一种ZigBee以太网网关的设计

其中OSTaskCreate(taskStart，…)为μC／OS-Ⅱ操作系统第一个任务，在其中要进行目标板和TCP／IP的初始化，并建立以太网通信处理任务taskNet、SPI通信处理任务taskSPI和串口通信处理任务taskUART，最后通过OSStart()启动μC／OS-Ⅱ内核。以太网通信处理任务task Net启动LwIP协议栈，完成TCP和UDP相关通信服务；SPI通信处理任务taskSPI完成通过SPI总线与ZigBee射频模块的通信；串口通信处理任务taskUART完成网关参数配置相关工作。
2．2 射频模块软件设计
ZigBee射频模块软件设计是基于CC2530芯片，移植了TI公司的ZigBee协议栈Z-Stack，Z-Stack协议栈采用轮转查询式操作系统，包括系统初始化和操作系统的执行，系统初始化完成初始化硬件平台和软件架构所需要的各个模块，为操作系统的运行做好准备工作，系统初始化完成后，就开始执行操作系统入口程序。轮转查询式操作系统专门分配了存放所有任务事件的tasksEvents[]数组，每个单元对应存放着每一个任务的所有事件，操作系统通过一个do—while循环来遍历tasksEvents[]，找到优先级最高的任务来处理，射频模块软件工作流程如图5所示。

2．3 SPI通信协议设计
ZigBee射频模块通过SPI总线和主控板进行通信，网关设计中配置主控板为SPI主机，射频模块为SPI从机，主机和从机之阀的双向通信均采用应答和超时重发机制。根据SPI总线传输协议，从机不能主动向主机发送数据，所以采用—个主机和从机之间相连的GPI0口，来配合完成从机向主机的数据发送功能，主机到从机通信流程如图6所示，从机到主机通信流程如图7所示。

3 网关测试
3．1 测试方法
网关测试使用两台ZigBee以太网网关、两台电脑和TCPUDP测试工具软件进行，在电脑X和电脑Y上分别安装TCPUDP测试工具软件，网关测试如图8所示。
3．2 测试结果
网关A ZigBee参数配置：设备类型(协调器)、通信信道(2．410 GHz)、网络标识(0x1123)、发送模式(点对点)；网关B ZigBee参数配置：设备类型(终端)、通信信道(2．410 GHz)、网络标识(0x1123)、发送模式(点对点)。
网关A通过其以太网接口和电脑X相连，网关A以太网参数配置：通信协议(TCP)、通信模式(服务器)；电脑X上运行TCPUDP测试工具软件，以太网参数配置：通信协议(TCP)、通信模式(客户端)，配置完成后连接网关A。以同样的方式通过以太网接口连接网关B和电脑Y，并进行参数配置，之后完成TCP连接工作。
配置和连接工作完成后将网关A和电脑X分别置于一点(M点)，将网关B和电脑Y分别置于距离M点视距D米的另一点(N点)，在电脑X上通过TCPUDP测试工具软件每隔Ts，发送一次包长为LByte的数据包，在电脑Y上进行数据接收；反之在电脑Y上发送数据包，在电脑X上接收数据，通过此种方法进行ZigBee以太网网关数据传输测试。

从表1中可以看出，在传输距离为视距600 m和800 m时，数据传输丢包率均为O；在视距1 000 m时，由于无线信号衰减，出现了较小的数据丢包或者断包。由测试结果可以得出，设计的ZigBee以太网网关在发送包长为1 024 Byte的情况下，能够保证在视距800 m之内进行数据可靠传输，在视距1 000 m时丢包率很小，在同类产品中具有较好的先进性和技术优势。

4 结束语
以物联网实际应用为背景，设计了ZigBee以太网网关解决了广泛应用于物联网领域的ZigBee技术到互联网的连接，在ZigBee无线网络和互联网之间搭建了一个透明的数据传输通道。射频模块的单独设计，从工艺上和技术上，保证了射频PCB板材的选择要求和射频信号特殊处理需求，既降低了产品成本，又提高了产品性能。通过增加射频前端功放电路，提高了射频模块的发射功率和接收灵敏度，网关测试结果表明设计的网关具有显著的技术竞争力和市场推广价值。