LoRaWAN实战 中国470频段的代码实现

前言

在LoRaWAN协议中文版_配套文件 地区参数(物理层)中已经为中国规划了470频段，因此国内开发者对此需求很强烈。

在最新(2017-02-27)的V4.3.1版本协议栈上已经新增了中国470频段。这篇文章从源码角度解析下其实现方式。

目前国内的LoRaWAN基站产品都和标准有一些不同，比如CLAA等，所以搞清楚整个代码实现还是很有必要的。只要熟悉了整个流程，对接任何一个基站都不是难事。

我正在陆续对协议的各个章节进行翻译，具体其他章节的译文，以及译文之外的代码解析，可点此查看帖子LoRa学习笔记_汇总。

本文作者twowinter，转载请注明作者：http://blog.csdn.net/iotisan/

源码解析

1.前导码格式的源码实现

同步字的处理在SX1276的驱动中：

void SX1276SetPublicNetwork( bool enable )
{
	SX1276SetModem( MODEM_LORA );
	if( enable == true )
	{
		// Change LoRa modem SyncWord
		SX1276Write( REG_LR_SYNCWORD, LORA_MAC_PUBLIC_SYNCWORD );
	}
	else
	{
		// Change LoRa modem SyncWord
		SX1276Write( REG_LR_SYNCWORD, LORA_MAC_PRIVATE_SYNCWORD );
	}
}

而前导码长度则是在每次SetTxConfig和SetRxConfig时配置进去。

2.信道频率的源码实现

先说上行信道的处理。

第一步，初始化时把所有信道6*16=96个上行信道都使能了。

	LoRaMacParamsDefaults.ChannelsMask[0] = 0xFFFF;
	LoRaMacParamsDefaults.ChannelsMask[1] = 0xFFFF;
	LoRaMacParamsDefaults.ChannelsMask[2] = 0xFFFF;
	LoRaMacParamsDefaults.ChannelsMask[3] = 0xFFFF;
	LoRaMacParamsDefaults.ChannelsMask[4] = 0xFFFF;
	LoRaMacParamsDefaults.ChannelsMask[5] = 0xFFFF;

第二步，紧接着把96个信道的频点赋值一遍。

	for( uint8_t i = 0; i < LORA_MAX_NB_CHANNELS; i++ )
	{
		Channels[i].Frequency = 470.3e6 + i * 200e3;
		Channels[i].DrRange.Value = ( DR_5 << 4 ) | DR_0;
		Channels[i].Band = 0;
	}

第三步，发送时在SetNextChannel中选择合适的频点，默认是96个信道中随机选择。

Channel = enabledChannels[randr( 0, nbEnabledChannels - 1 )];

这上面是上行信道处理三部曲，下行信道处理则轻松多了。主要是配合接收窗口处理，由这个宏定义了下行的起始频点。具体可以看下面第7点。

#define LORAMAC_FIRST_RX1_CHANNEL           ( (uint32_t) 500.3e6 )

3.数据速率和节点发射功率编码

速率编码如下：

const uint8_t Datarates[]  = { 12, 11, 10,  9,  8,  7 };

发射功率编码如下：

const int8_t TxPowers[]    = { 17, 16, 14, 12, 10, 7, 5, 2 };

速率范围如下：

/*!
 * Minimal datarate that can be used by the node
 */
#define LORAMAC_TX_MIN_DATARATE                     DR_0

/*!
 * Maximal datarate that can be used by the node
 */
#define LORAMAC_TX_MAX_DATARATE                     DR_5

/*!
 * Minimal datarate that can be used by the node
 */
#define LORAMAC_RX_MIN_DATARATE                     DR_0

/*!
 * Maximal datarate that can be used by the node
 */
#define LORAMAC_RX_MAX_DATARATE                     DR_5

/*!
 * Default datarate used by the node
 */
#define LORAMAC_DEFAULT_DATARATE                    DR_0

发射功率范围如下：

/*!
 * Minimal Tx output power that can be used by the node
 */
#define LORAMAC_MIN_TX_POWER                        TX_POWER_2_DBM

/*!
 * Maximal Tx output power that can be used by the node
 */
#define LORAMAC_MAX_TX_POWER                        TX_POWER_17_DBM

/*!
 * Default Tx output power used by the node
 */
#define LORAMAC_DEFAULT_TX_POWER                    TX_POWER_14_DBM

4.CFList

中国没有。具体见OnRadioRxDone中的FRAME_TYPE_JOIN_ACCEPT分支。

5.LinkAdrReq命令

对于 ChMaskCntl 的处理都在 ProcessMacCommands() 的 SRV_MAC_LINK_ADR_REQ 分支中。

小彩蛋一个：你发现没，注释里写着Channel mask KO。不知是djaeckle (loramac-node的作者之一)调皮，还是语言习惯如此。

if( chMaskCntl == 6 )
{
	// Enable all 125 kHz channels
	for( uint8_t i = 0, k = 0; i < LORA_MAX_NB_CHANNELS; i += 16, k++ )
	{
		for( uint8_t j = 0; j < 16; j++ )
		{
			if( Channels[i + j].Frequency != 0 )
			{
				channelsMask[k] |= 1 << j;
			}
		}
	}
}
else if( chMaskCntl == 7 )
{
	status &= 0xFE; // Channel mask KO
}
else
{
	for( uint8_t i = 0; i < 16; i++ )
	{
		if( ( ( chMask & ( 1 << i ) ) != 0 ) &&
			( Channels[chMaskCntl * 16 + i].Frequency == 0 ) )
		{// Trying to enable an undefined channel
			status &= 0xFE; // Channel mask KO
		}
	}
	channelsMask[chMaskCntl] = chMask;
}

6.最大载荷长度

/*!
 * Maximum payload with respect to the datarate index. Cannot operate with repeater.
 */
const uint8_t MaxPayloadOfDatarate[] = { 51, 51, 51, 115, 222, 222 };

/*!
 * Maximum payload with respect to the datarate index. Can operate with repeater.
 */
const uint8_t MaxPayloadOfDatarateRepeater[] = { 51, 51, 51, 115, 222, 222 };

这在RxWindowSetup()进行处理，调用了最终的驱动函数。

if( RepeaterSupport == true )
{
	Radio.SetMaxPayloadLength( modem, MaxPayloadOfDatarateRepeater[datarate] + LORA_MAC_FRMPAYLOAD_OVERHEAD );
}
else
{
	Radio.SetMaxPayloadLength( modem, MaxPayloadOfDatarate[datarate] + LORA_MAC_FRMPAYLOAD_OVERHEAD );
}

7.接收窗口处理。

RX1的处理在OnRxWindow1TimerEvent()中，满足协议要求。

RxWindowSetup( LORAMAC_FIRST_RX1_CHANNEL + ( Channel % 48 ) * LORAMAC_STEPWIDTH_RX1_CHANNEL, datarate, bandwidth, symbTimeout, false );

RX2的默认参数见如下宏：

#define RX_WND_2_CHANNEL                                  { 505300000, DR_0 }

RX2的处理在OnRxWindow2TimerEvent()中：

if( RxWindowSetup( LoRaMacParams.Rx2Channel.Frequency, LoRaMacParams.Rx2Channel.Datarate, bandwidth, symbTimeout, rxContinuousMode ) == true )
{
	RxSlot = 1;
}

速率偏移处理如下：

datarate = LoRaMacParams.ChannelsDatarate - LoRaMacParams.Rx1DrOffset;
if( datarate < 0 )
{
	datarate = DR_0;
}

8.默认设置

目前基本各地区的参数都一样，因此协议栈也是直接共用如下参数：

/*!
 * Class A&B receive delay 1 in ms
 */
#define RECEIVE_DELAY1                              1000

/*!
 * Class A&B receive delay 2 in ms
 */
#define RECEIVE_DELAY2                              2000

/*!
 * Join accept receive delay 1 in ms
 */
#define JOIN_ACCEPT_DELAY1                          5000

/*!
 * Join accept receive delay 2 in ms
 */
#define JOIN_ACCEPT_DELAY2                          6000

/*!
 * Class A&B maximum receive window delay in ms
 */
#define MAX_RX_WINDOW                               3000

/*!
 * Maximum allowed gap for the FCNT field
 */
#define MAX_FCNT_GAP                                16384

/*!
 * ADR acknowledgement counter limit
 */
#define ADR_ACK_LIMIT                               64

/*!
 * Number of ADR acknowledgement requests before returning to default datarate
 */
#define ADR_ACK_DELAY                               32

/*!
 * Number of seconds after the start of the second reception window without
 * receiving an acknowledge.
 * AckTimeout = \ref ACK_TIMEOUT + Random( -\ref ACK_TIMEOUT_RND, \ref ACK_TIMEOUT_RND )
 */
#define ACK_TIMEOUT                                 2000

/*!
 * Random number of seconds after the start of the second reception window without
 * receiving an acknowledge
 * AckTimeout = \ref ACK_TIMEOUT + Random( -\ref ACK_TIMEOUT_RND, \ref ACK_TIMEOUT_RND )
 */
#define ACK_TIMEOUT_RND                             1000

End

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