ARM内核ZigBee PRO单片机进军无线传感器网络大市场

作者：吴线 嵌入式无线高级工程师

一、ARM内核ZigBee无线单片机强势登场

    面对强劲的全球金融海啸对电子和信息产业的冲击，但是代表新兴产业浪潮和技术创新的无线传感器网络市场，却是市场红火，春风铺满，百花盛开。很多大型芯片厂家，虽然消减了一些其它项目，但是却加大了在低功耗无线，短距离无线互联和无线传感器网络方面的投入强度，使一大批这个领域的新技术和新的SOC（片上系统）产品提前进入市场。

    在这些新产品中，Freescale公司最新推出该公司的第三代ZigBee SoC---ARM内核的ZigBee无线单片机MC13224，是一颗最耀眼的新星。该芯片是全球首个实现了集成标准ARM内核和强大的32位高速处理计算能力， 内置FLASH， SRAM和 ROM，AD/DA转换等 大量外围电路，IEEE802.15.4 –ZigBee2006 高频电路和最新ZigBee 2007/PRO协议栈，完美集成到了一个10X10毫米大小的芯片中（芯片外观见图1，芯片内部功能组成见图2）。

   

    图1 MC13224 芯片外观

    用户只需要外加天线（或者使用PCB天线）和晶体等很少几个零件，就可以构成一个功能强大的可以运行ZigBee 2007/PRO和ZigBee  RF4CE等多种高级无线协议栈的无线传感器网络节点或者路由器。

    该芯片和目前市场上已经面市的ZigBee单芯片系统最大的不同是：

    1.1 具有超低功耗，使用普通AA碱性电池，可以实现无线传感器网络低功耗节点10年无需要更换电池。
    1.2 内置96K的静态存储器，128K闪存，同时将大量MAC处理代码和基础I/O代码存放在ROM中，为ZigBee和其它协议栈节省了大量程序空间，使采用该芯片的系统，具有更大大网络容量和网络管理能力，能够实现超大型高可靠无线传感器网络。而且也可以有更多的空间运行用户自己的应用软件。
    1.3 32位强大的处理能力，使运行ZigBee网络时的加密通讯和大量的加密算法，显得轻松容易。
    1.4 价格低廉，从该公司网页上看到，购买1000片时，MC13224每片价格仅仅4.7美元。

   

    图2 MC13224 功能框图

    二、无线互联和无线传感器市场将更加火爆

    ARM内核ZigBee无线单片机的上市，给无线互联和无线传感器网络，将带来一系列新的变化：

    2.1 功耗更低的竞赛：MC13224不仅可以使用普通碱性电池，实现较长的工作时间，而且可以使用更为小巧的纽扣电池供电，这就为实现能量搜集这样的微功耗传感器网络，打下了很好基础，无线传感器网络采用太阳能，风能，振动，化学等自然能量来提供能源将迅速变为现实。
    2.2 更加大型，高可靠性商业用途无线传感器网络成为可能。目前以8051为内核ZigBee无线单片机，在家庭自动化，遥控，节能等应用中，是很好的选择，但是对于大型商业楼宇的无线传感器网络和大型工厂和农业应用等，需要更大型的组网功能，使用32微ARM强大的处理能力和网络控制能力，就显得非常必要。32位内核无线单片机的上市，必将加速这方面的应用（图3是一个典型的无线传感器网络，节点采用成都无线龙通讯的产品MC13224  ZigBee  PRO 传感器节点）。

   

    图3 采用MC13224节点和路由器的无线传感器网络

    2.3 网络监视管理更加方便容易
    采用32位处理器内核后，对于网络组织，维护和路由等，能够在更短的时间内完成，由于芯片内部可以运行实时操作系统，所以可以轻松实现多任务和多进程，能留出更多时间进行网络加密通讯算法和网络监控算法，这样，不仅仅能快速实现网络监控任务，将传感信息直接连接到互联网，而且还能实现节点自动定位计算，网络自动维护等高级功能（图4是采用GUI界面监视网络的情况，截图是来自成都无线龙通讯公司自主开发的无线传感器网络定位和监控软件包）。

   

    图4 支持强大GUI远程无线传感器网络监控软件

   三、有桥又有船，无线传感器网络开发设计将更加顺畅
    MC13224这样单芯片ZigBee无线单片机的上市，为更多的电子工程师和更多的企业投入无线传感器网络和无线互联产品的开发，提供了极大的方便，这是因为多年来ARM嵌入式设计的知识已经非常普及，大量相关的教材和免费资源，已经使很多工程师非常熟悉了ARM处理器的体系和结构，包括软件开发设计的细节和方法，目前开发MC13224这样的无线单片机，从开发环境，使用工具和软件结构等多方面，非常容易上手，和开发其它ARM处理器的嵌入式应用一样方便快捷，这就好像有了船。

    另外一方面，近年来国内涌现出一批像成都无线龙通讯这样的高科技企业，不断跟踪无线传感器桥网络技术的前沿，开发出大批相关开发系统，软件和教材，为广大电子工程师提供了快速进入无线传感器技术开发提供了新的桥梁。

    在MC13224芯片在全球刚刚发布的同时，成都无线龙通讯科技公司同步推出了DREAMRF3224 ZigBee pro 无线传感器网络高级开发平台（见图5所示）。

   

    图5 DREAMRF3224 ARM 内核无线单片机高级开发平台

    该平台由一个高级多功能ARM STR912 网关（包括320X240彩色大型LCD显示器和触摸屏，100M以太网，串口， USB口，CAN多种接口）和8个电池供电的MC13224芯片微功耗无线传感器路由器和终端节点（包括了温度，光线，加速度等多种传感器，可以扩展数到数千个传感器网络节点）组成。为客户开发MC13224 ZigBee  PRO无线传感器网络和ARM无线网关提供了完整的兼容IAR  ARM 5.20强大的编译，调试和J-LINK高级仿真环境。同时提供的了全套无线龙通讯公司开发的ZigBee 2007/PRO核心代码和示范表演C源代码，为客户快速入门和开发，扫清了最后障碍。

    使国内用户可以同步采用高水平成套开发系统和高级设计工具，轻松进入当今ZigBee PRO无线传感器网络技术的最前沿。我们深信不愁桥和船，国内ZigBee  PRO和其它无线传感器网络技术和产品的开发，必将更加百花齐放，红红火火。ZigBee技术在工业控制、家庭自动化、节能产业、楼宇控制、农业自动化、智能小区、无线传感器网络等领域的应用，将更上一层楼。再次掀起应用狂澜。