基于ZigBee技术的无线数据采集系统 - 图文(8)

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元。

? 指定拓扑传输路由，网络层数据实体能够发送一个网络层的协议数据

单元到一个合适的设备，该设备可能是最终目的通信设备，也可能是在通信链路中的一个中间通信设备。 ? 安全：确保通信的真实性和机密性。

一个NWK帧（即NPDU）由两个基本部分组成：NWK头和NWK有效载荷。NWK头部分包含帧控制、地址和序号信息；NWK有效载荷部分包含的信息因帧类型的不同而不同，它是可变长度。NWK头中的字段按固定的顺序排列，但不是每个NWK帧都包含完整的地址和序列信息字段。NWK帧的一般格式如表2.3：

表2.3 网络层数据帧结构 Tab.2.3 NWK layer frame structure 字节数：2 帧控制 路由字段 NWK头 NWK有效载荷 2 目的地址 2 源地址 1 半径 1 序号 可变长度 帧有效载荷 4、 应用层

ZigBee应用层由三个部分组成，APS子层、ZDO（包含ZDO管理平台）和制造商定义的应用对象。APS子层的任务是维护绑定表和在绑定设备之间传递信息。ZDO负责定义设备在网络中的角色（如ZigBee协调器或终端设备）、发现设备并决定设备所能提供的应用服务、初始化并响应绑定请求和在网络设备之间建立安全关系。

应用支持子层给网络层和应用层通过ZigBee设备对象和制造商定义的应用对象使用的一组服务提供了接口，该接口提供了ZigBee设备对象和制造商定义的应用对象使用的一组服务。通过两个实体提供这些服务：数据服务和管理服务。APS数据实体(APSDE)通过与之连接的SAP，即APSDE-SAP提供数据传输服务。APS管理实体(APSME)通过与之连接的SAP，即APSME-SAP提供管理服务，并且维护一个管理实体数据库，即APS信息库（NIB）。

每个APS帧（APDU）包含两个基本部分：APS帧头和APS有效载荷。帧头由帧控制信息和地址信息组成；有效载荷则是可变长度，与帧类型相关的有效

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信息。APS帧头中各字段是以固定顺序排列的，但不是所有帧都包含地址信息字段。APS帧一般格式表2.4所示：

上层实体APSDE-SAPAPSME-SAPAPS数据实体APS管理实体APS信息库NLDE-SAPNWK层实体NLME-SAP

图2.7 APS子层的参考模型 Fig.2.7 The APS layer reference model

表2.4 APS帧格式 Tab.2.4 APS layer frame structure 字节数：1 帧控制 地址字段 APS帧头 APS有效载荷 0/1 目的端点 0/1 簇标识 0/2 配置文件标识 0/1 源端点 帧有效载荷 可变长度 5、 安全服务层

ZigBee提供的安全服务包括密钥建立，密钥运输、帧保护和设备管理的方法。ZigBee 的安全层的构架包括协议栈中三个层次的安全机制，MAC 子层，网络层和 APS 层主要负责各自的数据帧的安全传输。另外，APS 子层为建立和保持安全关联提供服务，ZigBee 设备的安全策略和安全构架由 ZDO 管理。 ZigBee 网络中的安全密钥(security keys)主要是基于链接密钥(link key)和网络密钥(network key)。APL 对等层之间的单播(Unicast)通信安全主要依靠两个设备共享的 128 位链接密钥来保证，而多播(broadcast)通信安全则由网络中众多设备分享的 128 位网络密钥来保证。这样信息接收者就能够知道确切的安全措施，也就是说信息接收者可以知道一个数据帧是否被链路密钥或网络密钥加密了。

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2.4 Zigbee无线芯片的选取

目前市场上符合ZigBee标准的芯片有多种多样。Zigbee 联盟的各大芯片生产商 Chipcon、Freescale、Ember、Jennic、RadioPulse、OKI、Helicomm 等公司纷纷推出各自的 Zigbee 无线解决方案。表2.5选取了比较有代表性的几个芯片做比较。

表2.5 ZigBee芯片的比较

Tab.2.5 The compare of different ZigBee chip 芯片型号 MCU 内存容量 休眠电流 收发JN5121 32位RISC 16MHz 96K RAM，64K ROM 5uA MC132XX 8位 40MHz 4K RAM，60K Flash 40uA ?/? mA ADC，Timer，UART，EM250 16位XAP 5K RAM，128K Flash 1.5uA 29/33mA ADC，Timer，CC2430 8051内核 32MHz 8K RAM，128K Flash 1uA 27/25mA ADC，Timers，UART 50/40mA 电流 外围ADC，DAC，UART，SPI，接口 I2C，Timer，Comparator SPI，I2C，Comparator UART，SPI，I2C 为了既能完成设计要求又能简化设计为原则，通过比较发现，只有CC2430采用标准的8051处理器，其他三个芯片都是采用自己的微处理器，在这里我们选用Chipcon公司的CC2430作为本设计的主芯片。

CC2430是一颗真正的系统芯片(SOC)CMOS解决方案。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本，低功耗的要求。CC2430以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，同时其结合了Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈、工具包和参考设计，展示了领先的ZigBee解决方案[17]。

CC2430芯片在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它使用了一个8位MCU，具有128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器（ADC）、几个定时器（Timer）、AES-128协同处理器、看门狗定时器（Watchdog-timer）、32kHZ晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（Power-On-Reset）、掉电检测电路（Brown-Out-detection），以及21个可编程I/O引脚。

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CC2430芯片采用0.18?mCMOS工艺生产，工作时的电流损耗为27mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别为27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

2.5 系统的开发方法和工具

2.5.1 IAR开发环境

本文选择了IAR Embedded Workbench作为下位机软件开发平台。其界面友好，调试功能强大得到了广泛应用。本系统的所有源程序代码均在IAR下调试通过。

IAR Embedded Workbench为开发不同的目标处理器的项目提供了强有力的集成开发工具。该集成开发环境中IAR的C/C++编辑器，汇编工具，链接器，库管理器，文件编辑器、工程管理器和C-SPY调试器。IAR EW适用于开发基于8位、16位以及32位微处理器的嵌入式系统，其集成开发环境具有统一界面，为用户提供了一个易学和具有最大代码继承能力的开发平台，以及对各种特殊目标的支持。IAR Systems的C/C++编译器可以生产高效可靠的可执行代码，并且应用程序规模越大，效果越明显；与其他的工具开发商相比，系统提示使用全局和针对具体芯片的优化技术；连接器提供的全局类型检测和范围检测对于生产目标代码的质量是至关重要的[18]。IAR Embedded Workbench生成的可执行代码可以运行于更小尺寸、更低成本的微处理之上，从而降低了产品的开发成本。

IAR Embedded Workbench集成的编译器的主要产品特征有： ? 高效的PROMable代码 ? 完全标准C 兼容

? 内建对芯片的程序速度和大小优化器 ? 目标特性扩充

? 版本控制和扩展工具支持良好 ? 便捷的中断处理和模拟 ? 瓶颈性能分析

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? 高效浮点支持 ? 内存模式选择

用IAR EW进行开发的典型步骤如下：

第一步配置开发环境,选择芯片类型、程序堆栈大小、仿真器类型等。 第二步编辑并编译源文件。

第三步连接目标文件,包含调试选项。 …… 此处隐藏：1800字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……