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最适合的选择——ZigBee SoC解决方案 - 通信/网络 - 电子工程网

在开发2.4 GHzZigBee 无线网络应用时，设计工程师通常会面临系统分割的选择：对ZigBee的连接性及网络处理解决方案而言，最佳的整合层级为何？从效能、功耗及成本的角度来看，何者是最适合的选择——是将2.4 GHz无线收发器及处理核心整合为单芯片解决方案的ZigBee系统单芯片（SoC）比较好？还是具有独立收发器及主处理器的离散式方案较佳？在解决这些问题之前，先让我们仔细分析ZigBee技术。 根 据 IEEE针 对 低 功 率 无 线 网 络 所 推 出 的 802.15.4 MAC/PHY规格，ZigBee凭借增加网状网络协议及应用文件档案来扩展IEEE 802.15.4，让各装置之间能够完全互相操作。ZigBee使用高可靠、可扩充的网状网络协议，可支持数千个节点。ZigBee应用文件档案则针对家庭/商业自动化、智慧能源、健康医疗及零售设备定义共通语言。ZigBee也提供设备的测试及认证，以确保从射频到应用层的互相操作性。针对传感及控制网络，ZigBee已被设计为高度可靠、低成本、低功率的无线网络解 决 方 案 。系统分区的选择最终将对ZigBee解决方案的网络效能、功耗及成本造成极大的影响。系统分区图1显示三种基本的系统分区选择：ZigBee系统单芯片、ZigBee网络协同处理器（NCP）加上主处理器，以及ZigBee收发器加上主处理器。在系统单芯片的设计中，IEEE802.15.4的标准，射频是嵌入式处理器的一个外设，所有的封包处理及应用处理都在单芯片内执行。系统单芯片一般会包括微处理器的硬件外设，以支持运算负荷繁重的功能，例如AES（高级加密标准）的加密。在网络协同处理器（NCP）的设计中，ZigBee协议栈是在射频及网络处理器芯片上运作，然后运用其SPI或UART接口连接至主处理器。主处理器仅处理那些被设备应用传送或接收的封包。至于那些路由封包的处理，包括安全处理，则是在网络处理器上进行，毋需中断主处理器。因此，SPI或UART处理时间的影响仅会发生在封包的来源或目的地。一个ZigBee收发器仅包含RF收发器及关键时序的MAC/PHY功能，主处理器则支持MAC的上层、网络协议及应用编码。所有的封包都必须传送至主处理器进行处理。仅进行路由的那些封包则会被传送至主处理器后再返回至射频端，以进行再次传输，基本上是通过UART或SPI接口进行。通常AES加密的运作是在收发器芯片上执行；因此需要额外的UART或SPI传输来支持安全处理。

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