汽车数字钥匙设计08：UWB测距之FinalData参数
如之前文章描述，进行UWB测距时，手机（Initiator）与车端各锚点（Responders）需交互Pre-Poll、Poll、Response0-N、Final、Final-Data等信息。
其中Pre-Poll和Final-Data是SP0数据帧，是带参数的。
Poll、Response0-N、Final是SP3数据帧，是不带参数的。
本文重点讲解下Final-Data携带的11个参数，具体如下表。
| UWB MAC Message |
UWB MAC Message ID |
Patameters |
| Final_Data |
2 |
UWB_Session_ID, Ranging_Block, Hop_Flag, Round_Index, Final_STS_Index, Ranging_Timestamp_FINAL_TX, Number_Ranging_Responders, Responder_Index, Ranging_Timestamp_Responder_l, Ranging_Timestamp_Uncertainty_Responder_l, Ranging_Status_Responder_l, … |
假设UWB测距芯片为NCJ29D5，为进行UWB测距，需结合一个主控MCU芯片，完成对UWB测距流程的控制。MCU与NCJ29D5之间采用SPI通信，如下图。双方采用UCI接口(可详见NCJ29D5 UCI说明文档)进行通信。
备注：前面4个参数，在Pre-Poll中也有包含。
参数1: UWB_Session_ID
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| UWB_Session_ID |
4 |
0 –0xFFFFFFFF |
ID of the UWB ranging session. |
该参数在Pre-Poll命令也有包含。我的理解是启动测距时，由主控MCU控制随机产生，通过UCI命令SESSION_INIT_CMD创建一个UWB测距session。后面关于该测距session的控制基本都得通过该session id来控制。
NCJ29D5可以同时建立多个测距session，此session id可用来区分不同的测距session，每一个session id对应的各自的UWB配置参数。
即同一组UWB测距数据流，Pre-Poll和Final-Data的参数相同。
参数2: Ranging_Block
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Ranging_Block |
2 |
0 –0xFFFF |
Index of current ranging Block |
当前测距session的block索引。该参数在Pre-Poll命令也有包含。
启动UWB测距时，要配置一个对应的Ranging session。
如下图，每个Ranging session里可能会有多个Ranging Block，每个Ranging Block里可能会有多个Round。每一个Round对应的就是之前说一个UWB测距交互流程（Pre-Poll->Poll->Response0-N->Final->Final Data）。每个Round里会有多个Slot，用来“放置”Pre-Poll、Poll、Response0-N、Final、Final Data等UWB帧。
参数3: Round_Index
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Round_Index |
2 |
0 –0xFFFF |
The ranging round in which the ranging cycle will be executed in the next ranging block. |
该参数在Pre-Poll命令也有包含。
在Pre-Poll中原文中描述如下：
The ranging round index for the current ranging block as set from the ranging exchange in the previous ranging block.
在Final-Data中原文中描述如下：
The ranging round in which the ranging cycle will be executed in the next ranging block.
这两个参数是匹配使用的。
在Pre-Poll中表示：当前UWB测距采用哪个round_index进行UWB测距。
在Final-Data中表示：下次UWB测距block采用哪个round_index进行UWB测距。
如上描述，每个Ranging block里可能有多个Round，该参数用于配置当前UWB测距的Round index信息。每次UWB测距的Round可能是静态不变的，也可能是动态变化的，具体详见下个参数Hop_Flag。
参数4: Hop_Flag
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Hop_Flag |
1 |
0:No Hopping 1:Hopping |
Hop Flag for next ranging Block For no hopping configuration this field is always 0 For continuous hopping configuration this field is always 1 |
该参数在Pre-Poll命令也有包含。
在Pre-Poll中原文中描述如下：
Hop flag for current ranging block as set from the ranging exchange in the previous ranging block.
在Final-Data中原文中描述如下：
Hop Flag for next ranging Block.
这两个参数是匹配使用的。
在Pre-Poll中表示：当前UWB测距采用是否要hopping。
在Final-Data中表示：下次UWB测距是否要hopping。
若Hop_Flag设置为0，则表示设置为“no hopping”，这表示initiator每次都会使用相同的ranging round来进行UWB测距。
若Hop_Flag设置为1，则表示设置为“hopping”，这表示initiator每次测距使用的的ranging round可能会变化。
Hopping方式又分为两种：
第一种，是continuous hopping，即每次测距使用不同的ranging round。
第二种，是adaptive hopping，如果Initiator认为该round是干净无干扰的，则不进行hopping；如果Initiator认为该round存在干扰，则进行hopping.
具体可详见CCC规范20.4章节，有专门描述了Hopping Flag的相关要求。
参数5: Final_STS_Index
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Final_STS_Index |
4 |
0 –0xFFFFFFFF |
STS index of the preceding Final message. |
该在Pre-Poll命令也有类似的参数，名字叫Poll_STS_Index，而Final-Data中的参数叫Final_STS_Index。
之前说过一个UWB测距交互流程是：Pre-Poll->Poll->Response0-N->Final->Final Data
所以这两个参数的用途分别是：
1、在Pre-Poll数据帧中通过Poll_STS_Index参数，指示随后的Poll帧的STS_Index。
2、在Final-Data数据帧通过参数Final_STS_Index，指示之前的Final帧的STS_Index。
UWB数据帧有SP0帧和SP3帧，其中SP3帧中就有包含STS_Index字段，如下图：
STS_Index参数对于安全测距操作起着重要作用。
每个slot包含有一个SP3帧，无论该slot是否被使用，都需要对测距块中的每个slot进行变更。CCC中描述的基本规则是采用每个slot递增的方式，如下图：
具体可详见CCC规范20.6章节，有专门描述了STS index的相关要求。
参数6: Ranging_Timestamp_FINAL_TX
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Ranging_Timestamp_FINAL_TX |
4 |
Range = 0 to 0XFFFFFFFF Timestamp = N × 1/128 × 1/499.2e6 sec Time Range = 0 to 67.21 ms |
Time difference between POLL and Final messages transmit times at the initiator. |
我的理解是initiator端开始发送POLL到开始发送Final帧的时间间隔。
参数7: Number_Ranging_Responders
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Number_Ranging_Responders |
1 |
0–255 |
Number of timestamps to follow in this message. |
我的理解是用于指示接下来的参数中，有多少组Responder的参数。
接下来的参数，每4个 为一组锚点的时间戳参数。
即参数8（Responder_Index）、参数9（Ranging_Timestamp_Responder_l）、参数10（Ranging_Timestamp_Uncertainty_Responder_-l）、参数11（Ranging_Status_Responder_l）为一组锚点的时间戳参数.
参数8: Responder_Index
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Responder_Index |
1 |
0–255 |
Index of Responder_l whose timestamp data is referred to in the Ranging_Timestamp_Responder_l, Ranging_Timestamp_Uncertainty_Responder_l, and Ranging_Status_Responder_l fields |
我的理解是用于指示接下来这组时间戳参数，是第几个锚点。
参数9: Ranging_Timestamp_Responder_l
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Ranging_Timestamp_Responder_l |
4 |
Range = 0 to 0XFFFFFFFF Timestamp=N × 1/128 × 1/499.2e6 sec Time Range = 0 to 67.21 ms |
Time difference between POLL and RESPONSE of Responder l, as received by the initiator. |
我的理解是initiator端开始发送Poll到接收到锚点l(Responder_l)响应的时间间隔。
参数10: Ranging_Timestamp_Uncertainty_Responder_l
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Ranging_Timestamp_Uncertainty _-Responder_l |
1 |
See Section 6.9.1.7 in [IEEE 802.15-4z-2020] |
Range of values from 1.5 cm–3.6 m at various confidences |
该参数应该是用来补偿的一个参数。具体我翻阅了IEEE 802.15-4z-2020，但目前还不太理解。
参数11: Ranging_Status_Responder_l
| 参数名称 |
长度(bytes) |
取值范围 |
描述 |
| Ranging_Status_Responder_l |
1 |
See Table 20-7 |
The status for the response frame from the responder. See the corresponding description for the ranging status in Table 20-7 |
该参数用来反馈当前锚点的测距状态，具体状态详见下表。
| Ranging Status |
Value |
Description |
| Success |
0x0 |
Successful receipt and transmission of a packet |
| Transaction overflow |
0x1 |
RESPONSE SP3 frame from this responder cannot be processed by the device |
| Transaction expired |
0x2 |
No RESPONSE SP3 frame was received from this responder |
| Incorrect frame |
0x03 |
The RESPONSE SP3 frame received from this responder was not correct |
| Reserved |
0x04-0xFF |
Table 20-7: Ranging Status of a Responder
其他说明：
随后的参数12（Responder_Index）、参数13（Ranging_Timestamp_Responder_l）、参数14（Ranging_Timestamp_Uncertainty_Responder_-l）、参数15（Ranging_Status_Responder_l）为一组锚点的时间戳参数。
最终有几组参数，取决于共有几个锚点，即参数7（Number_Ranging_Responders）。
Final-Data数据帧最多带127字节的参数。正常时，最多可允许一个测距ranging round中有10个锚点。
但当NkChap_per_Slot= 24时，即每个slot为8ms，则一个测距ranging round中最多只能有7个锚点，否则加上前后POLL和Final数据帧，共超过9个数据帧，则其间隔将超过8个slot，即8*8ms=64ms。而参数6和参数7的时间戳最大值为67.21 ms。