ot;display: block;">在ZigBee標準發(fā)布不久,人們就懷疑ZigBee的發(fā)展前景。不過如今,ZigBee已經(jīng)在無線市場中占據(jù)了重要的部分。ZigBee產(chǎn)品提供商逐步增加,并且有越來越多的產(chǎn)品種類涌現(xiàn)出來。但隨著激烈競爭的日益加劇,越來越多的提供商更加關注ZigBee的優(yōu)點:即低成本和低功耗。因此,他們采用具有盡可能低的成本和功耗的微控制器作為ZigBee產(chǎn)品的控制器,并且發(fā)布了單芯片解決方案(即將無線
收發(fā)器和控制器集成到一個芯片上)。用戶樂意接受單芯片方案,因為它能夠大大降低成本,縮短研發(fā)周期,加速上市時間,從而對促進ZigBee的應用起到積極的作用。但是,對這種追求低成本的方法來說,在面對ZigBee的多樣化的應用時面臨著一些限制。
存在問題
在ZigBee網(wǎng)絡中包含三種設備類型(見圖1):即ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器,ZigBee路由器以及ZigBee端設備。ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡的中心,它負責的功能包括建立,維持和管理網(wǎng)絡,分配網(wǎng)絡地址等。因此,可以將ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器稱作為ZigBee網(wǎng)絡的“大腦”。由于這個“大腦”擔負了許多任務,負責管理這個“大腦”的控制器的性能必須高于網(wǎng)絡中其他類型的設備。對于簡單的網(wǎng)絡和應用,ZigBee網(wǎng)絡中的三種設備可以使用同樣的控制器。但隨著網(wǎng)絡的擴展和應用復雜度的增加,網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的負擔加重,將漸漸超過單芯片的能力,從而在很大程度上限制了ZigBee應用的擴展。因此,ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器應該使用與其他設備不同的控制器,并且對具有高性能控制器的需求日益提升。因此,ZigBee網(wǎng)絡中各類設備所用的控制器各式各樣:ZigBee端設備因其功能相對簡單,故將使用低成本和低功耗的控制器；ZigBee路由器將使用低成本的控制器；而對于ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器所用的控制器,除了功耗和成本之外,還要著重考慮性能。
選擇控制器時的考慮因素
今天,市場上有各式各樣的控制器,可以為ZigBee用戶提供許多選擇。但是,同時也帶來了困難。如何在控制器產(chǎn)品的汪洋大海中為ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器選擇一個合適的控制器對于ZigBee應用來說變成了一個必須認真對待的難題。ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的選擇與整個項目的研發(fā)有關。在為ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器選擇控制器時,工程師應該考慮如下因素:
1. 高性能
為了網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的正常操作和網(wǎng)絡管理,必須選用高性能的控制器。這里所指的高性能是相對于ZigBee網(wǎng)絡中的端設備和路由器所用的控制器而言的。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的控制器必須具備較高的性能以及強大的運算和處理能力?？梢赃x擇32位的MCU,而以前用的是8位和16位的MCU。盡管目前8位和16位的MCU的性能和主頻速度在不斷增加,但內(nèi)部總線寬度仍然限制了它們的運算和處理能力。ZigBee網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡地址分配、路由表維護和管理等都需要大量的運算,無疑在這方面32位MCU具有較大的優(yōu)勢。此外,32位MCU在實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡(如以太網(wǎng))之間的連接方面也具有較大的優(yōu)勢。無疑,高處理能力將導致功耗和成本的增加。但是,通常網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器用的是交流電源,而非ZigBee網(wǎng)絡中的電池,因此有關功耗方面的要求較低。而就成本來說,32位MCU的價格在逐漸降低,某些32位的MCU的價格甚至低于16位的MCU。再說,真正應該考慮的成本應該是整個ZigBee網(wǎng)絡的總成本。ZigBee端設備和路由器是ZigBee網(wǎng)絡的主要設備,也是成本非常低的設備。而ZigBee協(xié)調(diào)器在整個ZigBee網(wǎng)絡中的比重比較低。因此,在選擇網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的控制器時,相對于功耗和成本,性能應該是優(yōu)先考慮因素。
圖1:ZigBee網(wǎng)絡中的設備類型。
2. 片上資源
就控制器的片上資源來說,首先要考慮外設模塊是否滿足基本的應用需求。例如,應該有足夠的用來控制收發(fā)器的無線收發(fā)器接口,應該有不同的應用開發(fā)所需的模塊等。但并非是越多越好,而是應該接近應用需求。過多的用不上的外設模塊不僅增加成本,而且還影響功耗。
對于控制器的片上資源來說,另一個需要考慮的因素是嵌入式存儲器的空間。由于ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡的中心節(jié)點,網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器所用的協(xié)議棧軟件占用很大的存儲空間。對于現(xiàn)有的典型ZigBee軟件,網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器所用的協(xié)議棧軟件將需要40KB的閃存和2KB的RAM。如果嵌入式閃存和RAM容量太小,為用戶應用所留的空間將會很小,將會迫使用戶花費很大力氣來縮短或優(yōu)化代碼。于是對于有很多應用代碼的應用或需要閃存來存儲用戶數(shù)據(jù)的應用,因為存儲空間不夠用戶將不得不放棄。因此,網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器應該使用內(nèi)嵌存儲器較大的控制器,以便為用戶留足空間來書寫應用程序。進一步說,保持一定的存儲裕量對產(chǎn)品的維護和升級也是有幫助的。
3. 開發(fā)工具
盡管網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器利用與其它網(wǎng)絡設備不同的控制器,網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器所用的開發(fā)工具應該與其他設備所用的一樣。如果使用不同的開發(fā)工具,將會帶來各種損失。首先,開發(fā)成本將會上升,這是因為一方面,購買兩種開發(fā)工具將會花費更多的錢,另一方面,需要更多的工程師學習和使用不同的工具。其次,工作量將會增加。工程師需要花費大量的時間和精力來學習兩種產(chǎn)品和開發(fā)工具。最后,研發(fā)周期還會加長,從而因為工作量的增加將會放慢上市和推廣速度。于是,用于控制器的開發(fā)工具是一個重要的考慮因素。否則,無論是從成本還是項目研發(fā)的角度出發(fā)都將是不合理的。
4. 兼容性和可升級性
如今的市場正在快速變革,產(chǎn)品的生命周期變得越來越短。在產(chǎn)品的研發(fā)階段,就應該考慮產(chǎn)品的未來維護和升級。因此,在選擇控制器的初始階段就要考慮兼容性和可升級性。否則,如果產(chǎn)品不具備升級能力,開發(fā)商就必須花費大量的資金來進行升級。通常,在研發(fā)的關鍵階段,所選的控制器應該處于中等水平。當研發(fā)結(jié)束時,在經(jīng)過驗證后控制器將被取代。如果此時控制器的性能還有很大裕量,則可以選用低端產(chǎn)品。隨著時間的進展,例如,如果需要將ZigBee網(wǎng)絡連接到以太網(wǎng)時,現(xiàn)用的控制器可以被升級到高端產(chǎn)品。一句話,為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器所選的控制器應該比較靈活,可以提供對低端產(chǎn)品的兼容能力以及升級到高端應用的可升級能力。
5. 供應商
最后一點,也是最容易被忽略的一點是供應商,這在選擇控制器時也應考慮。要選擇產(chǎn)品經(jīng)過驗證的并具有穩(wěn)定供貨能力的供應商。通常,這些供應商具有完整的和種類齊全、成熟的和穩(wěn)定的控制器產(chǎn)品可供選擇,還有優(yōu)秀的技術(shù)支持團隊,具有競爭力的價格,以及穩(wěn)定的產(chǎn)品供貨。這些因素對用戶非常重要。經(jīng)過驗證的產(chǎn)品將具有高性能和高質(zhì)量,有利于幫助提升用戶產(chǎn)品的質(zhì)量并縮短測試周期?？刂破鞯姆N類齊全可為用戶提供選擇的靈活性,使得用戶可以選擇接近其需求的產(chǎn)品并簡化了產(chǎn)品的兼容性和可升級問題。一個優(yōu)秀的技術(shù)支持團隊將會幫助用戶進行故障排查并加快開發(fā)進度。具有競爭力的價格和連續(xù)穩(wěn)定的供貨能力能夠確保所供產(chǎn)品以及用戶的產(chǎn)品可以在幾十年后還能延續(xù)工作。因此,選擇一個好的供應商將會事半功倍。
本文小結(jié)
ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器是整個網(wǎng)絡的中心,它將直接影響到ZigBee網(wǎng)絡的工作。因此,ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的控制器的選擇將會關聯(lián)到整個項目。上面所提到的5點是工程師在為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器選擇控制器時應該考慮的一些因素。由于它們是彼此關聯(lián)的,故在實際執(zhí)行時要通盤和綜合考慮(見圖2),并且在選擇過程中應該平衡每一點因素,以便得到最佳結(jié)果。
圖2:為網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器選擇合適控制器的考慮因素。
作者:Patrick Yang
MCU應用工程師
Freescale公司
