全面拆解和构建5G物联网-20：LoRa终端--MCU如何通过射频芯片SX1261 SX1262物理帧进行数据包的收发

上文拆解了SX1261/2的6种工作模式，本文将拆解MCU通过射频芯片SX1261/2物理帧如何进行数据包收发的。

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一. 射频芯片功能模式以及与MCU之间的操作接口

1. 功能模块

2. 操作接口

在上述电路中，MCU通过SPI接口访问LoRa芯片内部的寄存器，也是通过SPI接口操作芯片内部的FIFO，用于收发数据包。

不同于那些把所有操作都直接基于“寄存器地址空间”访问的芯片，LoRa视频芯片暴露给MCU的是：基于“命令”的访问。有点类似所谓的AT命令的格式。

因此MCU是通过“命令”的方式配置、管理、控制LoRa芯片的工作方式。

同时MCU也是通过“命令”的方式，从LoRa内部data buffer中读取数据，向LoRa内部data buffer中写入数据。

SX1261/2通过GPIO busy管脚向MCU指示，当前是否正在执行某一个命令，命令的执行是否完成，以允许或禁止执行下一个命令。

MCU可以通过置位NSS复位管脚，强制SX1261/2终止正在执行的命令。

 

3.命令格式：

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二. SX1261/2的内部数据缓冲区FIFO

1. 内部buffer的结构

SX1261/2内部有256字节的内存buffer，用于MCU发送和接收数据，为接收和发送共享。用于发送和接收的buffer的大小，完全由MCU设置。

RxBaseAdress：用于保存MCU设置的接收buffer的起始地址，并通过setBufferBaseAddress命令设置。

RxPayloadLength：用于保存射频芯片接收到的实际的数据包的长度，并通过GetRxBufferStatus命令获取。

RxStartBufferPointer)：当前接收buffer其实数据的位置。并通过GetRxBufferStatus命令获取。

TxBaseAddr：用于保存MCU设置的发送buffer的起始地址，并通过setBufferBaseAddress命令设置。

TxDataPointer：指向可写数据buffer的其实地址，初始值为TxBaseAddr，一旦写入数据，该指针就会自动增长。

 

2. 接收和发送buffer起始地址的设置

Tx base address和RxBase adress是有MCU设置的。

需要说明的是，总的内存大小256字节，也就是说接收和发送，同时共享的化 ，平均各自只有128字节。

 

3. 包的长度的设置：

发送和接收包的长度有SetPacketParams命令来设置。

 

备注：

由于不支持同时收发，因此如果发送和接收的数据包的净荷长度超过128字节，接收的buffer和发送的buffer就可能重叠，而不像上图展示的发送和接收地址是错开的。

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三、LoRa物理层帧的结构

需要注意的是：在LoRa调制解调模式下，帧的前导和帧同信息，包括同步字，地址域是不需要设置的。

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四.、FSK调制前的物理层帧结构

SX1261/2提供了两种FSK的帧结构：

一是固定长度的帧结构，帧的长度在接收和发送双方都已经实现约定好，因此，帧中可以不用包含长度域。

另一种就可变长度域，这样就需要把长度域添加的数据帧中。

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五、数据帧的发送过程

0. power on and come into standby mode.
1.If not in STDBY_RC mode, then go to this mode with the command SetStandby(...)：切换到standby 模式

2.Define the protocol (LoRa orFSK) with the command SetPacketType(...)：设置调制解调器的类型

3.Define the RF frequency with the command SetRfFrequency(...)：设置过载频频率的中心频点

4.Define the Power Amplifier configuration with the command SetPaConfig(...)：设置功率放大器功率放大倍数

5.Define output power and ramping time with the command SetTxParams(...)：设置功率放大的参数

6.Define where the data payload will be stored with the command SetBufferBaseAddress(...)：设置发送Bufffer的起始地址

7.Send the payload to the data buffer with the command WriteBuffer(...)：把需要发送payload数据写到buffer中。

注意：

写入buffer中存放的数据只包括payload净荷，不包括帧头信息：前导，同步字，长度和地址。发送时，这些信息存放在寄存器中，有自动添加到发送的物理帧中。无论是变长帧还是股东长度帧，长度域不在净荷中。

8.Define the modulation parameter according to the chosen protocol with the command SetModulationParams(...)：设置调制器的参数

9.Define the frame format to be used with the command SetPacketParams(...)：定义物理层帧的格式，主要是帧头信息，前导，同步字，长度和地址。数据净荷已经在第7步准备好了。

注意：这里的设置仅仅针对FSK模式，LoRa调制模式下，物理层的帧头信息是不需要配置的，属于LoRa私有协议部分。

10.Configure DIO and IRQ: use the command SetDioIrqParams(...) to select TxDone IRQ and map this IRQ to a DIO (DIO1, DIO2 or DIO3): 设置哪个IO哪些IO管脚用于发送中断。

11.Define Sync Word value: use the command WriteReg(...) to write the value of the register via direct register access：定义双方的物理层帧的同步字。

12.Set the circuit in transmitter mode to start transmission with the command SetTx(). Use the parameter to enable Timeout：启动发送

13.Wait for the IRQ TxDone or Timeout: once the packet has been sent the chip goes automatically to STDBY_RC mode：MCU等待发送的完成或超时。一旦发送数据完成，切换芯片的状态，进入standby模式。

14.Clear the IRQ TxDone flag：清除发送中断。

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六、数据帧的接收过程

0. power on and come into standby mode：重启进入standby模式

1.If not in STDBY_RC mode, then set the circuit in this mode with the command SetStandby()：进入standby模式

2.Define the protocol (LoRa® or FSK) with the command SetPacketType(...)：设置调制解调器的类型

3.Define the RF frequency with the command SetRfFrequency(...)：设置过载频频率的中心频点

4.Define where the data will be stored inside the data buffer in Rx with the command SetBufferBaseAddress(...)：设置数据用于接收数据净荷的其实内存的地址。

5.Define the modulation parameter according to the chosen protocol with the command SetModulationParams(...)：定义解调器的参数。

6.Define the frame format to be used with the command SetPacketParams(...)：定义允许接收的合法的数据帧的格式，这也要是帧头信息：，前导，同步字，长度和地址。

这里还包括广播地址和自身的地址信息。地址信息用于指明，数据帧是否属于自己，如果地址与自动的地址不一致，需要丢掉该物理层的帧。

注意：这里的设置仅仅针对FSK模式，LoRa调制模式下，物理层的帧头信息是不需要配置的，属于LoRa私有协议部分。

7.Configure DIO and irq: use the command SetDioIrqParams(...) to select the IRQ RxDone and map this IRQ to a DIO (DIO1 or DIO2 or DIO3), set IRQ Timeout as well.：定义用于接收终端的IO管脚信息。

8.Define Sync Word value: use the command WriteReg(...) to write the value of the register via direct register access：定义物理层帧的同步字。

9.Set the circuit in reception mode: use the command SetRx(). Set the parameter to enable timeout or continuous mode：进入接收模式，启动数据的接收。

10.Wait for IRQ RxDone or Timeout: the chip will stay in Rx and look for a new packet if the continuous mode is selected
otherwise it will goes to STDBY_RC mode.

等待有效数据的接收，

如果不是连续接收模式，自动关闭接收，进入standby模式，

如果是 连续接收模式，允许呆在Rx模式，继续接收数据包，这种模式就需要Mux一边读数据，射频芯片一边收数据。

11.In case of the IRQ RxDone, check the status to ensure CRC is correct: use the command GetIrqStatus()：

Note:
The IRQ RxDone means that a packet has been received but the CRC could be wrong: the user must check the CRC before
validating the packet.

如果RxDone中断，还需要检查数据包的CRC是否正确，MCU以决定，是否需要接纳该数据包 。

12.Clear IRQ flag RxDone or Timeout: use the command ClearIrqStatus(). In case of a valid packet (CRC OK), get the packet length and address of the first byte of the received payload by using the command GetRxBufferStatus(...)：清除接收中断，获取接收到的数据包的长度。
13.In case of a valid packet (CRC OK), start reading the packet：如果CRC OK, 则从Buffer中读取数据包。