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NDK PRF 2.4G开发指南

1 概述

本文介绍的内容有以下几点：

  1. TRX例程功能：

    • 发射端例程的功能：每隔333ms发送一次2.4G数据包，长度5个字节。

    • 发射端例程的功能：接收发送端的2.4G信号，并将接收到的数据通过串口打印出来。

  2. 开发说明：

    • 2.4g初始化配置

    • API介绍

    • SAMPLE运行流程

    • 帧结构介绍

2 环境配置

  1. 环境要求

    • board：pan1070_evb

    • uart：显示串口输出log，uart端口P16（UART_RX）、P17（UART_TX）

    • PC串口工具：Panchip Serial Assistant V0.0.010.exe

    “PRF_TX_SAMPLE”的板子需要搭配和”PRF_RX_SAMPLE”的板子一起使用，两个例程的CONFIG要选择一样。

  2. 编译和烧录：

    1. 项目位置：

    • TX端：”03_MCU\mcu_samples\PRF_TX_SAMPLE”。

    • RX端：”03_MCU\mcu_samples\PRF_RX_SAMPLE”。

    1. TX端和RX端选择project target，如下图所示：

    工程有四种project target，分别对应如下四种不同的配置：

    • B_250k，250k私有调制方式

    • NRF52 250k，可以和nrf52832 250k通信，GFSK调制方式

    • XN297 1M，可以和xn297 1M phy通信

    • NRF 2M，可以和nrf24l01 2M phy 通信

​ 不同的配置也是可以修改的，分别在不同target的”sample_config”文件中，用户可以根据自己的需求修改相应的配置。

  1. 选择好后编译程序，用j-link烧录编译后的hex文件到pan1070_evb板子中。

3 演示说明

  1. 步骤

    • 将接收端串口和发射端串口分别接到PC的USB端口上。

    • 配置接收端和发送端。

    • 观察PC串口工具的输出结果。

  2. 结果

    发射端输出结果：

    接收端输出结果：

4 开发说明

4.1 2.4G初始化配置

配置的结构体“pan_prf_config_t”，各成员介绍如下：

Type

name

Description

prf_mode_t

work_mode

工作模式配置，包括普通型、增强型、自定义增强型

prf_chip_mode_sel_t

chip_mode

xn297通信协议和nordic通信协议配置

prf_trx_mode_t

trx_mode

收发模式配置

prf_phy_t

phy

通信速率配置，可配置为1M、2M、CODED_S8、CODED_S2、250K

prf_crc_sel_t

crc

数据包CRC配置，可配置为crc 16bit，crc 8bit，crc 24bit ，no crc

prf_scramble_sel_t

scr

数据包扰码的配置，可配置为使用扰码和不使用扰码

prf_mode_conf_sel_t

mode_conf

2.4g不同模式射频参数配置，设置deviation

uint16_t

rx_timeout

接收超时时间配置，最大50000us

uint16_t

rf_channel

2.4g频点配置，任意频点可设(2402Mhz~2480Mhz)，也可配置带外频点，时间较长

uint8_t

tx_no_ack

配置增强型模式下tx是否需要ack

prf_trf_t

trf_type

特殊通信模式设置，normal模式、nrf52模式和b250k模式

uint8_t

rx_length

rx接收数据包长度配置，增强型模式配置不生效

uint8_t

sync_length

接入地址长度配置，可配置为3、4、5字节

uint8_t

addr[5]

接入地址的内容(xn297模式下可白化地址，防止出现长0和长1的地址)

uint8_t

crc_include_sync

crc作用域是否包含接入地址（XN297和NRF24L01必须使能），NRF52可配

uint8_t

src_include_sync

扰码作用域是否包含接入地址，XN297包含，NRF不包含

prf_pipe_t

pipe

设置不同地址通信通道（0~7）

int8_t

tx_power

设置发射功率，范围(-45dbm~9dbm)

uint8_t

pid_manual_flag

pid手动配置的标志，使能后可以手动设置pid（0~3）

prf_mode_t：

Type

Value

Description

PRF_MODE_NORMAL

0

普通型

PRF_MODE_ENHANCE

1

增强型

PRF_MODE_NORMAL_M1

2

自定义增强型

prf_chip_mode_sel_t：

Type

Value

Description

PRF_CHIP_MODE_SEL_BLE

1

蓝牙模式（BLE和2.4g模式切换）

PRF_CHIP_MODE_SEL_XN297

2

XN297模式

PRF_CHIP_MODE_SEL_NORDIC

3

NORCDIC模式

prf_trx_mode_t：

Type

Value

Description

PRF_TX_MODE

0

2.4G发射

PRF_RX_MODE

1

2.4G接收

prf_phy_t：

Type

Value

Description

PRF_PHY_1M

1

1M通信速率

PRF_PHY_2M

2

2M通信速率

PRF_PHY_CODED_S8

3

S8编码PHY

PRF_PHY_CODED_S8

4

S2编码PHY

PRF_PHY_250K

5

250k通信速率

prf_crc_sel_t：

Type

Value

Description

PRF_CRC_SEL_NOCRC

0

no crc

PRF_CRC_SEL_CRC8

1

crc 8bit

PRF_CRC_SEL_CRC16

2

crc 16bit

PRF_CRC_SEL_CRC24

3

crc 24bit

prf_scramble_sel_t：

Type

Value

Description

PRF_SRC_SEL_NOSRC

0

不使能扰码

PRF_SRC_SEL_EN

1

使能扰码

prf_mode_conf_sel_t：

Type

Value

Description

PRF_DEV_NRF

1

NRF模式deviation配置，1M 170k，2M 320K

PRF_DEV_BLE

2

NRF模式deviation配置，1M 250k，2M 500K

PRF_G_250K_CONF

3

GFSK调制250K通信速率射频参数配置

PRF_B_250K_CONF

4

私有调制250K通信速率射频参数配置（B_250K）

prf_addr_length_sel_t：

Type

Value

Description

PRF_ADDR_LENGTH_SEL_2

2

2 BYTE地址长度

PRF_ADDR_LENGTH_SEL_3

3

3 BYTE地址长度

PRF_ADDR_LENGTH_SEL_4

4

4 BYTE地址长度

PRF_ADDR_LENGTH_SEL_5

5

5 BYTE地址长度

prf_pipe_t：

Type

Value

Description

PRF_PIPE0

1<<0

管道0

PRF_PIPE1

1<<1

管道1

PRF_PIPE2

1<<2

管道2

PRF_PIPE3

1<<3

管道3

PRF_PIPE4

1<<4

管道4

PRF_PIPE5

1<<5

管道5

PRF_PIPE6

1<<6

管道6

PRF_PIPE7

1<<7

管道7

prf_trf_t：

Type

Value

Description

PRF_TRF_NORMAL

0

普通模式传输

PRF_TRF_NRF52

1

NRF长包模式（payload最大255byte）传输

PRF_TRF_B_250K

2

B_250K通信速率模式传输

prf_endian_t：

Type

Value

Description

PRF_BIG_ENDIAN

0

大端模式传输

PRF_LITTLE_ENDIAN

1

小端模式传输

4.2 API介绍

panchip_prf_init

void panchip_prf_init(pan_prf_config_t *p_config);

初始化配置的结构体“pan_prf_config_t”

panchip_prf_trx_start

void panchip_prf_trx_start(void);

调用此接口，在RX状态下开始RX，在TX状态下开始TX。

panchip_prf_set_data

void panchip_prf_set_data(panchip_prf_payload_t *p_payload);

TX模式下设置payload的内容和长度。

panchip_prf_set_ack_data

void panchip_prf_set_ack_data(panchip_prf_payload_t *p_payload);

RX模式下设置ack payload的内容和长度，ack without payload需要将data length设为0。

panchip_prf_data_rec

uint8_t panchip_prf_data_rec(panchip_prf_payload_t *p_payload);

RX模式下获取接收的数据和长度，返回值是数据长度。必须在RX中断中读取数据，在其他地方读数据会异常。

panchip_switch_prf

void panchip_switch_prf(pan_prf_config_t *p_config);

切换通信协议的帧结构，XN297模式和NRF模式。

panchip_prf_set_chn

void panchip_prf_set_chn(pan_prf_config_t *p_config);

设置通信的频点，带内2400~2480任意频点可设，也可设置带外频点，带外频点配置的时间比带内要长。频点必须在TX和RX退出后使用。

panchip_prf_set_tx_pwr

void panchip_prf_set_tx_pwr(int8_t tx_pwr);

设置发射的功率，功率范围-45dbm~9dbm。

panchip_prf_mode_conf_set

void panchip_prf_mode_conf_set(prf_mode_conf_sel_t conf);

设置deviation，不同模式下射频dev参数配置，可以选择BLE模式、NRF模式、GFSK 250K、私有调制250K。

panchip_prf_set_phy

void panchip_prf_set_phy(pan_prf_config_t *p_config);

设置通信速率，可以选择1M、2M、PRF_PHY_CODED_S8、PRF_PHY_CODED_S2、PRF_PHY_250K。

panchip_prf_set_trx_mode

void panchip_prf_set_trx_mode(prf_trx_mode_t trx_mode);

设置接收模式和发射模式，在idle状态下调用。

panchip_prf_set_work_mode

void panchip_prf_set_work_mode(prf_mode_t work_mode);

设置普通型工作模式和增强型工作模式，在idle状态下调用。

panchip_prf_set_addr

void panchip_prf_set_addr(uint8_t *addr, uint8_t len, prf_pipe_t pipe, uint8_t trx_addr);

设置通信地址内容、长度、地址通道、地址类型。

地址类型分为以下三种：

trx_addr

Value

Description

PRI_RF_MODE_SEL_TX

0

设置TX地址

PRI_RF_MODE_SEL_RX

1

设置RX地址

PRI_RF_MODE_SEL_TRX

2

设置TRX地址，TX和RX地址相同

TX地址只有一个PIPE，RX地址有8个PIPE。

NOTE：地址的最后一个字节不能出现连续的6个bit为0或者为1。

panchip_prf_set_tx_noack

void panchip_prf_set_tx_noack(bool flag);

设置TX增强型模式下是否需要接收ACK，设置成true后，TX后不会进接收。

NOTE：该字段和NRF52系列的noack字段是相反的，PAN1070的true对应NRF52的false，PAN1070的false对应NRF52的true。由于PAN1070该字段是硬件操作的，适配需要修改NRF52的软件。

PAN1070和NRF2401、XN297通信无此问题。

panchip_prf_rx_timeout

void panchip_prf_rx_timeout(uint16_t time);

设置接收的超时时间，单位us，最大50000us。

panchip_prf_reset

void panchip_prf_reset(void);

复位PRF状态机，使其处于IDLE状态。

panchip_prf_rx_stop

void panchip_prf_rx_stop(void);

退出RX模式，RX退出后会产生timeout中断。

panchip_prf_pid_cfg

void panchip_prf_pid_cfg(uint8_t pid);

增强型模式手动设置TX PID，PID设置的范围是0~3。

panchip_white_init_value

void panchip_white_init_value(uint8_t value);

白化使能后，白化初始值设置，默认是0x7f。

panchip_prf_carrier_start

void panchip_prf_carrier_start(uint16_t  tx_channel);

发射单载波，参数设置任意频点。必须在TX和RX退出后使用。

panchip_prf_carrier_stop

void panchip_prf_carrier_stop(void);

退出发射单载波模式。

panchip_prf_read_rssi

int16_t panchip_prf_read_rssi(void);

收到数据后，在接收中断中获取数据强度的RSSI值。这个RSSI会缓存，收到新的数据后值会覆盖。获取RSSI值也可直接使用变量prf_rssi，和接口读出来的值是一样的。

panchip_prf_enable_carrier_rssi

void panchip_prf_enable_carrier_rssi(void);

使能获取载波强度的RSSI模式，调用后不能接收数据。

panchip_prf_read_carrier_rssi

int16_t panchip_prf_read_carrier_rssi(void);

获取载波强度的RSSI值，这个RSSI值是实时的，不会缓存。

panchip_prf_disable_carrier_rssi

void panchip_prf_disable_carrier_rssi(void);

载波强度RSSI获取后，关闭RSSI功能。关闭后可以正常接收数据。

panchip_prf_rx_length_irq_cfg

void panchip_prf_rx_length_irq_cfg(uint8_t value);

配置是否使能rx length err中断，当rx收到数据硬件解析出来的length值大于配置的rx length（结构体中“rx_length”字段），rx length err irq会产生，普通型和增强型接收都有效。在使用前需要先注册中断函数。

panchip_prf_get_pipe

uint8_t panchip_prf_get_pipe (void);

收到数据获取地址通道号，范围0~7。

panchip_prf_set_crc

void panchip_prf_set_crc (pcrc_sel_t crc, uint8_t crc_include_sync);

设置crc的类型和crc的范围是否包含地址。

panchip_prf_set_whitening

void panchip_prf_set_whitening (prf_scramble_sel_t src, uint8_t src_include_sync);

设置白化类型和白化范围是否包含地址。

panchip_prf_set_endian

void panchip_prf_set_endian (prf_endian_t endian);

设置payload数据传输的大小端。

4.3 MULTI PIPE使用介绍

  1. 多pipe的使用主要在于接收端，发送端同时只有一个pipe，接收端同时有8个地址。

  2. 涉及到两个接口，panchip_prf_set_addr和panchip_prf_get_pipe。panchip_prf_set_addr为每个pipe设置不同的地址，接收端收到数据后可以使用panchip_prf_get_pipe获取当前收到数据对应的pipe地址。

  3. 详细使用情况请参考例程” PRF_RX_MULTI_PIPE”和” PRF_TX_MULTI_PIPE”。RX端将收到的数据打印出来，同时打印当前的pipe通道号，TX端每1s切换不同pipe通道，同时每个pipe通道配置相应的地址。注意：接收端在增强型模式下收到数据后需要配置TX地址，地址为当前pipe通道的地址。

4.4 中断介绍

中断介绍如如下代码所示：

void event_tx_fun(void)
{
	printk("tx done\n");
}		//增强型和普通型模式TX结束后会产生TX中断，TX退出，增强型TX完了之后会马上进入RX。

void event_rx_fun(void)
{
	panchip_prf_payload_t rx_payload;

	rx_payload.data_length = panchip_prf_data_rec(&rx_payload);
	printk("rx data:");
	data_printk(rx_payload.data, rx_payload.data_length);
}		//增强型和普通型模式RX收到数据后会进入RX中断,RX退出，增强型RX完了之后会马上进入TX。

void event_rx_timeout_fun(void)
{
	printk("rx timeout\n");
}		//接收超时后会进入timeout中断,RX退出

void event_crc_err_fun(void)
{
	printk("crc err\n");
}		//接收数据错误会进入crc中断，RX退出，不会进入TX

/*普通型TX，TX结束退出后产生TX中断，进入下一次TX后须调用"panchip_prf_trx_start"。*/

/*普通型RX，收到数据后会进入RX中断，接收超时会进入timeout中断，收到错误数据会进入crc中断，进入下一次RX后须调用"panchip_prf_trx_start"。*/

/*增强型TX，TX结束后硬件会自动进入RX，RX收到数据后会进入RX中断，接收超时会进入timeout中断，收到错误数据会进入crc中断，进入下一次TX后须调用"panchip_prf_trx_start"。*/

/*增强型RX，RX收到数据后会硬件会自动进入TX，TX结束退出后产生TX中断，接收超时会进入timeout中断，收到错误数据会进入crc中断，进入下一次RX后须调用"panchip_prf_trx_start"。*/

注意：在高性能的2.4g应用中尽量不要使用打印，会影响射频收发性能。增强型RX中断中不能有延时或者打印或者执行时间很长的接口，不然会影响TX中断从而导致时序错误。

5 Sample运行流程

prf_sample_rx例程运行流程

如下图所示：

image

RX例程流程图

prf_sample_tx例程运行流程

如下图所示：

image

TX例程流程图

6 2.4G帧结构介绍

兼容三种帧结构：xn297、nrf24l01、nrf52

6.1 xn297兼容帧结构

普通型：

3 byte

3~5 byte

1~64 byte

0/1/2/3 byte

preamble(0x710f55)

addr

payload

crc(包含addr和payload)

空中bit序：大端模式

增强型：在地址和payload之间插入signal(10bit)数据。

3 byte

3~5 byte

10bit

1~64 byte

0/1/2/3 byte

preamble(0x710f55)

addr

signal

payload

crc(包含addr和payload)

signal结构：

7bit

2bit

1bit

数据长度标识(动态payload)

PID标识 (判断是否是重发包)

NO_ACK标识 (tx完是否需要ack)

数据长度7bit最大包长发送可支持127byte，接收最大包长可支持128byte。

白化和crc的作用域包括addr+payload+signal。

6.2 nrf2401兼容帧结构

普通型：

空中bit序：大端模式

1 byte

3~5 byte

1~32byte

0/1/2/3 byte

preamble(0x55或者0xaa)

addr

payload

crc(包含addr和payload)

preamble：地址第一个bit为0，取0xaa；地址第一个bit为1，取0x55。

增强型：在地址和payload之间插入signal(9bit)数据。

1 byte

3~5 byte

9bit

1~32byte

0/1/2/3 byte

preamble(0x55或者0xaa)

addr

signal

payload

crc(包含addr和payload)

signal结构：

6bit

2bit

1bit

数据长度标识(动态payload)

PID标识 (判断是否是重发包)

NO_ACK标识 (tx完是否需要ack)

数据长度6bit最大包长发送可支持63byte，接收最大包长可支持64byte。

nrf2401无白化，crc的作用域包括addr+payload+signal。

6.3 nrf52兼容帧结构

nrf52帧结构如下图所示：

image

nrf52帧结构

当s0=0，length=0，s1=0时，和nrf2401普通型帧结构一样。

当s0=0，length=6，s1=3时，和nrf2401增强型帧结构一样。payload长度最大32byte。

当s0=0，length=8，s1=3时，长包模式。payload长度最大255byte。

空中bit序：大小端模式可配

crc作用域：addr(可配)+s0+length+s1+payload

长包模式下，PAN1070 signal结构如下：

8bit

2bit

1bit

数据长度标识(动态payload)

PID标识 (判断是否是重发包)

NO_ACK标识 (tx完是否需要ack)

6.4 自定义帧结构

chip_mode字段为“PRF_CHIP_MODE_SEL_NORDIC”模式时，帧结构如下：

image

header0、header1、length为可选字段，可以适配BLE和NRF52不同模式的帧结构，例如BLE广播帧结构：

image

蓝牙广播中的报头和长度对应PRF_MODE_NORMAL_M1模式中的header0和length，header1没有。

6.5 B250K帧结构

image

使用nrf普通型帧结构进行兼容。 B250K中payload长度为8bit，而且最大payload(包含addr在内)长度为255.另外，length字段固定为1个字节。

Preamble长度有：2/3/4/6/8/12/16/24byte， 帧速率为250K。

7 2.4G PID流程

tx和rx pid处理逻辑如下：

image

PID生成和检测

每一包数据都包括两位的PID（数据包标志位），来帮助接收端识别该数据是新数据包还是重发的数据包，防止多次存入相同的数据包，PID的生成和检测如上图所示。发送端的ack包未发生超时PID值加一。支持软件配置tx pid和rx pid。