PAN協調器

在工業市場,ZigBee網路需要覆蓋更廣闊的區域,如大型辦公或製造場所,並將被用於連線一系列不同的套用,包括從HVAC(加熱、通風和空調)控制到安全和門禁控制系統等。區域的廣闊性與套用的多樣性都增加了系統的複雜性,以及需要部署的節點數量。為能在更廣闊的區域實現這樣的系統,將需要既包括與多個ZigBee節點通信的全功能設備(FFD)又包括僅執行點對點連線的精簡功能設備(RFD)的多級網路。

在工業市場,ZigBee網路需要覆蓋更廣闊的區域,如大型辦公或製造場所,並將被用於連線一系列不同的套用,包括從HVAC(加熱、通風和空調)控制到安全和門禁控制系統等。區域的廣闊性與套用的多樣性都增加了系統的複雜性,以及需要部署的節點數量。為能在更廣闊的區域實現這樣的系統,將需要既包括與多個ZigBee節點通信的全功能設備(FFD)又包括僅執行點對點連線的精簡功能設備(RFD)的多級網路。

圖1 圖1

為管理如此巨大數量的無線網路節點,需創建一個樹形結構,將來自不同ZigBee網路的信息回傳到中央控制點。藉助個人區域網路(PAN)協調器,用戶可通過中央控制點對系統實施監測和控制。ZigBeePAN協調器是整個ZigBee網路的核心。圖1所示的是一個非常基本的ZigBee網路,它能被用於各種建築或工業場所,以實現HVAC控制、安全/門禁控制和火災監測。這些都是ZigBee的典型套用。所有通信通過ZigBee網路實現。

通常,底層FFD和RFD將由微控制器(MCU)控制,該MCU通過佇列串列外設接口(QSPI)與ZigBee收發器相連。MCU的選擇取決於該設備是否作為一個其下仍轄有ZigBee網路層的FFD。基礎的RFD通常由一個8位MCU控制,但對FFD來說,根據其複雜程度及所連線的網路,其控制單元可以是8位、16位或低端的32位MCU。

與中央控制點的接口

因為PAN協調器負責協調整個網路以及與中央控制點的通信,所以它是構建一個魯棒ZigBee網路的關鍵所在。對PAN協調器的關鍵要求包括:

A.在更大更複雜的系統(如一個製造場所),其中央控制點很可能超出ZigBee網路的覆蓋範圍,甚至可能被安放在另一幢建築中。所以,PAN協調器可能需通過有線連線與中央控制點進行通信。因為乙太網在工業市場的套用越來越普及,所以在大多數場合,乙太網是最可能的選擇。系統中乙太網的套用為網路設計帶來兩個潛在影響。

1.要考慮處理乙太網接口所需的處理器頻寬。

2.為驅動乙太網接口,網路將需要相應的底層驅動程式和協定棧,這就增加了系統內PAN控制器對程式存儲器的需求。

B.驅動整個PAN網路的通信。因為一個大的PAN網路將使通信量增加,所以PAN協調器需要更高的頻寬。

C.標記整個ZigBee個人區域網路。PAN協調器必須儲存整個網路的“地圖”,並識別網路內哪些節點是FFD或RFD以及各部分的功能。對複雜的大型工業系統來說,為存儲這樣一張圖將需要更多的存儲器。

D.具備與網路中的新節點建立動態連結的能力。在大型系統的使用周期中,系統可能需要添加新節點。PAN協調器必須能容易地與這些新節點建立連線,無論它們在網路中的任何一點,也無論它們是FFD還是RFD。此外,PAN協調器要能確定這些新節點在網路中的職責。為使PAN協調器能有效地履行這種任務,它需要更大的本地程式存儲器,因而也必須具備訪問這些存儲器的能力。

MCF5208微處理器是能滿足PAN協調器需要的器件,因為它提供了一個低成本但靈活的平台,能適應最複雜ZigBee系統的要求。

MCF5208內置的ColdFireV2核具有166MHz/159MIPS的性能,這使它超越用於控制底層FFD或RFD節點的8、16或32位MCU的性能。MCF5208還整合了關鍵構建模組,使設計師更容易實現他們的ZigBee解決方案。這些關鍵模組包括:帶MII接口的10/100BaseT乙太網MAC模組、8K統一快取/16KSRAM、DDR SDRAM存儲器控制器、外部匯流排接口、QSPI、32位定時器、多個串列連線以及用於調試和測試的BDM/JTAG連線埠。

豐富的存儲器

採用基於微處理器的方案的好處之一是許多MCU可能無法提供足夠的內置存儲器,以滿足底層驅動程式、程式存儲、協定棧以及實時作業系統(RTOS)的需要。所有這些功能要求系統擁有1到4MB的存儲器,這超過了許多標準MCU提供的存儲容量,甚至超出了某些8/16位MCU能夠定址的範圍。而MCF5208具有一個集成的DDRSDRAM存儲器控制器,它向下兼容SDRDRAM存儲器,這允許開發人員根據系統需要選擇DRAM存儲器配置。

另外,外部匯流排接口能連線快閃記憶體、EEPROM、ROM和SRAM,同樣使開發人員能根據他們的系統需求來靈活集成存儲器。最後,MCF5208的另一個主要優勢是該晶片是專為低功耗套用設計的,而低功耗是ZigBee套用的關鍵要求之一。MCF5208是率先實現分散式時鐘的ColdFire處理器之一,允許逐個使能/關閉各模組的時鐘。這允許設計人員使用一個8MHz的外部晶振和一個低功耗的時鐘分頻器將CPU頻率降低至244Hz。

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