFD)又包括僅執(zhí)行點(diǎn)對點(diǎn)連接的精簡功能設(shè)備(RFD)的多級網(wǎng)絡(luò)。
為管理如此巨大數(shù)量的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，需創(chuàng)建一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，將來自不同ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信息回傳到中央控制點(diǎn)。借助個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)協(xié)調(diào)器，用戶可通過中央控制點(diǎn)對系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測和控制。ZigBee PAN協(xié)調(diào)器是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的核心。圖1所示的是一個(gè)非�；镜腪igBee網(wǎng)絡(luò)，它能被用于各種建筑或工業(yè)場所，以實(shí)現(xiàn)HVAC控制、安全/門禁控制和火災(zāi)監(jiān)測。這些都是ZigBee的典型應(yīng)用。所有通信通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
通常，底層FFD和RFD將由微控制器(MCU)控制，該MCU通過隊(duì)列串行外設(shè)接口(QSPI)與ZigBee收發(fā)器相連。MCU的選擇取決于該設(shè)備是否作為一個(gè)其下仍轄有ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的FFD�；A(chǔ)的RFD通常由一個(gè)8位MCU控制，但對FFD來說，根據(jù)其復(fù)雜程度及所連接的網(wǎng)絡(luò)，其控制單元可以是8位、16位或低端的32位MCU。
與中央控制點(diǎn)的接口
因?yàn)镻AN協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以及與中央控制點(diǎn)的通信，所以它是構(gòu)建一個(gè)魯棒ZigBee網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵所在。對PAN協(xié)調(diào)器的關(guān)鍵要求包括：
A. 在更大更復(fù)雜的系統(tǒng)(如一個(gè)制造場所)，其中央控制點(diǎn)很可能超出ZigBee網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，甚至可能被安放在另一幢建筑中。所以，PAN協(xié)調(diào)器可能需通過有線連接與中央控制點(diǎn)進(jìn)行通信。因?yàn)橐蕴W(wǎng)在工業(yè)市場的應(yīng)用越來越普及，所以在大多數(shù)場合，以太網(wǎng)是最可能的選擇。系統(tǒng)中以太網(wǎng)的應(yīng)用為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)帶來兩個(gè)潛在影響。
圖1：一個(gè)非常基本的ZigBee網(wǎng)絡(luò)
1．要考慮處理以太網(wǎng)接口所需的處理器帶寬。
2．為驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)接口，網(wǎng)絡(luò)將需要相應(yīng)的底層驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議棧，這就增加了系統(tǒng)內(nèi)PAN控制器對程序存儲(chǔ)器的需求。
B. 驅(qū)動(dòng)整個(gè)PAN網(wǎng)絡(luò)的通信。因?yàn)橐粋�(gè)大的PAN網(wǎng)絡(luò)將使通信量增加，所以PAN協(xié)調(diào)器需要更高的帶寬。
C. 標(biāo)記整個(gè)ZigBee個(gè)人局域網(wǎng)。PAN協(xié)調(diào)器必須儲(chǔ)存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“地圖”，并識別網(wǎng)絡(luò)內(nèi)哪些節(jié)點(diǎn)是FFD或RFD以及各部分的功能。對復(fù)雜的大型工業(yè)系統(tǒng)來說，為存儲(chǔ)這樣一張圖將需要更多的存儲(chǔ)器。
D. 具備與網(wǎng)絡(luò)中的新節(jié)點(diǎn)建立動(dòng)態(tài)鏈接的能力。在大型系統(tǒng)的使用周期中，系統(tǒng)可能需要添加新節(jié)點(diǎn)。PAN協(xié)調(diào)器必須能容易地與這些新節(jié)點(diǎn)建立連接，無論它們在網(wǎng)絡(luò)中的任何一點(diǎn)，也無論它們是FFD還是RFD。此外，PAN協(xié)調(diào)器要能確定這些新節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的職責(zé)。為使PAN協(xié)調(diào)器能有效地履行這種任務(wù)，它需要更大的本地程序存儲(chǔ)器，因而也必須具備訪問這些存儲(chǔ)器的能力。
MCF5208微處理器是能滿足PAN協(xié)調(diào)器需要的器件，因?yàn)樗峁┝艘粋�(gè)低成本但靈活的平臺，能適應(yīng)最復(fù)雜ZigBee系統(tǒng)的要求。
MCF5208內(nèi)置的ColdFire V2核具有166MHz/159MIPS的性能，這使它超越用于控制底層FFD或RFD節(jié)點(diǎn)的8、16或32位MCU的性能。MCF5208還整合了關(guān)鍵構(gòu)建模塊，使設(shè)計(jì)師更容易實(shí)現(xiàn)他們的ZigBee解決方案。這些關(guān)鍵模塊包括：帶MII接口的10/100Base T以太網(wǎng)MAC模塊、8K統(tǒng)一緩存/16K SRAM、DDR SDRAM存儲(chǔ)器控制器、外部總線接口、QSPI、32位定時(shí)器、多個(gè)串行連接以及用于調(diào)試和測試的BDM/JTAG端口。
豐富的存儲(chǔ)器
采用基于微處理器的方案的好處之一是許多MCU可能無法提供足夠的內(nèi)置存儲(chǔ)器，以滿足底層驅(qū)動(dòng)程序、程序存儲(chǔ)、協(xié)議棧以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)的需要。所有這些功能要求系統(tǒng)擁有1到4MB的存儲(chǔ)器，這超過了許多標(biāo)準(zhǔn)MCU提供的存儲(chǔ)容量，甚至超出了某些8/16位MCU能夠?qū)ぶ返姆秶６鳰CF5208具有一個(gè)集成的DDR SDRAM存儲(chǔ)器控制器，它向下兼容SDR DRAM存儲(chǔ)器，這允許開發(fā)人員根據(jù)系統(tǒng)需要選擇DRAM存儲(chǔ)器配置。
另外，外部總線接口能連接閃存、EEPROM、ROM和SRAM，同樣使開發(fā)人員能根據(jù)他們的系統(tǒng)需求來靈活集成存儲(chǔ)器。最后，MCF5208的另一個(gè)主要優(yōu)勢是該芯片是專為低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)的，而低功耗是ZigBee應(yīng)用的關(guān)鍵要求之一。MCF5208是率先實(shí)現(xiàn)分布式時(shí)鐘的ColdFire處理器之一，允許逐個(gè)使能/關(guān)閉各模塊的時(shí)鐘。這允許設(shè)計(jì)人員使用一個(gè)8MHz的外部晶振和一個(gè)低功耗的時(shí)鐘分頻器將CPU頻率降低至244Hz。
來源：電子工程專輯
