CC2530单片机原理及应用教学课件第5章

时间 。
浪费功耗。
如果协调器存储了多个要转发的帧，假设这些帧的目的地址是各个终端 设备，那么将这些目的地址加载到源地址表中，只有地址匹配的终端设备地 址请求，才会给予自动应答。如果协调器中未存储某个设备地址的帧，那么， 协调器不会就此设备的轮询请求给予应答。节省了功耗。
5.1.2 源地址匹配
RF内核
定时器2用于无线电事件计时，以捕获输入数据包的时间戳。定时器2在 睡眠模式下也保持计数。
5.2 IEEE802.15.4-2006标准帧格式及处理
知识点1：数据帧处理 ✓ 提问1：数据帧由哪几个部分组成？如何产生数据帧？ ✓ 提问2：接收方在接收到数据帧之后如何处理？ 知识点2：确认帧 ✓ 提问：确认帧有什么作用？它由哪几部分组成？
5.2 IEEE802.15.4-2006标准帧格式及处理
CC2530支持的Zigቤተ መጻሕፍቲ ባይዱee协议栈，物理层和MAC层遵循 IEEE802.15.4-2006标准，所以本节学习基与该标准的数据帧发送 的基本知识，包括帧格式、帧处理过程。
5.2.1 帧格式
CC2530的帧格式包括数据帧格式、确认帧格式，下面分别介绍。 1. 数据帧格式
5.3.2 RXFIFO访问
RXFIFO访问 在对RXFIFO进行操作的过程中，可能会发生上溢或下溢的情况。 当RXFIFO接收到的数据超过128字节时，RXFIFO将产生溢出， 此种溢出被称为上溢； 当RXFIFO为空的时候，且软件从RXFIFO中读取数据时，会产生 溢出，此种溢出被称为下溢。 接收端的溢出可以通过设置寄存器标志来判定，并且溢出还可以 产生错误中断。
5.3.1 TXFIFO访问
有两种方式将数据帧写入到TXFIFO中。
通过写RFD寄存器的方式将数据帧写入到TXFIFO中。 通过使能FRMCTRL1.IGNORE_TX_UNDERF位，可以直接将数据写入
到无线存储器的RAM区域，它保存到TXFIFO。
以上两种对TXFIFO的操作，建议使用第一种方式，选择写RFD 寄存器的方式将数据帧写入到TXFIFO中。
（自动增益控制）控制，AGC调整模拟LAN的增益，使接收器内的信号
幅度维持在一个常量值。
无线网络设备的天线信号发射功率。
帧过滤和源匹配通过执行所有操作支持RF内核中的FSM，按照
IEEE802.15.4标准执行帧过滤和源地址匹配。
5.1.2 源地址匹仅配当帧过滤使能且RF收到的帧已经被接收时才执行源
寄存器位n对应短地址表中的条目n。
扩展地址配置寄存器
使 和 SRC用条SH了目O短2R✓3T地，E扩位N址需0展2的条要n地对第目使址应22能在扩S展R地CE址X表TE中N的2、条S目RCnE。XTEN1、SRCEXTEN0中使能，寄存器
位， SRCSHORTEN2的
最高位。
5.1.2 源地址匹配
同步头
帧负载
帧尾
MPDU的长度
帧引导序列
帧开始界定符 （SFD）
帧长度（LEN）
MAC数据帧头 （MHR）
MAC帧负载
帧尾（FCS）
MPDU PPDU
CC2530的数据帧格式由三部分组成：同步头、帧负载和帧尾。
FCS是通过MPDU计算的，定义FCS的表达式
G(S)=x16+x12+x5+1
5.2.1 帧格式
注意
5.2.1 帧格式
帧尾主要负责帧校验序列，如果用户设置了相应的寄存器，帧 尾域存储在一个单独的16位寄存器中。
帧尾域可以通过软件产生，也可以通过硬件部分产生。如果在 寄存器中设置了AUTOCRC，那么帧尾域由硬件自动产生；如果没 有设置AUTOCRC，那么帧尾域由软件产生。
5.2.1 帧格式
源地址匹配主要应用 ✓ 安全材料查询
为了减少处理安全帧所需的时间，可以配置源地址表，这样条目匹配 CPU 的安全密钥表。 ✓ 其它应用
只承认一组规定的节点，用来创建防火墙功能。
5.1.1 RF内核组成及功能
RF内核
是指被调制以传输信号的 波形，一般为正弦波。
频率合成器负责为RF信号产生载波。
电RAM和定时器2（MAC定时器）。
5.1.1 RF内核组成及功能
RF内核 FSM子模块控制RF收发器的状态、发送和接收FIFO、动态受控 的模拟信号。FSM子模块有3个基本功能：
FSM用于为事件提供正确的顺序； 为解调器的输入帧提供分布的处理，比如读帧长度、计算收到的字节
数、检查FCS、成功接收帧后，处理自动传输的确认帧； 控制在调制器/解调器和RAM的TXFIFO和RXFIFO之间传输数据。
5.2.2 帧处理
数据帧产生过程如下：
产生并自动传输帧引导序列和帧开始界定符。 传输帧长度域指定的字节数。 计算并自动传输帧尾。
5.2.2 帧处理
接收方在接收到数据之后需要做以下操作：
由硬件自动移除同步头。包括帧引导序列和帧开始界定符。 通过软件读取寄存器获得传输数据的长度。 通过软件过滤MAC数据帧头和MAC帧负载获得用户发送的数据。 硬件自动检查帧尾，并把结果存放到接收的数组中。 如果接收数据无误发送确认帧。
5.3.3 RF中断
RF中断有两种情况
RF数据发送/接收完成中断
发送数据时，当数据帧的帧开始界定符SFD域成功发送一个完整 的数据帧后，即将产生一个发送中断；接收数据时，当数据帧的帧开 始界定符SFD域成功接收一个完整的数据帧时将产生一个接收中断。
RF错误中断
即溢出中断，溢出中断又分为上溢和下溢。当数据对FIFO进行操 作过程中，只要发生溢出便会产生一个RF错误中断。
5.1.2 源地址匹配
RF内核
源地址匹配主要应用
✓ 帧未决位正确设置的自动确认传输
终端设备向协调器发起数据请求命令，协调器不管有没有该设备的数据，
一般都是设置帧未决位并发送确认帧，终端设备收到此包含帧未决位的协调
器的确认帧后，会认为协调器中缓存了本地设备的数据，会一直等待数据下
发。所以，即使没有帧使用，该设备必须保持它的接收器使能相当长的一段
命令选通处理器负责处理CPU发出的所有命令，并且自动执行 CSMA/CA机制。
无线电RAM负责发送数据的TXFIFO（发送数据缓冲区）和接收数据的 RXFIFO（接收数据缓冲区），同时也为帧过滤和源地址匹配存储参数。
RF内核包括384字节的物理RAM，位于地址0x6000到0x617F。其中配置和状态 寄存器位于地址0x6180到0x61EF。
5.1.1 RF内核组成及功能
RF内核
I 表示同相，Q表示正交，I/Q 信号指的是具有相同频率且相 位相差90°的两路数字信号。
调制器负责按照IEEE802.15.4标准把原始数据转换为I/Q信号发送到发
送器DAC。
提高频谱利用率
解调器负责从收到的信号中检索无线数据。解调器的振幅信息由AGC
RF内核
如何知道是否源地址匹配？ SRCRESMASK0、 SRCRESMASK1、 SRCRESMASK2组成一个24位
的向量，如果源地址表第n条短条目和收到的帧的源地址匹配，则该向量 位n置1，否则为0；如果源地址表第n条扩展条目和收到的帧的源地址匹 配，则该向量位2n和位2n+1 置1，否则为0。 寄存器SRCRESINDEX
5.3 FIFO访问
知识点1：TXFIFO访问 ✓ 提问：TXFIFO有什么作用？如何将数据帧写入
TXFIFO？ 知识点2：RXFIFO访问 ✓ 提问：RXFIFO有什么作用？如何操作RXFIFO？
5.3 FIFO访问
FIFO访问的主要功能是用于数据的发送和接收缓存，FIFO访问分为： TXFIFO访问 TXFIFO可以保存128字节，一次只能存一个帧。帧可以在不产 生TX下溢的情况下且在执行发送命令之前或之后进行缓冲。 RXFIFO访问 RXFIFO可以保存一个或多个收到的帧，但是总的字节数不能多 于128字节。如果要读取RXFIFO中的数据则要通过读取RFD寄存器 来获得。从RFD获得的数据第一个字节为读取的数据的长度。
主要特征 寄存器
数据操作 寄存器 帧过滤寄 存器 帧处理寄 存器
RF中断屏蔽 寄存器 RF中断标志 寄存器
信道设置 寄存器 控制输出 功率寄存器
无线电状 态寄存器 源地址匹 配寄存器
寄存器设 置更新 功能 RFST
重要指令
无线射频 数据发送案例
无线射频 数据接收案例
应用DMA进行无线 射频 数据传输 案例
同步头也称物理同步头，由两部分组成：
帧引导序列 帧开始界定符
帧引导序列由4个字节的“0”组成；帧开始界定符由RF自动发 送，并且固定不变（0x7A），即使软件也不能改变此项内容。
说明：同步头由硬件自动产生。
5.2.1 帧格式
帧负载由三部分组成：
帧长度域
2字节
1字节
0~20字节
帧控制域(FCF) 数据序列号 地址信息
两种中断由相应的中断寄存器来设置。
注意
5.4 RF寄存器
RF寄存器
RF数据操作寄存器 帧过滤寄存器 地址匹配寄存器 帧处理寄存器 RF中断寄存器 信道设置寄存器 补充的寄存器
点对点无 线通信实验
本章案例
【案例1】无线射频数据发送 【案例2】无线射频数据接收 【案例3】应用DMA进行无线射频数据传输
5.1 RF内核
知识点：CC2530 RF内核组成及功能 ✓ 提问：CC2530 RF内核由哪几部分组成？分别实
现什么功能？
5.1.1 RF内核组成及功能
RF内核
RF内核结构如下图所示，它控制模拟无线电模块，并且在MCU 和无线电之间提供一个接口，通过此接口可以实现发送命令、读取状 态和自动对无线电事件排序的功能。
RF寄存器
命令选通 处理器
RF数据接口
解调器 数据接收
频率 合成
器
调制器 数据发送
FIFO 缓冲区
帧控制
RF_N RF_P
5.1.1 RF内核组成及功能
RF内核
有限状态机
CC2530的RF内核包括以下几个部分：FSM子模块、调制器/解
调器、帧过滤和源匹配、频率合成器、命令选通处理器(CSP)、无线
MAC数据帧头 MAC帧负载
帧类型 使能安全 帧待定 确认请求 PAN内部 保留 目的地址模式 保留 源地址模式
位：0~2
3
4
5
6
7~9
10~11 12~13 14~15
其中帧长度域决定需要发送的字节数；MAC数据帧头用于判别 数据帧的帧类型；MAC负载为MAC层的发送的具体数据。
帧负载部分由软件配置完成。
确认帧格式 确认帧格式如下图所示，由图可知，确认帧由5部分组成，即帧引导
序列、帧开始界定符、帧长度、MAC数据帧头、帧尾，每部分各占 一个字节。确认帧和数据帧相比，少了MAC帧负载域。
帧引导序列 帧开始界定符(SFD) 帧长度(LEN) MAC数据帧头(MHR) 帧尾(FCS)
其中帧长度域决定需要发送的字节数；MAC数据帧头用于判别 数据确帧认的帧帧的类长型度；一M般A是C5负个载字为节M，A即C层每的一发部送分的占具有体一数个据字。节的空 注意 间。
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12个 IEEE
short 为设备的地址
个短
扩展
地址
地址
5.1.2 源地址匹配
RF内核
源地址匹配如何用？
短地址配置寄存器
SRCMATCH.SRC_MATCH_EN置1使能源地址匹配，通过软件分配源地 址表的条目，并使能短地址或扩展地址相应位：
✓ 短地地址 址在S寄R存C器S/H变O量RT端E模N式2、SRCSHORTE描N述1、SRCSHORTEN0中使能，
Radio Frequency 通过无线电波收发数据。
第5章 CC2530无线射频模块
日常生活中，使用射频 传输数据的技术都有哪些？ RFID、蓝牙、wifi等
本章知识拓扑图
RF内核
IEE802.15.4帧 格式及处 理
CC2530无线射频 模块
RF寄存器
命令选通 处理器
组成及功 能 源地址匹 配
当收到的帧中没有给出源地址，或收到的源地址没有匹配，位6:0为0x3F。 如果收到的源地址产生了匹配： ✓ 位4:0为具有最小索引号条目，短地址的索引号范围为0~23，扩展地址的索引
号范围0~11。 ✓ 位5：如果是短地址匹配为0，如果是扩展地址匹配为1。 ✓ 位6：SRCMATCH.AUTOPEND功能的结果。
RF内核
地址匹配。该功能由以下寄存器控制：SRCMATCH、
源地址匹配 SRCSHORTENn(n=0,1,2)、 SRCEXTENn(n=0,1,2)。
作用：将收到的帧的源地址和存储在无线电RAM中一个源地址表进行匹 配，该表占96字节。
地址
寄存器/变量 端模式
描述
panid为设备所在区域的网络地址