[发明专利]一种用于无线传感器网络节点上的处理芯片

说明书

技术领域

本发明涉及无线传输领域，特别涉及一种用于无线传感器网络节点上的处理芯片。

背景技术

无线传感器网络是由大量密集部署在监控区域的自治节点构成的一种自组织网络应用系统。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，既是多学科高度交叉的具有高度挑战性的前沿研究领域，也是国内外公认的具有广阔发展前景的高技术产业。

节点的功耗、体积和成本是无线传感器网络所面临的三大难题，目前的无线传感器网络节点一般采用单片机或嵌入式系统技术，用电路板将电源、通用的处理器芯片、射频芯片、传感器以及一些其他外围电路连接起来，以软件作为网络协议和算法的主要实现手段，例如CrossBow公司的Mica系列节点。用这种方法设计出来的节点，由于存在使用的芯片较多，芯片没有专门针对无线传感器网络这种应用环境做过优化，以及用软件来实现协议和算法的方法效率较低等缺点，在功耗和体积等方面难以满足无线传感器网络的需要。阻碍了无线传感器网络应用的推广。

随着SoC(片上系统)技术的发展和推广，在一个芯片上集成处理器和其他各种模块，使之组成一套系统成为可能，将这种方法应用到无线传感器网络领域，将成为解决上述问题的一种有效途径。目前，虽然有一些芯片将处理器和无线射频模块集成到一个芯片中，但是这些芯片没有集成路由等高层网络协议，也没有集成无线传感器网络常用算法的协处理器，只是把处理器和无线射频作一个简单的拼凑。例如，Jennic公司的JN5121-ZO1-MOx虽然在一个芯片中集成了处理器、无线模块，以及MAC协议，但是它是将MAC协议的程序段固化在芯片的ROM中，通过软件调度处理器来实现MAC协议。开发者在使用这些芯片时，需要用软件实现高层的网络协议和算法，这样对开发者水平要求很高，既要懂得无线传感器网络的网络协议，又要懂得应用环境的需要，而设计实现无线传感器网络的网络协议的调试工作量很大，非无线传感器网络专业的开发者往往难以完成。同时，让处理器处理这些使用频率很高的协议和算法，既得不到较高的能效比，又浪费了处理器的资源。

发明内容

本发明的目的是克服现有集成有处理器和无线射频模块的芯片中，没有集成路由协议以及用于处理网络常用算法的协处理器的缺陷，从而提供一种用于无线传感器网络节点上的高效的专用处理芯片。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于无线传感器网络节点上的处理芯片，包括处理器1、程序下载控制器3、程序存储器4、内存5、无线射频模块6、MAC协议模块7、接口模块9和中断控制模块10，还包括协处理器2、路由协议模块8；其中，所述的处理器1与所述的程序下载控制器3连接，并连接到芯片内的总线上；所述的协处理器2与总线相连；所述程序下载控制器3除与所述处理器1相连外，还与所述的程序存储器4连接，所述程序下载控制器3对芯片外设备提供程序下载接口；所述内存5、MAC协议模块7、路由协议模块8、接口模块9和中断控制模块10都连接到总线上，所述无线射频模块6与所述MAC协议模块7连接；所述接口模块9对外提供数据接口；所述中断控制模块10通过中断连接线与所述处理器1、协处理器2、MAC协议模块7、路由协议模块8、接口模块9连接，所述中断控制模块10还对芯片外设备提供中断接口。

上述技术方案中，所述的处理器1为芯片中的各个模块调度数据，采用现有的IP模块或者开源代码来实现。

上述技术方案中，所述的协处理器2实现节点定位、滤波、FFT变换的计算操作。

上述技术方案中，所述的无线射频模块6在所述MAC协议模块7的控制下完成对信号的调制解调功能，该模块具有发送、接收和休眠三种工作模式。

上述技术方案中，所述的MAC协议模块7在所述处理器1的控制下设定所述无线射频模块6的工作频率、发送功率和调制解调模式，并由所述处理器1配制它发送和接收数据的对象，以及工作休眠时间的分配；所述发送和接收数据的对象是指所述MAC协议模块7发送和接收数据的对象是所述的处理器1还是所述的路由协议模块8。

上述技术方案中，所述路由协议模块8根据模块中集成的路由协议封装或拆分数据包，并转发处理后的数据包。

上述技术方案中，所述接口模块9为芯片提供了各种常用接口，所述常用接口包括串口、SPI、I2C、并口以及模数转换接口。