Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Вторник, 19 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Разработки беспроводных устройств диапазона 2,4 ГГц: элементная база, програмное обеспечение, средства отладки и проектирования

Частотный диапазон 2,4 ГГц в последнее время завоёвывает всё большую популярность в системах контроля, управления, телеметрии и передачи данных. Повышенный интерес к нему не в последнюю очередь был вызван появлением новой беспроводной технологии ZigBee и лежащего в её основе стандарта IEEE802.15.4. Уже опубликовано множество статей, описывающих данную технологию и особенности стандарта, поэтому остановимся более подробно на вопросах выбора элементной базы, разработки аппаратной части и проектирования программного обеспечения беспроводных устройств

Комплект микросхем для электронных систем бесконтактной идентификации

В статье рассмотрен базовый состав микросхем, разработанных в НПО "Интеграл" (г. Минск) и предназначенных для применения в электронных системах бесконтактной идентификации и платёжных пластиковых картах

Беспроводная передача данных в безлицензионном диапазоне 433 МГц

Рассмотрены вопросы построения системы передачи данных в диапазоне 433 МГц на основе микросхемы СС1021 компании Texas Instruments. Показаны преимущества и недостатки использования интегрального трансивера по сравнению с радиопередающими системами на основе готовых модулей.

 

20 мая

Особенности применения беспроводного контроллера JN5121 в сети ZIGBEE

Тема статьи - применение беспроводной технологии ZigBee. Рассматриваются особенности построения сенсорных сетей на базе продукции [[компании Jennic]].



С

егодня многим уже знакомы технологии низкоскоростной беспроводной передачи данных, которые решают проблемы обмена информацией в системах безопасности, автоматизации и телеметрии различных объектов. Основным направлением в этой области крупнейшие мировые производители электронных компонентов считают технологию ZigBee. Основными ее достоинствами являются:

– достаточно высокая скорость передачи — 250 Кбит/с;

– различные архитектуры сети — «кластерное дерево» и «одноранговая ячеистая» топологии [1];

– наличие стандартов построения приемопередатчика для частотных диапазонов 868…868,6; 902…928 и 2400…2485,3 МГц [1];

– возможность шифрования данных;

– самоформирование и самовосстановление сети.

ZigBee ориентирована на передачу данных в системах телеметрии, там, где не выдвигается жестких требований к задержкам при передаче данных. Эта технология позволяет охватить единой беспроводной сетью целые здания и другие крупные объекты с большим числом узлов (по стандарту — до 65 тыс.). Все это достигается за счет применения сложных механизмов маршрутизации сообщений, что позволяет передавать информацию через десятки промежуточных узлов сети к конечной точке. В этой статье мы не будем останавливаться на самой технологии, основной акцент будет сделан на примерах ее применения. Более подробно о возможностях сетей ZigBee можно узнать в [2].

В состав ZigBee Alliance входит более 200 фирм. Лидерами рынка ZigBee являются такие компании, как Freescale, Texas Instruments (Chipcon) и Jennic. Компания Jennic, основанная в 1996 г., на протяжении уже 10 лет является одним из лидеров рынка полупроводниковой продукции для телекоммуникаций. Помимо продукции по технологии ZigBee, компания занимается разработкой интегральных схем для новейшего оборудования проводных и беспроводных операторов связи. Направление ZigBee Jennic считает сейчас для себя очень важным, поэтому компания уделяет большое внимание работе с заказчиками, в том числе и на российском рынке. В этой статье работа с ZigBee рассматривается на примере новинок от Jennic.

Система Jennic выбрана в качестве примера в силу таких уникальных особенностей продукции, как высочайшая производительность, открытость программного обеспечения и стека ZigBee, объединение приемопередатчика и микроконтроллера в одном чипе и др.

В основе всех продуктов Jennic в области ZigBee лежит беспроводной микроконтроллер JN5121, который представляет собой объединение 32-разрядного микроконтроллера RISC с приемопередатчиком диапазона 2,4 ГГц. Микроконтроллер выполнен в корпусе QFN56 размером 8 x 8 мм (см. рис. 1). Технические характеристики JN5121 приведены в таблице 1.

Как упоминалось ранее, компания Jennic бесплатно предоставляет стек ZigBee для своих продуктов. Стек поставляется в виде объектных библиотек, которые можно загрузить с сайта производителя [3] из раздела «Support». С точки зрения программирования стек ZigBee — это «черный ящик», в который пользователь помещает данные, адресную информацию и дополнительные параметры. Остальную обработку, связанную с передачей данных (маршрутизация, проверка целостности, повторная посылка и т.д.), берет на себя стек, поэтому программирование системы на базе готового стека имеет значительные преимущества по сравнению с работой на уровне SMAC (Simple Media Access Control). Использованиеготового стека ZigBee от Jennic позволяет разработчику минимизировать затраты по созданию сетевой структуры и маршрутизации при реализации сложных ячеистых сетей.

Создание системы на платформе Jennic для программистов будет заключаться в создании пользовательского приложения, которое обрабатывает данные периферийных устройств и передает их стеку ZigBee для отправки через сеть. Прием данных приложением также осуществляется через стек. Данная схема работы представлена на рисунке 2. Желтым на рисунке обозначены пути прохождения потоков информации.

Разработчику системы на базе стека Jennic доступна лишь верхняя часть — «Пользовательское приложение». На рисунке 2 можно увидеть, что часть информации будет проходить через устройство, не доходя до обработчиков пользователя, — это либо маршрутизируемые другому устройству пакеты, либо служебные сетевые сообщения, связанные с работой стека. Остальные сообщения попадают в написанные пользователем функции. Для большей структурированности уровня приложения в спецификации ZigBee существуют определенные каркасы пользовательских обработчиков. В каркас может входить до 240 (ограничение адресации в стандарте) пользовательских объектов, каждый из которых не зависит от других. Рассмотрим целесообразность такого подхода на примере простейшей системы управления светом, состоящей из двух модулей ZigBee, к каждому из которых присоединены соответственно две лампы или два выключателя. Решая задачу управления лампами, можно пойти по пути создания приложения, которое анализирует получаемые данные и принимает решение о включении/выключении одной из ламп. Пример такой реализации представлен на рисунке 3 (вариант А). Плюсом такого решения является простота структуры приложения. Недостатки же проявятся при масштабировании системы — будет необходимо полностью менять структуру приложения, что сделает решение неоправданно сложным. Вариант Б на рисунке 3 демонстрирует способ решения задачи, который использовал ZigBee Alliance [4]. Основная идея заключается в применении отдельных программно-независимых модулей, находящихся в одном устройстве. Каждый модуль выполняет строго определенный список задач и связан с соответствующим модулем на другом устройстве. Такой подход позволяет упростить процедуру создания системы до написания нескольких объектов.

Логические связи между объектами устанавливаются в соответствии с таблицей Binding при инициализации сети. Таким образом, задача масштабирования сводится к редактированию записей в таблице связей.

Пользовательский объект в терминах ZigBee Alliance называется конечной точкой.

Сообщения, отправляемые одним пользовательским объектом другому, дополняются полями адресации, в которых определено, какой конечной точке и на каком устройстве предназначается информация. Сообщения могут отправляться двумя типами пакетов уровня приложения: MSG и KVP [1]. Типы пакетов KVP представляют собой готовые варианты методов обмена информацией между устройствами периферии, их использование в большинстве случаев оправдано и позволяет строить системы передачи информации с понятными и прозрачными принципами общения устройств. Пакеты MSG являются универсальным инструментом обмена информацией, который позволяет строить любые протоколы взаимодействия конечных точек. Однако использование этого типа пакетов может сильно затруднить процесс отладки при проектировании крупной сети. Выбор одного из этих двух вариантов — отдельная задача для каждого проекта.

После детального проектирования системы разработка пользовательского приложения на базе Jennic является относительно простой задачей. Как было показано ранее, на одном микроконтроллере

могут работать несколько отдельных

программных модулей, а также сам

стек, управляющий работой приемопередат

чика. Задачу разделения

аппаратных ресурсов берет на себя BOS («Базовая операционная система») (см. рис. 4). BOS поочередно переключается между всеми зарегистрированными процессами, позволяя обеспечить максимальную производительность процессора для решения каждой задачи.

Пользователь может создавать отдельные задачи, взаимодействие между которыми он определяет сам. Для этого в BOS API существуют специальные функции добавления пользовательских задач и связанных с ними событий. Одним из таких событий может являться срабатывание таймеров, которые устанавливаются также через BOS API.

Кроме этого, BOS позволяет выделять и освобождать память микроконтроллера на пользовательские приложения. В целом же данная ОС сильно упрощает задачу разработчика, связанную с применением различных программных модулей на одном микроконтроллере.

Для работы с многочисленной периферией JN5121 доступны десятки функций соответствующей библиотеки. К ним относятся функции приема и передачи данных через порты UART, SPI и GPIO, настройка и использование различных таймеров, чтение и запись в энергонезависимую память и т.д. [5]. Основные части управления аппаратной частью беспроводного микроконтроллера JN5121:

– управление системой — группа функций, связанных с режимами пониженного энергопотребления;

– безопасность — группа функций работы со встроенной системой криптозащиты передаваемой информации;

– таймеры — группа функций по созданию таймеров для пробуждения модуля из «режима сна», формированию периодических прерываний и т.д.;

– аналоговая периферия — группа функций работы с портами цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования;

– компараторы — группа функций по работе с двумя встроенными компараторами, формированию соответствующих прерываний и пробуждению модуля при превышении уровня входящего аналогового сигнала;

– цифровые входы/выходы — функции управления направлением портов GPIO и передачи информации по ним;

– UARTs и SPI — функции настройки данных портов, формирования прерываний и чтения/записи в порт;

– NVRAM — функции чтения/записи в энергонезависимую память.

Для работы с микроконтроллером компания Jennic предлагает открытую среду разработки, которая включает в себя: окружение cygwin, компилятор GCC, отладочный модуль DDD, программу для перепрошивки флэш-памяти, подключенной по SPI. Процедура создания программы в данной среде схожа с разработкой в ОС Linux или FreeBSD. Ввиду открытости среды к ней можно легко присоединить внешние библиотеки функций или даже, например, используя лишь MAC-уровень от Jennic, установить на JN5121 свою операционную систему и стек. Такой подход может быть оправдан, если у пользователя уже есть стек ZigBee собственной разработки, и ему необходима мощная аппаратная платформа для его применения.

В настоящее время на базе компонентов Jennic в России активно ведутся разработки в таких областях, как автоматизированные системы коммерческого учета энергоресурсов (АСКУЭ), охранные системы, сбор данных в нефтегазовой промышленности и системы «умный дом».

 

ЛИТЕРАТУРА

1. ZigBee Alliance, спецификация ZigBee//www.zigbee.org/en/spec_download/download_request.asp.2. Захарьев В.А. Особенности построения беспроводных сетей на базе технологии ZigBee//Электронные компоненты,2006, №1.

3. Jennic Ltd//www.jennic.com.

4. ZigBee Alliance//www.zigbee.org.

5. Jennic Ltd, библиотека функций периферии JN5121//JN-RM-2001-Hardware-Peripheral-Library-1v7.pdf.

Оцените материал:

Автор: Виктор Захарьев



Комментарии

0 / 0
0 / 0
 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты