為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇合適的控制器

在ZigBee標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布不久，人們就懷疑ZigBee的發(fā)展前景。不過(guò)如今，ZigBee已經(jīng)在無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)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(lái)越多的產(chǎn)品種類(lèi)涌現(xiàn)出來(lái)。但隨著激烈競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，越來(lái)越多的提供商更加關(guān)注ZigBee的優(yōu)點(diǎn)：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(wú)線(xiàn)收發(fā)器和控制器集成到一個(gè)芯片上)。用戶(hù)樂(lè)意接受單芯片方案，因?yàn)樗軌虼蟠蠼档统杀荆s短研發(fā)周期，加速上市時(shí)間，從而對(duì)促進(jìn)ZigBee的應(yīng)用起到積極的作用。但是，對(duì)這種追求低成本的方法來(lái)說(shuō)，在面對(duì)ZigBee的多樣化的應(yīng)用時(shí)面臨著一些限制。

存在問(wèn)題

在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中包含三種設(shè)備類(lèi)型(見(jiàn)圖1)：即ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，ZigBee路由器以及ZigBee端設(shè)備。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，它負(fù)責(zé)的功能包括建立，維持和管理網(wǎng)絡(luò)，分配網(wǎng)絡(luò)地址等。因此，可以將ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器稱(chēng)作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的“大腦”。由于這個(gè)“大腦”擔(dān)負(fù)了許多任務(wù)，負(fù)責(zé)管理這個(gè)“大腦”的控制器的性能必須高于網(wǎng)絡(luò)中其他類(lèi)型的設(shè)備。對(duì)于簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的三種設(shè)備可以使用同樣的控制器。但隨著網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和應(yīng)用復(fù)雜度的增加，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的負(fù)擔(dān)加重，將漸漸超過(guò)單芯片的能力，從而在很大程度上限制了ZigBee應(yīng)用的擴(kuò)展。因此，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器應(yīng)該使用與其他設(shè)備不同的控制器，并且對(duì)具有高性能控制器的需求日益提升。因此，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中各類(lèi)設(shè)備所用的控制器各式各樣：ZigBee端設(shè)備因其功能相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)于ZigBee網(wǎng)絡(luò)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(shí)的考慮因素

今天，市場(chǎng)上有各式各樣的控制器，可以為ZigBee用戶(hù)提供許多選擇。但是，同時(shí)也帶來(lái)了困難。如何在控制器產(chǎn)品的汪洋大海中為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)合適的控制器對(duì)于ZigBee應(yīng)用來(lái)說(shuō)變成了一個(gè)必須認(rèn)真對(duì)待的難題。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的選擇與整個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)有關(guān)。在為ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇控制器時(shí)，工程師應(yīng)該考慮如下因素：

1. 高性能

為了網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的正常操作和網(wǎng)絡(luò)管理，必須選用高性能的控制器。這里所指的高性能是相對(duì)于ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的端設(shè)備和路由器所用的控制器而言的。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的控制器必須具備較高的性能以及強(qiáng)大的運(yùn)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(xiàn)寬度仍然限制了它們的運(yùn)算和處理能力。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)地址分配、路由表維護(hù)和管理等都需要大量的運(yùn)算，無(wú)疑在這方面32位MCU具有較大的優(yōu)勢(shì)。此外，32位MCU在實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))之間的連接方面也具有較大的優(yōu)勢(shì)。無(wú)疑，高處理能力將導(dǎo)致功耗和成本的增加。但是，通常網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器用的是交流電源，而非ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的電池，因此有關(guān)功耗方面的要求較低。而就成本來(lái)說(shuō)，32位MCU的價(jià)格在逐漸降低，某些32位的MCU的價(jià)格甚至低于16位的MCU。再說(shuō)，真正應(yīng)該考慮的成本應(yīng)該是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的總成本。ZigBee端設(shè)備和路由器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備，也是成本非常低的設(shè)備。而ZigBee協(xié)調(diào)器在整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的比重比較低。因此，在選擇網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的控制器時(shí)，相對(duì)于功耗和成本，性能應(yīng)該是優(yōu)先考慮因素。

圖1：ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類(lèi)型。

2. 片上資源

就控制器的片上資源來(lái)說(shuō)，首先要考慮外設(shè)模塊是否滿(mǎn)足基本的應(yīng)用需求。例如，應(yīng)該有足夠的用來(lái)控制收發(fā)器的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器接口，應(yīng)該有不同的應(yīng)用開(kāi)發(fā)所需的模塊等。但并非是越多越好，而是應(yīng)該接近應(yīng)用需求。過(guò)多的用不上的外設(shè)模塊不僅增加成本，而且還影響功耗。

對(duì)于控制器的片上資源來(lái)說(shuō)，另一個(gè)需要考慮的因素是嵌入式存儲(chǔ)器的空間。由于ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所用的協(xié)議棧軟件占用很大的存儲(chǔ)空間。對(duì)于現(xiàn)有的典型ZigBee軟件，網(wǎng)絡(luò)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(hù)應(yīng)用所留的空間將會(huì)很小，將會(huì)迫使用戶(hù)花費(fèi)很大力氣來(lái)縮短或優(yōu)化代碼。于是對(duì)于有很多應(yīng)用代碼的應(yīng)用或需要閃存來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，因?yàn)榇鎯?chǔ)空間不夠用戶(hù)將不得不放棄。因此，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器應(yīng)該使用內(nèi)嵌存儲(chǔ)器較大的控制器，以便為用戶(hù)留足空間來(lái)書(shū)寫(xiě)應(yīng)用程序。進(jìn)一步說(shuō)，保持一定的存儲(chǔ)裕量對(duì)產(chǎn)品的維護(hù)和升級(jí)也是有幫助的。

3. 開(kāi)發(fā)工具

盡管網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器利用與其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不同的控制器，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所用的開(kāi)發(fā)工具應(yīng)該與其他設(shè)備所用的一樣。如果使用不同的開(kāi)發(fā)工具，將會(huì)帶來(lái)各種損失。首先，開(kāi)發(fā)成本將會(huì)上升，這是因?yàn)橐环矫妫?gòu)買(mǎi)兩種開(kāi)發(fā)工具將會(huì)花費(fèi)更多的錢(qián)，另一方面，需要更多的工程師學(xué)習(xí)和使用不同的工具。其次，工作量將會(huì)增加。工程師需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來(lái)學(xué)習(xí)兩種產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)工具。最后，研發(fā)周期還會(huì)加長(zhǎng)，從而因?yàn)楣ぷ髁康脑黾訉?huì)放慢上市和推廣速度。于是，用于控制器的開(kāi)發(fā)工具是一個(gè)重要的考慮因素。否則，無(wú)論是從成本還是項(xiàng)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(jí)性

如今的市場(chǎng)正在快速變革，產(chǎn)品的生命周期變得越來(lái)越短。在產(chǎn)品的研發(fā)階段，就應(yīng)該考慮產(chǎn)品的未來(lái)維護(hù)和升級(jí)。因此，在選擇控制器的初始階段就要考慮兼容性和可升級(jí)性。否則，如果產(chǎn)品不具備升級(jí)能力，開(kāi)發(fā)商就必須花費(fèi)大量的資金來(lái)進(jìn)行升級(jí)。通常，在研發(fā)的關(guān)鍵階段，所選的控制器應(yīng)該處于中等水平。當(dāng)研發(fā)結(jié)束時(shí)，在經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后控制器將被取代。如果此時(shí)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(shí)間的進(jìn)展，例如，如果需要將ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接到以太網(wǎng)時(shí)，現(xiàn)用的控制器可以被升級(jí)到高端產(chǎn)品。一句話(huà)，為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器所選的控制器應(yīng)該比較靈活，可以提供對(duì)低端產(chǎn)品的兼容能力以及升級(jí)到高端應(yīng)用的可升級(jí)能力。

5. 供應(yīng)商

最后一點(diǎn)，也是最容易被忽略的一點(diǎn)是供應(yīng)商，這在選擇控制器時(shí)也應(yīng)考慮。要選擇產(chǎn)品經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的并具有穩(wěn)定供貨能力的供應(yīng)商。通常，這些供應(yīng)商具有完整的和種類(lèi)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(tuán)隊(duì)，具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，以及穩(wěn)定的產(chǎn)品供貨。這些因素對(duì)用戶(hù)非常重要。經(jīng)過(guò)驗(yàn)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(hù)產(chǎn)品的質(zhì)量并縮短測(cè)試周期。控制器的種類(lèi)齊全可為用戶(hù)提供選擇的靈活性，使得用戶(hù)可以選擇接近其需求的產(chǎn)品并簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的兼容性和可升級(jí)問(wèn)題。一個(gè)優(yōu)秀的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)將會(huì)幫助用戶(hù)進(jìn)行故障排查并加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)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(hù)的產(chǎn)品可以在幾十年后還能延續(xù)工作。因此，選擇一個(gè)好的供應(yīng)商將會(huì)事半功倍。

本文小結(jié)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心，它將直接影響到ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作。因此，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的控制器的選擇將會(huì)關(guān)聯(lián)到整個(gè)項(xiàng)目。上面所提到的5點(diǎn)是工程師在為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇控制器時(shí)應(yīng)該考慮的一些因素。由于它們是彼此關(guān)聯(lián)的，故在實(shí)際執(zhí)行時(shí)要通盤(pán)和綜合考慮(見(jiàn)圖2)，并且在選擇過(guò)程中應(yīng)該平衡每一點(diǎn)因素，以便得到最佳結(jié)果。

圖2：為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇合適控制器的考慮因素