為ZigBee網絡協(xié)調器選擇合適的控制器

在ZigBee標準發(fā)布不久，人們就懷疑ZigBee的發(fā)展前景。不過如今，ZigBee已經在無線市場中占據(jù)了重要的部分。ZigBee產品提供商逐步增加，并且有越來越多的產品種類涌現(xiàn)出來。但隨著激烈競爭的日益加劇，越來越多的提供商更加關注ZigBee的優(yōu)點：即低成本和低功耗。因此，他們采用具有盡可能低的成本和功耗的微控制器作為ZigBee產品的控制器，并且發(fā)布了單芯片解決方案(即將無線收發(fā)器和控制器集成到一個芯片上)。用戶樂意接受單芯片方案，因為它能夠大大降低成本，縮短研發(fā)周期，加速上市時間，從而對促進ZigBee的應用起到積極的作用。但是，對這種追求低成本的方法來說，在面對ZigBee的多樣化的應用時面臨著一些限制。

存在問題

在ZigBee網絡中包含三種設備類型(見圖1)：即ZigBee網絡協(xié)調器，ZigBee路由器以及ZigBee端設備。ZigBee網絡協(xié)調器是整個網絡的中心，它負責的功能包括建立，維持和管理網絡，分配網絡地址等。因此，可以將ZigBee網絡協(xié)調器稱作為ZigBee網絡的“大腦”。由于這個“大腦”擔負了許多任務，負責管理這個“大腦”的控制器的性能必須高于網絡中其他類型的設備。對于簡單的網絡和應用，ZigBee網絡中的三種設備可以使用同樣的控制器。但隨著網絡的擴展和應用復雜度的增加，網絡協(xié)調器的負擔加重，將漸漸超過單芯片的能力，從而在很大程度上限制了ZigBee應用的擴展。因此，ZigBee網絡協(xié)調器應該使用與其他設備不同的控制器，并且對具有高性能控制器的需求日益提升。因此，ZigBee網絡中各類設備所用的控制器各式各樣：ZigBee端設備因其功能相對簡單，故將使用低成本和低功耗的控制器；ZigBee路由器將使用低成本的控制器；而對于ZigBee網絡協(xié)調器所用的控制器，除了功耗和成本之外，還要著重考慮性能。

選擇控制器時的考慮因素

今天，市場上有各式各樣的控制器，可以為ZigBee用戶提供許多選擇。但是，同時也帶來了困難。如何在控制器產品的汪洋大海中為ZigBee網絡協(xié)調器選擇一個合適的控制器對于ZigBee應用來說變成了一個必須認真對待的難題。ZigBee網絡協(xié)調器的選擇與整個項目的研發(fā)有關。在為ZigBee網絡協(xié)調器選擇控制器時，工程師應該考慮如下因素：

1. 高性能

為了網絡協(xié)調器的正常操作和網絡管理，必須選用高性能的控制器。這里所指的高性能是相對于ZigBee網絡中的端設備和路由器所用的控制器而言的。網絡協(xié)調器的控制器必須具備較高的性能以及強大的運算和處理能力?？梢赃x擇32位的MCU，而以前用的是8位和16位的MCU。盡管目前8位和16位的MCU的性能和主頻速度在不斷增加，但內部總線寬度仍然限制了它們的運算和處理能力。ZigBee網絡中的網絡地址分配、路由表維護和管理等都需要大量的運算，無疑在這方面32位MCU具有較大的優(yōu)勢。此外，32位MCU在實現(xiàn)ZigBee網絡與其他網絡(如以太網)之間的連接方面也具有較大的優(yōu)勢。無疑，高處理能力將導致功耗和成本的增加。但是，通常網絡協(xié)調器用的是交流電源，而非ZigBee網絡中的電池，因此有關功耗方面的要求較低。而就成本來說，32位MCU的價格在逐漸降低，某些32位的MCU的價格甚至低于16位的MCU。再說，真正應該考慮的成本應該是整個ZigBee網絡的總成本。ZigBee端設備和路由器是ZigBee網絡的主要設備，也是成本非常低的設備。而ZigBee協(xié)調器在整個ZigBee網絡中的比重比較低。因此，在選擇網絡協(xié)調器的控制器時，相對于功耗和成本，性能應該是優(yōu)先考慮因素。

圖1：ZigBee網絡中的設備類型。

2. 片上資源

就控制器的片上資源來說，首先要考慮外設模塊是否滿足基本的應用需求。例如，應該有足夠的用來控制收發(fā)器的無線收發(fā)器接口，應該有不同的應用開發(fā)所需的模塊等。但并非是越多越好，而是應該接近應用需求。過多的用不上的外設模塊不僅增加成本，而且還影響功耗。

對于控制器的片上資源來說，另一個需要考慮的因素是嵌入式存儲器的空間。由于ZigBee網絡協(xié)調器是網絡的中心節(jié)點，網絡協(xié)調器所用的協(xié)議棧軟件占用很大的存儲空間。對于現(xiàn)有的典型ZigBee軟件，網絡協(xié)調器所用的協(xié)議棧軟件將需要40KB的閃存和2KB的RAM。如果嵌入式閃存和RAM容量太小，為用戶應用所留的空間將會很小，將會迫使用戶花費很大力氣來縮短或優(yōu)化代碼。于是對于有很多應用代碼的應用或需要閃存來存儲用戶數(shù)據(jù)的應用，因為存儲空間不夠用戶將不得不放棄。因此，網絡協(xié)調器應該使用內嵌存儲器較大的控制器，以便為用戶留足空間來書寫應用程序。進一步說，保持一定的存儲裕量對產品的維護和升級也是有幫助的。

3. 開發(fā)工具

盡管網絡協(xié)調器利用與其它網絡設備不同的控制器，網絡協(xié)調器所用的開發(fā)工具應該與其他設備所用的一樣。如果使用不同的開發(fā)工具，將會帶來各種損失。首先，開發(fā)成本將會上升，這是因為一方面，購買兩種開發(fā)工具將會花費更多的錢，另一方面，需要更多的工程師學習和使用不同的工具。其次，工作量將會增加。工程師需要花費大量的時間和精力來學習兩種產品和開發(fā)工具。最后，研發(fā)周期還會加長，從而因為工作量的增加將會放慢上市和推廣速度。于是，用于控制器的開發(fā)工具是一個重要的考慮因素。否則，無論是從成本還是項目研發(fā)的角度出發(fā)都將是不合理的。

4. 兼容性和可升級性

如今的市場正在快速變革，產品的生命周期變得越來越短。在產品的研發(fā)階段，就應該考慮產品的未來維護和升級。因此，在選擇控制器的初始階段就要考慮兼容性和可升級性。否則，如果產品不具備升級能力，開發(fā)商就必須花費大量的資金來進行升級。通常，在研發(fā)的關鍵階段，所選的控制器應該處于中等水平。當研發(fā)結束時，在經過驗證后控制器將被取代。如果此時控制器的性能還有很大裕量，則可以選用低端產品。隨著時間的進展，例如，如果需要將ZigBee網絡連接到以太網時，現(xiàn)用的控制器可以被升級到高端產品。一句話，為網絡協(xié)調器所選的控制器應該比較靈活，可以提供對低端產品的兼容能力以及升級到高端應用的可升級能力。

5. 供應商

最后一點，也是最容易被忽略的一點是供應商，這在選擇控制器時也應考慮。要選擇產品經過驗證的并具有穩(wěn)定供貨能力的供應商。通常，這些供應商具有完整的和種類齊全、成熟的和穩(wěn)定的控制器產品可供選擇，還有優(yōu)秀的技術支持團隊，具有競爭力的價格，以及穩(wěn)定的產品供貨。這些因素對用戶非常重要。經過驗證的產品將具有高性能和高質量，有利于幫助提升用戶產品的質量并縮短測試周期?？刂破鞯姆N類齊全可為用戶提供選擇的靈活性，使得用戶可以選擇接近其需求的產品并簡化了產品的兼容性和可升級問題。一個優(yōu)秀的技術支持團隊將會幫助用戶進行故障排查并加快開發(fā)進度。具有競爭力的價格和連續(xù)穩(wěn)定的供貨能力能夠確保所供產品以及用戶的產品可以在幾十年后還能延續(xù)工作。因此，選擇一個好的供應商將會事半功倍。

本文小結

ZigBee網絡協(xié)調器是整個網絡的中心，它將直接影響到ZigBee網絡的工作。因此，ZigBee網絡協(xié)調器的控制器的選擇將會關聯(lián)到整個項目。上面所提到的5點是工程師在為網絡協(xié)調器選擇控制器時應該考慮的一些因素。由于它們是彼此關聯(lián)的，故在實際執(zhí)行時要通盤和綜合考慮(見圖2)，并且在選擇過程中應該平衡每一點因素，以便得到最佳結果。

圖2：為網絡協(xié)調器選擇合適控制器的考慮因素