BasicRF 简析

2023年12月28日发(作者：奇瑞远景x3报价及图片)

BasicRF 简析（四：appSwitch()简析）

appSwitch()在SI中的函数关系如图1所示，其中basicRfInit()和basicRfSendPacket()两个函数比较有内容的，本文主要针对这两个函数进行展开。

图1

开始之前先介绍三个比较重要的结构体： basicRfRxInfo_t、basicRfTxState_t和 basicRfPktHdr_t

//接收帧信息

typedef struct {

uint8 seqNumber; //帧序号；

uint16 srcAddr; //源地址；

uint16 srcPanId; //源节点的PANID；

int8 length; //帧长度；

uint8* pPayload; //该指针指向帧数据即：净载荷数据；

uint8 ackRequest; //帧控制域的应答位信息；

int8 rssi; //接收信号强度指示；

volatile uint8 isReady; //通过CRC校验，数据接收完成，该标志位进行后续读取操作；

uint8 status; //待定

} basicRfRxInfo_t;

//发送状态信息

typedef struct {

uint8 txSeqNumber; //帧序号；

volatile uint8 ackReceived; //ACK是否接收完成；

uint8 receiveOn; //是否处于接收状态；

uint32 frameCounter; //发送帧计数；

} basicRfTxState_t;

//BasicRf 帧头(IEEE 802.15.4)

typedef struct {

uint8 packetLength; //帧长度；

uint8 fcf0; // Frame control field LSB

uint8 fcf1; // Frame control field MSB

uint8 seqNumber; //帧序号；

uint16 panId; //PANID；

uint16 destAddr; //目的地址；

uint16 srcAddr; //源地址；

#ifdef SECURITY_CCM //安全选项；

uint8 securityControl;

uint8 frameCounter[4];

#endif

} basicRfPktHdr_t;

(一) 关于basicRfInit()

/***********************************************************************************

* @fn basicRfInit

* @brief Initialise basic RF datastructures. Sets channel, short address

and

* PAN id in the chip and configures interrupt on packet reception

* 初始化BasicRF数据结构,如：通道选择、短地址、PANID及接收中断的配置；

* @param pRfConfig - pointer to BASIC_RF_CONFIG struct.

* This struct must be allocated by higher layer

* txState - file scope variable that keeps tx state info //发送状态信息；

* rxi - file scope variable info extracted from the last incoming

* frame //最新的所接收帧信息；

* @return none

uint8 basicRfInit(basicRfCfg_t* pRfConfig)

{

if (halRfInit()==FAILED) //Rf初始化，启用Rf的推荐简单配置，可选的PA模块配置，始终返回Success；

return FAILED;

halIntOff(); //关闭总中断；

// Set the protocol configuration

pConfig = pRfConfig; //指向相关配置信息；

ad = NULL; //清空本节点的接收载荷数据；

eOn = TRUE; //halRfInit()中开启接收；

ounter = 0; //发送帧计数值；

umber = 0x88; //自行修改第一个发送帧序号初始值；

// Set channel

halRfSetChannel(pConfig->channel); //将定义的通道号写入相关寄存器；

// Write the short address and the PAN ID to the CC2520 RAM

halRfSetShortAddr(pConfig->myAddr); //将定义的本节点地址写入相关寄存器；

//#define

SHORT_ADDR0 XREG( 0x6174 )

//#define

SHORT_ADDR1 XREG( 0x6175 )

halRfSetPanId(pConfig->panId); //将定义的PANID写入相关寄存器；

//#define

PAN_ID0 XREG( 0x6172 )

//#define

PAN_ID1 XREG( 0x6173 )

// if security is enabled, write key and nonce

#ifdef SECURITY_CCM

basicRfSecurityInit(pConfig);

#endif

// Set up receive interrupt (received data or acknowlegment)

halRfRxInterruptConfig(basicRfRxFrmDoneIsr); //对函数指针进行赋值，关联相应的中断函数，即：声明中断程序；

halIntOn(); //开启总中断；

//为什么要开闭总中断一次先启用发送节点后启用接收节点时，意外的接收中断？

return SUCCESS;

}

basicRfInit()如上代码所示，该函数仅对RF做简单初始化、通道选择、PANID、本节点地址进行配置，最后为RF接收中断声明一个函数指针basicRfRxFrmDoneIsr；

/***********************************************************************************

* @fn halRfRxInterruptConfig

* @brief Configure RX interrupt.

* //配置接收中断，将RX中断指向一段可执行程序；

* @param none

* @return none

void halRfRxInterruptConfig(ISR_FUNC_PTR pf)

{

uint8 x;

HAL_INT_LOCK(x); //保存EA并将其清零；

pfISR= pf; //将函数指针赋值，而 pfISR将在RX中断时被执行；

HAL_INT_UNLOCK(x); //恢复之前EA的值；

}

/************************************************************************************

* @fn rfIsr

* @brief Interrupt service routine that handles RFPKTDONE interrupt.

* //RX中断服务程序；

* @param none

* @return none

HAL_ISR_FUNCTION( rfIsr, RF_VECTOR )

{

uint8 x;

HAL_INT_LOCK(x);

if( RFIRQF0 & IRQ_RXPKTDONE )

{

if(pfISR){

(*pfISR)(); // Execute the custom ISR

//如果pfISR不为空则将调用函数指针所指向的函数basicRfRxFrmDoneIsr（）；

}

S1CON= 0; // Clear general RF interrupt flag

RFIRQF0&= ~IRQ_RXPKTDONE; // Clear RXPKTDONE interrupt

}

HAL_INT_UNLOCK(x);

}

RF中断采用了宏声明的方式（协议栈中多采用宏来声明中断，而非常规C语言函数），其声明语句如下：

#define HAL_ISR_FUNC_DECLARATION(f,v) _PRAGMA(vector=v)

__near_func __interrupt void f(void) //中断函数声明的宏；

#define HAL_ISR_FUNC_PROTOTYPE(f,v) _PRAGMA(vector=v)

__near_func __interrupt void f(void) //中断函数原型的宏；

#define HAL_ISR_FUNCTION(f,v) HAL_ISR_FUNC_PROTOTYPE(f,v);

HAL_ISR_FUNC_DECLARATION(f,v) //中断函数定义宏，包括

//原型和声明；

其中rfIsr对应于宏中的 f(void)，类似于指向其自身HAL_ISR_FUNCTION()。

（二）关于basicRfSendPacket()

/***********************************************************************************

* @fn basicRfSendPacket

* @brief Send packet

* @param destAddr - destination short address //目的地址；

* pPayload - pointer to payload buffer. This buffer must be

* allocated by higher layer. //需要MAC层以上产生要发送的数据（指针或数组）；

* length - length of payload //要发送数据的长度；

* txState - file scope variable that keeps tx state info //发送状态信息；

* mpdu - file scope variable. Buffer for the frame to send //对数据进行封包为物

理层协议数据单元；

* @return basicRFStatus_t - SUCCESS or FAILED

uint8 basicRfSendPacket(uint16 destAddr, uint8* pPayload, uint8 length)

{

uint8 mpduLength;

uint8 status;

// Turn on receiver if its not on

//保证设备处于接收状态，其初始值在halRfInit()中开启接收并在basicRfInit()中被赋值为TRUE；

if(!eOn) {

halRfReceiveOn();

}

// Check packet length

//取最小的有效数据长度，类似与可变长度域，可变长度值是很有用的例如：串口透传的数据长度；

//最大数据载荷为

//#define BASIC_RF_MAX_PAYLOAD_SIZE (127 -

BASIC_RF_PACKET_OVERHEAD_SIZE - BASIC_RF_AUX_HDR_LENGTH

- BASIC_RF_LEN_MIC)

//后面两项为安全选项的附加信息，可根据需要自行调整；

length = min(length, BASIC_RF_MAX_PAYLOAD_SIZE);

// Wait until the transceiver is idle

//根据SFD和TX_Active 状态位来判定设备是否处于空闲状态；

//SFD状态位为0说明设备目前无发送无接收；

halRfWaitTransceiverReady();

// Turn off RX frame done interrupt to avoid interference on the SPI

interface

//防止2591冲突

halRfDisableRxInterrupt();

mpduLength = basicRfBuildMpdu(destAddr, pPayload, length); //根据目的地址、载荷数据及长度信息进行封包；

#ifdef SECURITY_CCM

halRfWriteTxBufSecure(txMpdu, mpduLength, length, BASIC_RF_LEN_AUTH,

BASIC_RF_SECURITY_M);

ounter++; // Increment frame counter field

#else

halRfWriteTxBuf(txMpdu, mpduLength); //使用ISFLUSHTX()清空TXFIFO 并清除IRQ_TXDONE中断溢出标志位，将MPDU一个字节一个字节的写入RFD；

#endif

// Turn on RX frame done interrupt for ACK reception

//仅仅是始能接收中断，为发送完成后自动进入接收模式接收 ACK做准备性工作；

//仅作为发送节点且不启用ACK的话，这部分语句都可以省略去；

halRfEnableRxInterrupt();

// Send frame with CCA. return FAILED if not successful

//仅仅进行数据发送并没有进行CCA（比较坑爹的注释，事实是自己也没怎么仔细看- -！）；

//若发送前进行CCA，需要ISSAMPLECCA 再进行ISTXONCCA 判断CCA标志位的值进行后续操作；

if(halRfTransmit() != SUCCESS) {

status = FAILED;

}

// Wait for the acknowledge to be received, if any

//如果启用ACK，则在发送完成后进行进行等待580μs

//实际测试中发送7个字节的数据，两个节点先后发送A和B两个数据帧，两个数据帧的间隔大概需要不小于440μs+580μs+330μs (粗略估计^_^)的时间间隔Sniffer才能捕捉到A的应答帧（这些多出的时间由节点程序准备和结束时间？）可以确定的是接受节点接收先后两个数据帧的时间间隔要大于580μs，时间间隔太短不能正确接收后一个数据帧，可以通过启用CCA解决这个冲突；

if (pConfig->ackRequest) {

eived = FALSE;

// We\'ll enter RX automatically, so just wait until we can be sure that the

ack reception should have finished

// The timeout consists of a 12-symbol turnaround time, the ack packet

duration, and a small margin

halMcuWaitUs((12 * BASIC_RF_SYMBOL_DURATION) +

(BASIC_RF_ACK_DURATION) + (2 * BASIC_RF_SYMBOL_DURATION) +

10);

// If an acknowledgment has been received (by RxFrmDoneIsr), the

ackReceived flag should be set

status = eived ? SUCCESS : FAILED;

} else {

status = SUCCESS;

}

// Turn off the receiver if it should not continue to be enabled

//如果不需要继续接收则关闭接收

if (!eOn) {

halRfReceiveOff();

}

if(status == SUCCESS) {

umber++;

}

#ifdef SECURITY_CCM

halRfIncNonceTx(); // Increment nonce value

#endif

return status;

}

根据以上basicRfSendPacket()基本流程：确保设备处于接收状态→确认数据有效长度→等待设备处于发送空闲状态→构建LEN+MPDU→LEN+MPDU写入TXFIFO→始能接收中断→执行发送选通命令进行数据发送→如果要求有ACK应答，则延时等待ACK→关闭接收状态；另外从上述流程中可以看出，将数据写入TXFIFO并不进行数据的发送，需要通过相关的选通命令在启动发送！！

其中basicRfSendPacket()调用basicRfBuildMpdu()对上层（通常为应用层）产生的数据进行封包操作，介绍basicRfBuildMpdu()之前简单介绍下802.15.4数据帧结构。

图2

以数据帧为例：

MAC的上层产生Payload作为 MAC Payload，即：MSDU；

MPDU = MHR + MAC Payload + MFR，即：PSDU;

PPDU = SHR + PHR + MPDU ；//PHR+MHR+MAC Payload 需要写入TXFIFO，SHR和MFR（AUTOCRC = 1时）硬件自动完成；

802.15.4数据帧结构简单介绍完毕，更具体的参见802.15.4协议文档，下面恢复正题；

/***********************************************************************************

* @fn basicRfBuildMpdu

* @brief Builds mpdu (MAC header + payload) according to IEEE

802.15.4

* frame format //根据802.15.4协议的帧结构构建 MPDU（MAC帧头+净载荷数据，而由于AUTOCRC = 1则FCS不必手动写入TXFIFO，可以忽略但空间长度需要保留）；

* @param destAddr - Destination short address //目的地址；

* pPayload - pointer to buffer with payload //净载荷数据buffer；

* payloadLength - length of payload buffer //净载荷数据长度；

* @return uint8 - length of mpdu //MPDU的长度= MAC Hdr + MAC

Payload；

static uint8 basicRfBuildMpdu(uint16 destAddr, uint8* pPayload, uint8

payloadLength)

{

uint8 hdrLength, n;

hdrLength = basicRfBuildHeader(txMpdu, destAddr,

payloadLength); //构建lEN+MHR，见下面代码；

//将净载荷数据放置于 MHR 后组成MPDU；

for(n=0;n

{

txMpdu[hdrLength+n] = pPayload[n];

}

return hdrLength + payloadLength; // total mpdu length

}

/***********************************************************************************

* @fn basicRfBuildHeader

* @brief Builds packet header according to IEEE 802.15.4 frame

format

* //根据802.15.4 协议构建帧头；

* @param buffer - Pointer to buffer to write the header //MPDU的buffer；

* destAddr - destination short address //目的短地址；

* payloadLength - length of higher layer payload //载荷数据长度；

* @return uint8 - length of header //帧头长度；

static uint8 basicRfBuildHeader(uint8* buffer, uint16 destAddr, uint8

payloadLength)

{

basicRfPktHdr_t *pHdr; //帧头指针；

uint16 fcf; //存储帧控制域相关信息变量；

pHdr= (basicRfPktHdr_t*)buffer; //帧头buffer 指向 MPDU buffer；

// Populate packet header

//将相关信息存至帧头buffer；

//帧头长度定义为

//#define BASIC_RF_PACKET_OVERHEAD_SIZE ((2 + 1 + 2 + 2 + 2)

+ (2))

//其对应关系为（（FCF+SeqNum+PANID+DestAddr+SrcAddr）+（FCS））

//然后将帧头信息赋值给帧头 buffer；

pHdr->packetLength = payloadLength +

BASIC_RF_PACKET_OVERHEAD_SIZE;

//pHdr->frameControlField = pConfig->ackRequest ?

BASIC_RF_FCF_ACK : BASIC_RF_FCF_NOACK;

fcf= pConfig->ackRequest ? BASIC_RF_FCF_ACK :

BASIC_RF_FCF_NOACK;

pHdr->fcf0 = LO_UINT16(fcf);

pHdr->fcf1 = HI_UINT16(fcf);

pHdr->seqNumber= umber;

pHdr->panId= pConfig->panId;

pHdr->destAddr= destAddr;

pHdr->srcAddr= pConfig->myAddr;

#ifdef SECURITY_CCM

// Add security to FCF, length and security header

pHdr->fcf0 |= BASIC_RF_SEC_ENABLED_FCF_BM_L;

pHdr->packetLength += PKT_LEN_MIC;

pHdr->packetLength += BASIC_RF_AUX_HDR_LENGTH;

pHdr->securityControl= SECURITY_CONTROL;

pHdr->frameCounter[0]= LO_UINT16(LO_UINT32(ounter));

pHdr->frameCounter[1]= HI_UINT16(LO_UINT32(ounter));

pHdr->frameCounter[2]= LO_UINT16(HI_UINT32(ounter));

pHdr->frameCounter[3]= HI_UINT16(HI_UINT32(ounter));

#endif

// Make sure bytefields are network byte order

//高低位变换；无线电数据传输为先低位后高位，这样做是在为无线传输做准备？？

UINT16_HTON(pHdr->panId);

UINT16_HTON(pHdr->destAddr);

UINT16_HTON(pHdr->srcAddr);

return BASIC_RF_HDR_SIZE;

}

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