使用STM32WL系列Sub-GHz無線驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用示例

問：使用 STM32WL 系列 Sub-GHz 無線驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用示例

STM32WL系列器件包括內(nèi)置的低于1GHz無線外設(shè) ( Sub-GHz 指的是低于 1GHz 的無線電頻段 ），能夠支持LoRa(僅限STM32WLE5/55器件)、(G)FSK、(G)MSK和BPSK調(diào)制方案。與此無線外設(shè)的通信是通過使用設(shè)備參考手冊(cè) 第5.8節(jié)中概述的命令的內(nèi)部SPI接口完成的。雖然該RF接口的抽象層是在低于1GHz Phy中間件中定義的(在STM32CubeWL MCU Package 中可得)，但將該中間件添加到使用STM32CubeMX的項(xiàng)目中需要在其他幾個(gè)外設(shè)和庫(kù)之間進(jìn)行高級(jí)配置。這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)更大、更復(fù)雜的項(xiàng)目，消耗更多的設(shè)備內(nèi)存，并導(dǎo)致抽象層低效率。對(duì)于要求功耗低的簡(jiǎn)單應(yīng)用，將RF接口驅(qū)動(dòng)程序與低于1GHzPhy中間件隔離并直接利用它可能是有益的。

低于1GHz Phy中間件由高層 (radio.c) 和低層 (radio_driver.c) 組成。高級(jí)驅(qū)動(dòng)程序提供了許多有用的函數(shù)，這些函數(shù)抽象了低層無線功能，例如RadioInit() ，RadioSetTxConfig() 和RadioSend() 。然而，盡管這些函數(shù)很方便，但它們的代價(jià)是效率低下，比如冗余的函數(shù)調(diào)用和過度依賴諸如音序器和定時(shí)器服務(wù)器之類的實(shí)用程序。低層驅(qū)動(dòng)程序簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)參考手冊(cè) 中概述的 SUBGHZSPI 命令，并提供低于1GHz無線寄存器的定義。以犧牲一些質(zhì)量屬性(如可維護(hù)性和可移植性)為代價(jià)，使用該驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行編碼直接允許程序員對(duì)其應(yīng)用程序進(jìn)行更大的控制。

詳細(xì)演示如何將這個(gè)低層與低于 1GHz Phy 中間件隔離開來，并直接添加到 STM32CubeIDE 項(xiàng)目的操作過程。

要求: 要準(zhǔn)確地跟隨演示教程，需要以下項(xiàng)目。

STM32CubeIDE (版本1.8.0)

STM32CubeWL MCU Package (版本1.1.0)

NUCLEO-WL55JC1

NUCLEO-WL55JC1 - STM32WL Nucleo-64 開發(fā)板

應(yīng)用程序示例

作為以獨(dú)立方式使用低于1GHz Phy驅(qū)動(dòng)程序的示例，我們創(chuàng)建了兩個(gè)示例程序(可在GitHub Repository 上獲得)。這些示例復(fù)制了STM32CubeWL MCU Package 中SubGHz_Phy_PingPong示例的高級(jí)功能。也就是說，它們都實(shí)現(xiàn)了圖1所示的狀態(tài)機(jī)。這兩個(gè)示例之間的唯一區(qū)別是一個(gè)使用LoRa調(diào)制解調(diào)器，而另一個(gè)使用FSK調(diào)制解調(diào)器。

圖1:低層無線驅(qū)動(dòng)乒乓樣例項(xiàng)目有限狀態(tài)機(jī)

兩個(gè)NUCLEO-WL55JC1 板需要運(yùn)行這些示例，其中一個(gè)將充當(dāng)主機(jī)，而另一個(gè)將充當(dāng)從機(jī)。最初，兩個(gè)板都處于主狀態(tài)，以隨機(jī)間隔發(fā)送“PING”消息并等待響應(yīng)。最終，兩個(gè)板同步，因此只有一個(gè)設(shè)備發(fā)送“PING”消息，另一個(gè)設(shè)備發(fā)送“PONG”消息作為響應(yīng)。要執(zhí)行該應(yīng)用程序，請(qǐng)按照前一節(jié)提供的步驟創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目包含低于1GHz 無線驅(qū)動(dòng)程序。然后，只需將項(xiàng)目的main.c 文件的內(nèi)容替換為GitHub Repository 中的一個(gè)文件的內(nèi)容，具體取決于你希望在示例中使用哪種調(diào)制方案。最后，構(gòu)建項(xiàng)目并使用它對(duì)兩個(gè)Nucleo板進(jìn)行編程。

注意，這些示例與SubGHz_Phy_PingPong示例兼容。也就是說，一塊板可以用上述應(yīng)用程序編程，另一塊板可以用SubGHz_Phy_PingPong應(yīng)用程序編程，它們將按預(yù)期一起工作。然而，為了利用GFSK調(diào)制，必須首先對(duì)SubGHz_Phy_PingPong示例進(jìn)行稍微修改。打開subghz_phy_app.h 文件，修改第一個(gè)define指令如下:

#define USE_MODEM_LORA 0 //1

#define USE_MODEM_FSK 1 //0

#define REGION_US915 //REGION_EU868

然后，在radio.c 中找到RadioRandom() 函數(shù)，注釋掉RadioSetModem(MODEM_LORA); 這一行不僅不需要獲得隨機(jī)數(shù)，還會(huì)擦除之前初始化步驟中設(shè)置的無線配置。因此，在這種情況下，它被認(rèn)為是一個(gè)bug，不應(yīng)該被包括在內(nèi)。SubGHz_Phy_PingPong示例現(xiàn)在準(zhǔn)備編譯并燒寫到NUCLEO-WL55JC1 板之一。另一個(gè)板應(yīng)該根據(jù)上述說明使用GitHub Repository 中的main_gfsk.c 文件的內(nèi)容進(jìn)行編程。

在初始化和執(zhí)行圖1所示的有限狀態(tài)機(jī)之前，通過調(diào)用清單1中定義的radioInit() 函數(shù)來初始化無線。該函數(shù)使用與SubGHz_Phy_PingPong示例相同的無線配置，但有一個(gè)例外。在參考手冊(cè) 第6.1節(jié)的末尾，它說:

SMPS需要時(shí)鐘才能正常工作。如果由于任何原因這個(gè)時(shí)鐘停止，設(shè)備可能會(huì)被破壞。為了避免這種情況，使用時(shí)鐘檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)時(shí)鐘故障時(shí)，關(guān)閉SMPS并啟用LDO。SMPS時(shí)鐘檢測(cè)通過低于1GHz無線 SUBGHZ_SMPSC0R.CLKDE使能。缺省情況下，SMPS時(shí)鐘檢測(cè)功能處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟SMPS前必須開啟時(shí)鐘檢測(cè)功能。

盡管有這個(gè)警告，低于1GHz Phy中間件的高層和低層都沒有啟用SMPS時(shí)鐘檢測(cè)。因?yàn)?a target="_blank">DCDC_ENABLE 是在radio_config.h 中定義的，所以SUBGRF_SetRegulatorMode() 函數(shù)將啟用SMPS降壓轉(zhuǎn)換器。因此，在此函數(shù)調(diào)用之前，手動(dòng)啟用SMPS時(shí)鐘檢測(cè)。