基于MC13213的单芯片ZigBee平台的物理层协议研究与实现

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物理层管理实体(PLME)维护了物理层正常工作所必须的一些属性参数，包括物理层支持的信道列表、当前用于发送和接收的信道、物理层的发射功率以及CCA模式4个属性。每个属性都有一个唯一的属性标识符，并且某些属性还有一些特定的取值范围。属性的读和写分别由属性设置和读取函数来实现，由于物理层的属性较少，直接通过switch/case语句实现即可。

4 物理层构件测试

按照前面分析的ZigBee物理层编程结构编写测试程序，可用于对物理层的构件功能进行测试。测试可先进行SPI单次读写事务测试，然后再进行数据包收发测试。

4.1 SPI单次读写事务的正确性测试

在对Modem的内部寄存器初始化之前，可利用SPI单次读事务获取Modem寄存器的内容，并通过串口输出显示与Modem寄存器的复位值对比是否一致。接着利用SPI单次写事务，对Modem进行初始化，初始化后，再把修改后的Modem寄存器的内容通过串口输出显示，与修改值比较，即可得出SPI写事务是否正确。

4.2 物理层数据包的收发测试

物理层数据包的收发测试需要一个发送节点和一个接收节点相互配合。对于能否正确收发需要测试两种情况，发送节点分别发送奇数个和偶数个字节的数据，看接收节点能否正确收到。这部分的测试是借助于串口调试工具来完成的，接收节点把收到的数据发往PC机串口显示。

物理层数据包收发的可靠性测试条件如下：一个发送节点和一个接收节点，二者相距5 m左右，其中发送节点每次发送长度为20 B的数据，并且数据中的最后2 B作为一个16 bit的整数，用来记录发送次数，每发送一次其值加1。发送节点何时开始发送数据由PC方测试软件控制，接收节点负责接收数据并发给PC端测试软件显示，通过比较发送字节数与接收字节数以及数据中的发送次数字段，可以得出数据丢失情况。所有的测试数据会写入后台的ACCESS数据库中，以供将来进行数据的统计分析。试验中测试的一组数据如表1所示，丢包率不超过0.1%。

本文研究了ZigBee协议物理层的SPI事务协议、Modem的工作模式等关键技术和编程方法，实现了基于单芯片ZigBee平台的构件化的底层硬件驱动程序和物理层数据包收发程序。测试表明，此硬件平台稳定可靠、实现容易，不但方便了其他研究人员学习和实践ZigBee技术，降低了研究ZigBee技术的门槛，还由于采用了单芯片设计和构件化设计方法，具有较高的可移植性和可重用性，使其很容易应用到实际项目中。同时为ZigBee协议栈后续其他层的研究和实现打下了基础，并为其他协议的应用研究提供了参考。

参考文献

[1] 刘新，吴秋峰.无线个域网技术及相关协议[J].计算机工程，2006，32(22)：102-103.

[2] 吴光荣，章剑雄.ZigBee网络系统节点硬件设计与实现[J].杭州电子科技大学学报，2008，28(4)：49-52.

[3] IEEE. Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) specifications for low-rate wireless personal area networks[S]. IEEE Std 802.15.4-2006， September 2006.

[4] IEEE. Wireless medium access control(MAC) and physical layer(PHY) specifications for low-rate wireless personal area networks[S]. IEEE Std 802.15.4-2003， October 2003.

[5] ZigBee Alliance. ZigBee specification[EB/OL]. http：//www.zigbee. org/en/spec-download， 2007.

[6] Freescale. MC13213： 2.4GHz RF transceiver and 8-bit MCU with 60K of flash for ZigBee applications[EB/OL]. http：//www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary. jsp?code=MC13213&nodeId=0106B9869925657103， 2009.

[7] Freescale. MC13224V： MC1322x platform in a package[EB/OL]. http：//www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MC13224V&nodeId=0106B9869925657103， 2009.

[8] Freescale. MC13213RM. pdf[DB/OL]. http： //www. freescale. com/， 2009.