无线传感器网络芯片的MAC协处理器设计

摘要

ZigBee技术在低数据速率无线通信领域有广泛的应用。媒体访问控制层(MAC)为ZigBee协议架构提供MAC层数据服务和管理服务。因而,设计定制的无线网络芯片,完成媒体访问控制层功能的 MAC协处理器的设计是十分重要的。
　　本论文首先对IEEE802.15.4协议进行详细分析,研究物理层与MAC层帧格式,以及在MAC层中进行信道访问控制的CSMA-CA算法。然后分析MAC协处理器所要完成的主要任务,将MAC协处理器系统分为发送、接收和CSMA-CA控制器三大部分。使用Verilog硬件描述语言分模块进行设计,包括SPI接口及译码逻辑、CRC校验及伪随机数产生复用电路、地址识别以及含有内部指令集的CSMA-CA控制器等模块。最后使用 QuartusⅡ自带仿真工具对设计完成的模块进行功能仿真验证。
　　本论文以处理器的设计思想,完成以精简指令集的哈佛存储结构设计的CSMA-CA控制器,硬件实现MAC层协议中的CSMA-CA信道选择算法以及成帧解帧功能。论文工作对于今后进行ZigBee SoC系统设计中的MAC协处理器的设计具有重要的参考作用。

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第一章 绪论

1 .1 课题研究背景

1 .2 研究目的和意义

1 .3 本文主要工作及结构安排

第二章 无线传感器网络通信标准

2 .1 ZigBee协议架构

2.2 IEEE 802.15.4协议标准

2 .3 物理层规范

2 .4 媒体访问控制层规范

2 .5 本章小结

第三章 MAC协处理器功能划分

3 .1 MAC协处理器结构设计

3 .2 MAC协处理器功能划分

3 .3 本章小结

第四章 MAC协处理器体系结构设计

4 .1 MAC协处理器关键电路

4 .2 发送部分设计

4 .3 接收部分设计

4.4 CSMA-CA控制器部分设计

4 .5 本章小结

第五章 仿真与验证

5 .1 发送部分整体仿真

5 .2 接收部分整体仿真

5.3 CSMA-CA控制器部分仿真

5 .4 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献