基于ARM9处理器的ZigBee网关设计
ZigBee 因其低成本、低功耗、组网灵活等众多优势，成为工业无线通信技术中备受关注的技术之一。ZigBee 是一种低速网络，传输速度为10KB/S～250KB/S，多样的互联方式使得组网方式灵活而稳健。
文章介绍一种基于AT91SAM9260 的ZigBee 工业以太网网关设计，实现ZigBee 与工业以太网的一种透明接入，上层采用ZigBee 协议，应用于工业现场短距离的无线控制、监测、数据传输等的以太网协议转换，并内嵌嵌入式WebServer 实现现场仪表的远程监控、远程数据交互系统应用框图如图1 所示用户可通过ZigBee 以太网网关内嵌得WebServer 直接访问或修改仪表数据，实现现场仪表的远程监控、远程诊断等当网关接入GPRS 或因特网后，无论你身处何地都可随时访问工业现场仪表数据，实现现场仪表的远程组态、远程诊断以及远程操作等功能，使世界范围内的不同传感监测网络可以信息共享。
图1 ZigBee 以太网网关应用示意图
1 硬件设计
网关硬件如图2，系统以AT91SAM9260 为核心，AT91SAM9260 为ATMEL 公司高性能ARM9 处理器，主频可达200M，带有以太网MAC，扩展了以太网PHY 模块、 ZigBee 无线通信模块、Nand FLASH和SDRAM。图中K9F2G08 为256M的Nand FLASH，HY57V64162为64M SDRAM，与AT91SAM9260 的地址线、数据线、片选线、读写线直接无译码相连接。
DM9161 为以太网PHY 芯片，10M/100M 兼容，实现以太网物理层CC2520 是TI 公司的第二代的ZigBee/ IEEE 802.15.4 RF 收发器，具有当今业界最佳的选择性/共存性及优异的链路预算功能特点，目标满足各种应用中ZigBee/IEEE 802.15.4 同专有无线系统的要求，而且提供了广泛的硬件支持，包括数据包处理、数据缓冲、突发传输、数据加密、数据认证、空闲通道评估、链接质量指示以及数据包计时信息等，与AT91SAM9260之间通过SPI 进行数据通讯与控制。
图2 网关硬件框图
2 软件设计
网关软件采用内嵌Linux-2.6.28 内核，在上层应用添加ZigBee 服务，实现ZigBee 与以太网协议的转换。以太网数据报文通过 UDP 端口接收，去掉帧头帧尾，附加Zigbee 短地址，通过串口发给CC2520，封装为 ZigBee 报文发送现场数据的ZigBee 报文由CC2520转为串口数据接收，去掉ZigBee 短地址，附加UDP 帧头帧尾，然后由以太网口转发。软件设计架构如图3 所示。
图3 网关软件设计架构
软件执行流程图如图4 所示，底层的硬件初始化包括时钟的设置、GPIO 的管理、串口的配置、以太网接口MII 的配置以及PHY 芯片的设置等，然后CC2520 的初始化配置无线通信模块符合ZigBee 协议标准，CC2520 初始化设置后，模块即可以实现透明串口传输，与ARM 处理器进行数据交互。为适应短帧实时和确定性通信发展趋势，以太网通信采用UDP/IP 协议启动linux 内核多任务调度管理，进行串口数据的收发、UDP 的接收与发送以及嵌入式WebServer 等任务。
图4 软件执行流程
3 ZigBee与以太网协议转换软件设计
TCP/IP 协议使用MAC 地址进行硬件地址的识别并使用ARP 协议进行硬件地址到IP 地址的解析因此必须完成ZigBee 到ARP 地址的转换，才能保证正常通讯ZigBee 中每个节点都有自己的MAC 地址，格式由64 位长地址和16 位短地址组成文章设计实现了ZigBee协议中适配层和ARP，完成ZigBee 中MAC 地址到以太网IP 地址的映射工作流程图如图5 所示当网关接收到一个正常发往本地IP 的以太网数据包后，经过协议判断送往上层UDP(TCP)处理，最后到网关的应用程序处理网关应用程序经过分析判断，确定需要转发给ZigBee 网络中的哪个节点，经过ZigBee 端的ARP 地址解析出对应的ZigBee 中的节点MAC地址，将相应的数据包送至该节点，完成一次数据通讯。
同理，当ZigBee 端收到数据包后，通过同样的解析将数据包送至对应节点或设备通过内嵌的WebServer 用户可实现ZigBee 节点的实时访问、修改、组态等。
图5 网关协议工作框图
4 结束语
在网关中内嵌WebServer，可通过以太网随时访问或修改现场仪表的数据，实现远程控制，远程诊断等该产品有效的解决了工业现场短距离ZigBee 无线通讯连接以太网的问题，以全新的方式向物联网靠拢.