“Контроллер для организации сенсорной сети” (стр. 5 из 11)

Модем обеспечивает цифровую индикацию мощности полученного сигнала (RSSI), которая облегчает реализацию функции ED стандарта IEEE 802.15.4.

LQI определен в стандарте IEEE 802.15.4 как характеристика мощности и/или качества данных полученного пакета. Модем измеряет показатель качества сигнала, основанный на величинах корреляции, который может использоваться вместе со значением ED в LQI.

Возможность CCA модема поддерживает все режимы работы, определенные в стандарте IEEE 802.15.4, а именно, Энергия выше порога ED, c опросом несущей и c опросом несущей и/или энергия выше порога ED.

8.3. Процессор полосы немодулированных частот

Процессор полосы немодулированных частот выполняет все функции уровня MAC IEEE802.15.4 (рис. 15.).

Рис. 15. Архитектура процессора полосы немодулированных частот.

8.3.1. Передача

Передача выполняется программным занесением данных, которые будут переданы в буфер кадра Tx/Rx вместе с параметрами, такими как адрес назначения и число повторений, программированием одного из таймеров протокола для указания времени, в которое нужно послать кадр. Это время будет определено программным обеспечением, прослеживающим аспекты более высокого уровня протокола, такие как хронометраж суперрамки и границы интервала. Как только пакет подготовлен, и таймер протокола установлен, блок супервизора управляет передачей. Когда наступает запланированное время, супервизор управляет последовательностью операций радио-блока и модема для выполнения требуемой передачи. Супервизор может выполнить все алгоритмы, требуемые IEEE802.15.4, такие как CSMA/CA и GTS без вмешательства процессора, включая повторения и случайные возвраты.

Когда начинается передача, из параметров, запрограммированных программным обеспечением, создается заголовок кадра и посылается с данными кадра в модем. В это время радио-блок готов к передаче. На пути потока данных к модему он попадает в генератор контрольной суммы, который вычисляет контрольную сумму и прикрепляет ее в конце кадра.

8.3.2. Прием

При приеме радио-блок настроен на получение данных на специфическом канале. По получении данных от модема кадр направляется в буфер кадра Tx/Rx, где и заголовок и данные кадра могут быть прочитаны программным обеспечением протокола. При получении заголовка кадра может быть сгенерировано прерывание. Полученный кадр от модема передается в генератор контрольной суммы; в конце приема результат контрольной суммы сравнивается с контрольной суммой в конце кадра для контроля правильности получения кадра.

8.3.3. Авто подтверждение

Часть протокола позволяет переданным кадрам быть подтвержденными адресатом путем посылки подтверждающего пакета в пределах очень короткого промежутка времени после того, как передаваемый кадр был получен. Процессор полосы немодулированных частот JN513x может автоматически создавать и отправлять подтверждающий пакет без вмешательства процессора и программного обеспечения. Процессор полосы немодулированных частот JN513x может также запрашивать подтверждающие пакеты на переданные кадры и производить их прием без вмешательства процессора.

8.3.4. Посылка маяка

Процессор полосы немодулированных частот может автоматически генерировать и послать кадры «маяк»; частота повторения испускания маяков запрограммирована центральным процессором. Кадр «маяк» содержит данные, предоставленные процессором. Процессор полосы немодулированных частот формирует маяки и передает их без вмешательства центрального процессора.

8.3.5. Безопасность

Процессор полосы немодулированных частот поддерживает передачу и прием защищенных кадров, используя стандарт шифрования (AES). Это сделано пропусканием приходящих и уходящих данных через действующий механизм безопасности, который в состоянии выполнить операции кодирования и расшифровки «на лету», с минимальным вмешательством процессора. Центральный процессор должен обеспечить соответствующими кодами шифровки/расшифровки для передачи или приема. При передаче код может быть запрограммирован как часть данных кадра и информации настройки.

Во время приема центральный процессор должен искать код в заголовке входящего кадра. Однако, аппаратные средства механизма безопасности могут обработать данные намного быстрее чем входящая скорость передачи данных кадра. Это означает, что можно подать прерывание на центральный процессор при получении заголовка входящего пакета, найти и предоставить код прежде, чем прибудет конец кадра. Данное обстоятельство позволяет полностью расшифровать кадр к моменту его поступления в буфер.

Некоторые протоколы (например ZigBee) требуют выполнения операций безопасности над буферизированными данными. Аппаратная реализация механизма кодирования значительно ускоряет обработку содержимого этих буферов. Библиотека AES для JN513x обеспечивает две операции vAHI_SecurityEncode () и vAHI_SecurityDecode (), которые используют механизм кодирования в устройстве и позволяют преобразовывать содержимое буферов памяти. Информация, такая как тип операции безопасности, которая будет выполнена, и код шифровки/расшифровки также должна быть предоставлена.

9. Цифровой ввод/вывод

К штырькам цифрового ввода/вывода (DIO) на JN513x могут быть приложены сигналы, превышающие VDD2 не более, чем на 2V, т.е. DIO являются ТТЛ-совместимыми.

Схематическое представление ячейки DIO изображено на рис. 16.

Рис. 16. Эквивалентная схема DIO.

Контроллер снабжен 21 выводом DIO каждый из которых может быть настроен или как ввод или как вывод. Каждый штырек снабжен внутренним резистором на 45kΩ, использование которого задается программно. Большинство штырьков DIO являются мультиплексными с периферийными устройствами. Как только включают внешнее устройство, оно использует соответствующие штырьки для своих целей. После сброса все внешние устройства выключены, штырьки DIO конфигурированы на ввод, внутренний резистор задействован.

Когда периферийное устройство отключено, штырьки DIO, связанные с ним, могут использоваться как цифровые вводы или выводы. Конфигурация каждого штырька DIO программируется индивидуально. Направление передачи информации устанавливается функцией vAHI_DioSetDirection (), которая управляет сигналами разрешения вывода (OE) и ввода (IE). Чтением и записью управляют, используя vAHI_DioSetOutput () и u32AHI_DioReadInput () функции. Использованием резистора, Rpu для каждого штырька управляют через vAHI_DioSetPullup ().

Рис. 17. Блок-схема узла DIO.

При сбросе штырьки DIO находятся в состоянии высокого импеданса. В спящем и глубоко спящем режимах штырьки DIO сохраняют направление ввода – вывода, штырьки, запрограммированные на вывод сохраняют уровень, который был установлен до перехода в спящий режим. Сконфигурированный на ввод штырек может использоваться для генерации прерывания (возможен выбор перепада импульса или от низко к высокому или высокого к низкому лог. уровню); прерывание может быть разрешено или замаскировано. Когда устройство бездействует, с помощью прерываний можно разбудить его. Выбор перепада прерывания осуществляется с использованием vAHI_DioInterruptEdge (). Разрешение и маскировка прерываний DIO осуществляется функцией vAHI_DioInterruptEnable (), в то время как состояние прерывания DIO проверяется u32AHI_DioInterruptStatus ().

10. Последовательный периферийный интерфейс

Последовательный периферийный интерфейс (SPI) обеспечивает высокоскоростную синхронную передачу данных между JN513x и периферийными устройствами. JN513x управляет шиной SPI, т.е. является ведущим, а все другие устройства, связанные с SPI, - ведомые под управлением JN513x. SPI обладает следующими особенностями:

• Дуплексная, синхронная передача данных с использованием до трех проводников;
• Программируемая скорость передачи информации до 16Мбит/с;
• Программируемый размер транзакции 8,16 или 32 бита;
• Поддержка режимов SPI стандарта 0, 1, 2, 3 для управления соотношением между синхроимпульсами и передаваемыми / получаемыми данными;
• Автоматическое подчинение устройств (до 5 шт.);
• Маскируемое прерывание завершения транзакции;
• Возможность начала передачи данных со старшего или младшего бита.

Шина SPI использует простую схему передачи данных на базе сдвигового регистра. Данные синхронно заносятся в регистр first-in, first-out (FIFO), что позволяет устройствам SPI передавать и получать данные одновременно (рис. 18).

Рис. 18. Блок-схема последовательного периферийного интерфейса.

JN513x содержит три специализированных вывода SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, доступные всем устройствам на шине SPI. Передачи происходят по линиям ввода SPIMOSI (Master-Out-Slave-In) или вывода SPIMISO (Master-In-Slave-Out) относительно сигнала SPICLK (синхронизация), сгенерированного контроллером.

JN513x обеспечивает выбор пяти подчиненных устройств, используя выводы SPISEL0 - SPISEL4. SPISEL0 - специализированный вывод, соединенный с флэш-памятью, а SPISEL1 – 4 выполняют дополнительные функции выводов DIO 0 - 3 соответственно (рис. 19).

Рис. 19. Подключение устройств SPI.

Интерфейс может передавать данные по 8, 16 или 32 бита без программного вмешательства и может удерживать линии выбора устройств утвержденными между передачами, если необходимо выполнить более длинные передачи.

Скорость передачи данных по шине SPI определяется частотой сигнала SPICLK. JN513x позволяет управлять скоростью передачи данных от 16 МГц до 250 кГц настройкой коэффициента деления делителя частоты. Фаза и полярность импульсов SPICLK также настраиваемы. Они определяют перепад SPICLK, используемый JN513x для выдачи данных на линию SPIMOSI; противоположный перепад будет использоваться для чтения данных с линии SPIMISO. Эти параметры задаются функцией vAHI_SpiConfigure () (табл. 2).