基于Cortex-MO+内核Kinetis无线射频模块的应用研究

作     者：胡宗棠 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宜怀

授予年度：2014年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：KW01 ARM Cortex-M0+ Sub-1G SMAC协议栈 WSNOTAR 

摘      要：无线射频芯片是一种集成微控制器与射频收发器为一体，面向工业控制、智能家居及远程医疗等领域的SoC解决方案。伴随着微控制器技术及无线通信技术的飞速发展，新的无线射频芯片不断出现。苏州大学飞思卡尔嵌入式中心从2006年开始对飞思卡尔推出的多款ZigBee射频芯片开展研究工作，并先后研发了以MC1321X系列芯片为核心的无线节点，为本课题的研究与设计提供了良好的基础。飞思卡尔于2013年推出了业内首款融合了ARM Cortex-M0+内核与Sub-1G射频收发器的32位高性能的无线射频芯片KW01。受其委托，苏州大学飞思卡尔嵌入式中心进行KW01的应用基础研究，以便服务于业界。本文是在完成这项工作的基础上撰写的。 本文以KW01为研究对象，在参考与借鉴实验室多年来设计与研发嵌入式系统经验的基础上，以软硬件构件化设计为指导，提出一种被命名为SD-WSN无线节点的软硬件设计解决方案。本文主要研究工作内容如下： (1)以KW01为主控芯片，基于构件化的设计思想，设计与实现了SD-WSN无线节点软硬件平台。给出了硬件原理图设计、电路布板图、芯片设备驱动设计及软硬件测试方法。其中，射频前端电路设计是本课题的研究难点与创新点。 (2)根据KW01芯片的无线射频特性，对SMAC协议栈进行适当的功能裁剪和优化扩展，将其移植到SD-WSN无线节点平台中。 (3)以SD-WSN无线节点为硬件平台，实现Bootloader，定义合理的数据帧结构，设计一种可靠、高效和实时的无线重编程机制WSNTAR。 (4)采用SD-WSN无线节点构建一种可调功率的照明控制系统，充分验证本文研究工作的正确性和实际应用性。 经过测试及实践表明，本课题实现的SD-WSN无线节点平台具有外设接口丰富、收发数据可靠、系统稳定、代码更新实时、设备驱动软件接口灵活等特点，为无线传感网络应用领域提供一款性能较高、可实时软件升级、二次开发方便的无线射频应用解决方案。