摘 要：設計了一款以ARM7 芯片AT91SAM7X256 為核心，μC/OS-II 為操作系統(tǒng)的基于Zigbee 技術無線投票基站。該基站用于連接Zigbee 網(wǎng)絡和以太網(wǎng)。實現(xiàn)了無線投票表決器遠程監(jiān)控和多會議室同時投票功能。主要分析了該基站的軟件設計，介紹了基站如何建立無線投票表決器網(wǎng)絡，收集表決器的投票情況，接受遠程監(jiān)控訪問的過程。并且對其硬件平臺的結(jié)構(gòu)做了相應描述。

　　1 引言

　　投票表決器在選舉，會議，教學，娛樂節(jié)目中得到大量的使用?，F(xiàn)行的無線表決系統(tǒng)采用單一的無線網(wǎng)絡，使無線終端設備與上位機進行通信。由于無線網(wǎng)絡存在傳輸距離有限，對障礙物穿透性較差等問題，無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控和多會議室同時投票等問題。本文利用Zigbee 技術具有低功耗，使用頻段免費和以太網(wǎng)具有傳輸遠，傳輸速率快等特點，將二者相結(jié)合，設計了一款無線投票表決器基站。實現(xiàn)了無線投票表決器遠程監(jiān)控和多會議室同時投票功能。

　　2 系統(tǒng)概述

　　整個無線投票表決器系統(tǒng)，由監(jiān)控中心，基站，表決器組成，如圖1 所示?；炯茸鳛檫h程監(jiān)控中心與無線投票表決器設備通信的樞紐，并且還作為無線投票表決器網(wǎng)絡中的協(xié)調(diào)器，維護和管理整個無線網(wǎng)絡?；臼占魍镀北頉Q器的投票情況，接受遠程監(jiān)控中心的指令和定時訪問。

圖1 無線投票表決器系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　3 硬件設計

　　基站硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由ARM7 處理器AT91SAM7X256、無線模塊、以太網(wǎng)模塊，存儲模塊，電源模塊，和顯示模塊組成。

圖2 硬件整體結(jié)構(gòu)

　　其中AT91SAM7X256 作為整個基站的主控芯片，由Atmel 公司出品，它集成了ARM7TDMI 處理器，片內(nèi)256KB Flash 和64KB SRAM,還包括了USART、SPI、CAN 控制器、Ethernet 網(wǎng)口等外圍設備。

　　無線模塊采用CC2520 芯片。CC2520 是由TI 公司推出的第二代基于Zigbee/IEEE802.15.4 協(xié)議的收發(fā)芯片。豐富的硬件支持幀處理，數(shù)據(jù)緩存，數(shù)據(jù)加密，CCA 等操作。CC2520 通過SPI 接口與AT91SAM7X256 實現(xiàn)通信。AT91SAM7X256 分別通過/CSN 引腳和VREG_EN 引腳對CC2520 進行片選和使能，GPIO4 引腳為AT91SAM7X256 提供接收數(shù)據(jù)幀起始信號和發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)束信號。

　　以太網(wǎng)模塊采用DM9161 芯片，DM9161 是Davicom 公司推出的能實現(xiàn)全部10M/100M 以太網(wǎng)物理功能的低功耗高性能物理層收發(fā)器。

4 軟件設計

圖3 軟件整體結(jié)構(gòu)。

　　軟件整體結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。本基站采用μC/OS-II 操作系統(tǒng)，并在此操作系統(tǒng)上完成基于TCP/IP協(xié)議的LwIP 協(xié)議棧和基于Zigbee 協(xié)議的msstatePAN協(xié)議棧的移植，以及以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動程序，無線收發(fā)芯片驅(qū)動程序，應用程序的編寫工作[3,4].下面將詳細對驅(qū)動程序和應用程序進行詳細的說明。

　　4.1 以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動

　　由EMAC_INIT（）函數(shù)完成對EMAC 的初始化設置，其中包括對EMAC 操作模式、MII 接口和PHY進行配置，設置發(fā)送和接收緩沖區(qū)描述符[5].MII 接口是IEEE-802.3 定義的以太網(wǎng)行業(yè)標準，用于 FastEthernet MAC-block 與各種類型的PHY 連接[6]. 它包括一個數(shù)據(jù)接口，以及一個MAC 和PHY 之間的管理接口。在PHY 上電后，先對DM9161 進行一次軟件復位操作，待軟件復位結(jié)束后使EMAC 和PHY 各自進行初始化設置，并使能EMAC 和PHY 接口，然后實現(xiàn)自動協(xié)商過程，在自動協(xié)商過程中，依靠MDIO接口是EMAC 和PHY 進行通訊，使二者配置成相同的速度和雙工模式。最后設置EMAC 地址并完成接收和發(fā)送緩沖區(qū)標識符的初始化工作，使得每個描述符指向正確的緩沖地址并將描述符首地址寫入隊列指針寄存器。EMAC 的數(shù)據(jù)包讀取和數(shù)據(jù)包傳送分別由EMACReadPacke（）和EMACSendPacket（）函數(shù)來完成，其中為了保證獲得正確的數(shù)據(jù)包讀取位置在讀取數(shù)據(jù)包之前必需先調(diào)用GetInputPacketLen（）函數(shù)獲得數(shù)據(jù)包的長度。

　　4.2 Zigbee 收發(fā)芯片CC2520 驅(qū)動

　　由初始化模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收模塊組成。通過初始化模塊對CC2520 進行初始化配置。其中包括對CC2520 進行啟動，設置網(wǎng)絡頻道號，發(fā)射功率，自動CRC 校驗，將GPIO4 管腳配置成用來接收SFD 幀起始信號。

　　發(fā)射模塊完成數(shù)據(jù)的發(fā)送任務。下面程序為數(shù)據(jù)發(fā)送過程。

　　先清除發(fā)送緩沖區(qū)，再將待發(fā)數(shù)據(jù)包寫入發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)并進入待發(fā)狀態(tài)，然后根據(jù)GPIO4 管腳信號判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，若未發(fā)送完畢繼續(xù)等待，若發(fā)送完畢清楚SFD 標志位，最后使CC2520 進入空閑狀態(tài)。

　　接收模塊完成數(shù)據(jù)的接收任務。當檢測到CC2520的GPIO4 管腳的SFD 信號后，產(chǎn)生中斷，進入到接收中斷服務程序。接收中斷服務程序與發(fā)送程序類似，這里不再一一列出。