實現(xiàn)ZigBee PAN協(xié)調(diào)器的更佳選擇

　　去年，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)及基于該標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee規(guī)范著實引起電子界的一陣騷動,因為它提供了目前其它無線標(biāo)準(zhǔn)所無法比擬的優(yōu)勢，包括：實現(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)點的年出貨量將超過1.5億個。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)，一個典型應(yīng)用約需部署5000個802.15.4節(jié)點。

　　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ZigBee節(jié)點通信的全功能設(shè)備(FFD)又包括僅執(zhí)行點對點連接的精簡功能設(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，需創(chuàng)建一個樹形結(jié)構(gòu)，將來自不同ZigBee網(wǎng)絡(luò)的信息回傳到中央控制點。借助個人局域網(wǎng)(PAN)協(xié)調(diào)器，用戶可通過中央控制點對系統(tǒng)實施監(jiān)測和控制。ZigBee PAN協(xié)調(diào)器是整個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的核心。圖1所示的是一個非�；�本的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，它能被用于各種建筑或工業(yè)場所，以實現(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)實現(xiàn)。

　　通常，底層FFD和RFD將由微控制器(MCU)控制，該MCU通過隊列串行外設(shè)接口(QSPI)與ZigBee收發(fā)器相連。MCU的選擇取決于該設(shè)備是否作為一個其下仍轄有ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的FFD。基礎(chǔ)的RFD通常由一個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。

　　與中央控制點的接口

　　因為PAN協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個網(wǎng)絡(luò)以及與中央控制點的通信，所以它是構(gòu)建一個魯棒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)(如一個制造場所)，其中央控制點很可能超出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進(jìn)行通信。因為以太網(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)計帶來兩個潛在影響。

圖1：一個非�；�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)動以太網(wǎng)接口，網(wǎng)絡(luò)將需要相應(yīng)的底層驅(qū)動程序和協(xié)議棧，這就增加了系統(tǒng)內(nèi)PAN控制器對程序存儲器的需求。

　　B. 驅(qū)動整個PAN網(wǎng)絡(luò)的通信。因為一個大的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ZigBee個人局域網(wǎng)。PAN協(xié)調(diào)器必須儲存整個網(wǎng)絡(luò)的“地圖”，并識別網(wǎng)絡(luò)內(nèi)哪些節(jié)點是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，為存儲這樣一張圖將需要更多的存儲器。

　　D. 具備與網(wǎng)絡(luò)中的新節(jié)點建立動態(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。PAN協(xié)調(diào)器必須能容易地與這些新節(jié)點建立連接，無論它們在網(wǎng)絡(luò)中的任何一點，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器，因而也必須具備訪問這些存儲器的能力。

　　MCF5208微處理器是能滿足PAN協(xié)調(diào)器需要的器件，因為它提供了一個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)計師更容易實現(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存儲器控制器、外部總線接口、QSPI、32位定時器、多個串行連接以及用于調(diào)試和測試的BDM/JTAG端口。

　　豐富的存儲器

　　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)置存儲器，以滿足底層驅(qū)動程序、程序存儲、協(xié)議棧以及實時操作系統(tǒng)(RTOS)的需要。所有這些功能要求系統(tǒng)擁有1到4MB的存儲器，這超過了許多標(biāo)準(zhǔn)MCU提供的存儲容量，甚至超出了某些8/16位MCU能夠?qū)ぶ返姆秶�。而MCF5208具有一個集成的DDR SDRAM存儲器控制器，它向下兼容SDR DRAM存儲器，這允許開發(fā)人員根據(jù)系統(tǒng)需要選擇DRAM存儲器配置。

　　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器。最后，MCF5208的另一個主要優(yōu)勢是該芯片是專為低功耗應(yīng)用設(shè)計的，而低功耗是ZigBee應(yīng)用的關(guān)鍵要求之一。MCF5208是率先實現(xiàn)分布式時鐘的ColdFire處理器之一，允許逐個使能/關(guān)閉各模塊的時鐘。這允許設(shè)計人員使用一個8MHz的外部晶振和一個低功耗的時鐘分頻器將CPU頻率降低至244Hz。

來源：電子工程專輯