एएन451
वायरलेस एम-बस सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन

परिचय

यह एप्लिकेशन नोट सिलिकॉन लैब्स C8051 MCU और EZRadioPRO® का उपयोग करके वायरलेस M-Bus के सिलिकॉन लैब्स कार्यान्वयन का वर्णन करता है। वायरलेस M-बस 868 मेगाहर्ट्ज आवृत्ति बैंड का उपयोग करके मीटर-रीडिंग अनुप्रयोगों के लिए एक यूरोपीय मानक है।

परतों का ढेर

वायरलेस एम-बस 3-परत IEC मॉडल का उपयोग करता है, जो 7-परत OSI मॉडल का एक उपसमुच्चय है (चित्र 1 देखें)।

भौतिक (PHY) परत को EN 13757-4 में परिभाषित किया गया है। भौतिक परत यह परिभाषित करती है कि बिट्स को कैसे एनकोड और प्रसारित किया जाता है, RF मॉडेम विशेषताएँ (चिप दर, प्रस्तावना और सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द), और RF पैरामीटर (मॉड्यूलेशन, केंद्र आवृत्ति और आवृत्ति विचलन)।
PHY परत को हार्डवेयर और फर्मवेयर के संयोजन का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है। EZRadioPRO सभी RF और मॉडेम फ़ंक्शन निष्पादित करता है। EZRadioPRO का उपयोग पैकेट हैंडलर के साथ FIFO मोड में किया जाता है। MbusPhy.c मॉड्यूल SPI इंटरफ़ेस, एन्कोडिंग/डिकोडिंग, ब्लॉक रीड/राइट और पैकेट हैंडलिंग प्रदान करता है और ट्रांसीवर स्थितियों का प्रबंधन करता है।
M-Bus डेटा लिंक लेयर को MbusLink.c मॉड्यूल में लागू किया गया है। M-Bus एप्लीकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस में सार्वजनिक फ़ंक्शन होते हैं जिन्हें मुख्य थ्रेड में एप्लीकेशन लेयर से कॉल किया जा सकता है। MbusLink मॉड्यूल डेटा लिंक लेयर को भी लागू करता है। डेटा लिंक लेयर एप्लीकेशन TX बफर से डेटा को MbusPhy TX बफर में फ़ॉर्मेट और कॉपी करेगा, जिसमें आवश्यक हेडर और CRC शामिल होंगे।
एप्लीकेशन लेयर स्वयं M-bus फर्मवेयर का हिस्सा नहीं है। एप्लीकेशन लेयर परिभाषित करती है कि ट्रांसमिशन के लिए विभिन्न प्रकार के डेटा को कैसे फ़ॉर्मेट किया जाना है। अधिकांश मीटर को केवल एक या दो प्रकार के डेटा को संचारित करने की आवश्यकता होती है। मीटर में किसी भी प्रकार के डेटा को समायोजित करने के लिए बड़ी मात्रा में कोड जोड़ने से मीटर में अनावश्यक कोड और लागत बढ़ जाएगी। लाइब्रेरी या हेडर को लागू करना संभव हो सकता है file डेटा प्रकारों की एक विस्तृत सूची के साथ। हालाँकि, अधिकांश मीटरिंग ग्राहक ठीक से जानते हैं कि उन्हें किस प्रकार का डेटा संचारित करने की आवश्यकता है और वे स्वरूपण विवरण के लिए मानक का संदर्भ ले सकते हैं। एक सार्वभौमिक रीडर या स्निफ़र पीसी GUI पर एप्लिकेशन डेटा प्रकारों का एक पूरा सेट लागू कर सकता है। इन कारणों से, एप्लिकेशन लेयर को ex का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता हैampमीटर और रीडर के लिए आवेदन.

आवश्यक मानक

1. एन 13757-4
   एन 13757-4
   मीटरों के लिए संचार प्रणाली और मीटरों की दूरस्थ रीडिंग
   भाग 4: वायरलेस मीटर रीडआउट
   868 मेगाहर्ट्ज से 870 मेगाहर्ट्ज एसआरडी बैंड में संचालन के लिए रेडियोमीटर रीडिंग
2. एन 13757-3
   मीटरों के लिए संचार प्रणाली और मीटरों की दूरस्थ रीडिंग
   भाग 3: समर्पित अनुप्रयोग परत
3. आईईसी 60870-2-1:1992
   टेलीकंट्रोल उपकरण और प्रणालियाँ
   भाग 5: ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल
   अनुभाग 1:लिंक ट्रांसमिशन प्रक्रिया
4. आईईसी 60870-1-1:1990
   टेलीकंट्रोल उपकरण और प्रणालियाँ
   भाग 5: ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल
   अनुभाग 1: ट्रांसमिशन फ़्रेम प्रारूप

परिभाषाएं

• एम-बस—एम-बस यूरोप में मीटर रीडिंग के लिए एक वायर्ड मानक है।
• वायरलेस एम-बस—यूरोप में मीटर रीडिंग अनुप्रयोगों के लिए वायरलेस एम-बस।
• शारीरिक बनावट—भौतिक परत परिभाषित करती है कि डेटा बिट्स और बाइट्स को कैसे एनकोड और प्रेषित किया जाता है।
• एपीआई—अनुप्रयोग प्रोग्रामर इंटरफ़ेस.
• जोड़ना-डेटा लिंक परत यह परिभाषित करती है कि ब्लॉक और फ़्रेम कैसे प्रेषित किए जाते हैं।
• सीआरसी—चक्रीय अतिरिक्तता जांच।
• एफएसके—आवृत्ति पारी कुंजीयन।
• चिप—प्रेषित डेटा की सबसे छोटी इकाई। एक डेटा बिट को कई चिप्स के रूप में एनकोड किया जाता है।
• मॉड्यूल—एसी कोड स्रोत .c file.

एम-बस PHY कार्यात्मक विवरण

प्रस्तावना अनुक्रम

एम-बस विनिर्देश द्वारा निर्दिष्ट प्रस्तावना अनुक्रम शून्य और एक के बीच बारी-बारी से पूर्णांक संख्या है। एक को उच्च आवृत्ति के रूप में परिभाषित किया गया है, और शून्य को निम्न आवृत्ति के रूप में परिभाषित किया गया है।
एनएक्स (01)
Si443x के लिए प्रस्तावना विकल्प एक पूर्णांक संख्या है जिसमें बारी-बारी से एक और शून्य शामिल होते हैं।
एनएक्स (1010)
एक अतिरिक्त अग्रणी शब्द के साथ प्रस्तावना कोई समस्या नहीं होगी, लेकिन, तब, तुल्यकालन शब्द और पेलोड एक बिट से गलत संरेखित हो जाएंगे।
समाधान मॉड्यूलेशन कंट्रोल 2 रजिस्टर (0x71) में इंजन बिट सेट करके पूरे पैकेट को उलटना है। यह प्रस्तावना, सिंक शब्द और TX/RX डेटा को उलट देगा। परिणामस्वरूप, TX डेटा लिखते समय या RX डेटा पढ़ते समय डेटा को उलटा होना चाहिए। साथ ही, Si443x सिंक्रोनाइज़ेशन वर्ड रजिस्टर में लिखने से पहले सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द को उलटा किया जाता है।

सिंक्रोनाइजेशन शब्द

EN-13757-4 द्वारा आवश्यक सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द या तो मोड S और मोड R के लिए 18 चिप्स या मॉडल T के लिए 10 चिप्स है। Si443x के लिए सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द 1 से 4 बाइट्स है। हालाँकि, चूँकि सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द हमेशा प्रस्तावना से पहले होता है, इसलिए प्रस्तावना के अंतिम छह बिट्स को सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द का हिस्सा माना जा सकता है; इसलिए, पहला सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द शून्य के तीन दोहरावों द्वारा पैड किया जाता है, उसके बाद एक होता है। सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द को Si443x रजिस्टर में लिखने से पहले पूरक किया जाता है।
तालिका 1. मोड S और मोड R के लिए सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द

एन 13757-4	00	01110110	10010110	द्विआधारी
	00	76	96	हेक्स
पैड के साथ (01) x 3	01010100	01110110	10010110	द्विआधारी
	54	76	96	हेक्स
पूरक	10101011	10001001	01101001	द्विआधारी
	AB	89	69	हेक्स

तालिका 2. मोड टी मीटर से अन्य के लिए सिंक्रोनाइजेशन शब्द

एक समय होनेवाला बनाना	एक समय होनेवाला बनाना	एक समय होनेवाला बनाना
शब्द	शब्द	शब्द
3	2	1

प्रेषित प्रस्तावना की लंबाई

न्यूनतम प्रस्तावना चार अलग-अलग ऑपरेटिंग मोड के लिए निर्दिष्ट की गई है। निर्दिष्ट से अधिक लंबी प्रस्तावना होना स्वीकार्य है। प्रस्तावना के लिए छह चिप्स घटाने से Si443x प्रस्तावना के लिए न्यूनतम संख्या में चिप्स मिलते हैं। कार्यान्वयन प्रस्तावना पहचान और अंतर-संचालन को बेहतर बनाने के लिए सभी लघु प्रस्तावना मोड में प्रस्तावना के दो अतिरिक्त निबल जोड़ता है। लंबी प्रस्तावना के साथ मोड एस पर प्रस्तावना बहुत लंबी है; इसलिए, न्यूनतम प्रस्तावना का उपयोग किया जाता है। निबल में प्रस्तावना की लंबाई प्रस्तावना लंबाई (0x34) रजिस्टर में लिखी जाती है। प्रस्तावना लंबाई रजिस्टर केवल ट्रांसमिशन पर प्रस्तावना निर्धारित करता है। न्यूनतम विनिर्देश और प्रस्तावना लंबाई सेटिंग्स को तालिका 3 में संक्षेपित किया गया है।
तालिका 3. प्रेषित प्रस्तावना की लंबाई

	EN-13757-4 न्यूनतम		Si443x प्रस्तावना सेटिंग		साथ-साथ करना शब्द	कुल	अतिरिक्त
	एनएक्स (01)	चिप्स	निबल	चिप्स	चिप्स	चिप्स	चिप्स
मोड एस संक्षिप्त प्रस्तावना	15	30	8	32	6	38	8
मोड एस लंबी प्रस्तावना	279	558	138	552	6	558	0
मोड टी (मीटर-अन्य)	19	38	10	40	6	46	8
मोड आर	39	78	20	80	6	86	8

रिसेप्शन के लिए न्यूनतम प्रस्तावना प्रस्तावना पहचान नियंत्रण रजिस्टर (0x35) द्वारा निर्धारित की जाती है। रिसेप्शन पर, उपयोग योग्य प्रस्तावना निर्धारित करने के लिए सिंक वर्ड में बिट्स की संख्या को निर्दिष्ट न्यूनतम प्रस्तावना से घटाया जाना चाहिए। रिसीवर का न्यूनतम सेटलमेंट समय 16-चिप्स है यदि AFC सक्षम है या 8-चिप्स है यदि AFC अक्षम है। रिसीवर सेटलमेंट समय को भी उपयोग योग्य प्रस्तावना से घटाया जाता है ताकि प्रस्तावना पहचान नियंत्रण रजिस्टर के लिए न्यूनतम सेटिंग निर्धारित की जा सके।

झूठी प्रस्तावना की संभावना प्रस्तावना पहचान नियंत्रण रजिस्टर की सेटिंग पर निर्भर करती है। 8-चिप्स की एक छोटी सेटिंग के परिणामस्वरूप हर कुछ सेकंड में एक झूठी प्रस्तावना का पता लगाया जा सकता है। 20 चिप्स की अनुशंसित सेटिंग झूठी प्रस्तावना का पता लगाना एक असंभावित घटना बनाती है। मोड आर और मोड एसएल के लिए प्रस्तावना की लंबाई अनुशंसित सेटिंग के उपयोग के लिए पर्याप्त लंबी है।
प्रस्तावना को 20 से अधिक चिप्स का पता लगाने योग्य बनाने से बहुत कम लाभ होगा।
मॉडल एस के लिए एएफसी को छोटे प्रीएम्बल और मॉडल टी के लिए अक्षम किया गया है। यह रिसीवर सेटलमेंट समय को कम करता है और लंबे प्रीएम्बल डिटेक्शन सेटिंग की अनुमति देता है। एएफसी अक्षम होने पर, मोड टी 20 चिप्स की अनुशंसित सेटिंग का उपयोग कर सकता है। मॉडल एस के लिए 4 निबल या 20 चिप्स की सेटिंग का उपयोग छोटे प्रीएम्बल के साथ किया जाता है। इससे इस मॉडल के लिए गलत प्रीएम्बल डिटेक्शन की संभावना थोड़ी अधिक हो जाती है।
तालिका 4. प्रस्तावना का पता लगाना

	EN-13757-4 न्यूनतम		साथ-साथ करना शब्द	प्रयोग करने योग्य प्रस्तावना	आरएक्स सेटलमेंट	पता लगाना मिन	Si443x प्रस्तावना डिटेक्शन सेटिंग
	एनएक्स (01)	चिप्स	चिप्स	चिप्स	चिप्स	चिप्स	निबल	चिप्स
मोड एस संक्षिप्त प्रस्तावना	15	30	6	24	8*	16	4	16
मॉडल एस की लंबी प्रस्तावना	279	558	6	552	16	536	5	20
मॉडल टी (मीटर-अन्य)	19	38	6	32	8*	24	5	20
मोड आर	39	78	6	72	16	56	5	20
*टिप्पणी: एएफसी अक्षम

रिसीवर को न्यूनतम निर्दिष्ट प्रस्तावना का उपयोग करके ट्रांसमीटर के साथ इंटरऑपरेट करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है। यह सुनिश्चित करता है कि रिसीवर किसी भी एम-बस-अनुरूप ट्रांसमीटर के साथ इंटरऑपरेट करेगा।
वायरलेस एम-बस विनिर्देश के लिए मोड एस1 के लिए कम से कम 558 चिप्स की बहुत लंबी प्रस्तावना की आवश्यकता होती है। प्रस्तावना को प्रसारित करने में ही लगभग 17 एमएस का समय लगेगा। Si443x को इतनी लंबी प्रस्तावना की आवश्यकता नहीं है और लंबी प्रस्तावना से कोई लाभ नहीं होता है। जबकि मोड S2 के लिए लंबी प्रस्तावना को वैकल्पिक माना जाता है, Si443x के साथ लंबी प्रस्तावना का उपयोग करने का कोई कारण नहीं है। यदि एकतरफा संचार वांछित है, तो मोड T1 एक छोटी प्रस्तावना, उच्च डेटा दर और लंबी बैटरी लाइफ प्रदान करेगा। यदि मोड S2 का उपयोग करके दो-तरफ़ा संचार की आवश्यकता है, तो एक छोटी प्रस्तावना की सिफारिश की जाती है।
ध्यान दें कि लंबी प्रस्तावना वाले मॉडल एस के लिए पता लगाने की सीमा, छोटी प्रस्तावना वाले मॉडल एस के लिए प्रेषित प्रस्तावना निबल्स की संख्या से अधिक है। इसका मतलब है कि लंबी प्रस्तावना मोड एस रिसीवर छोटी प्रस्तावना मोड एस ट्रांसमीटर से प्रस्तावना का पता नहीं लगाएगा। यह आवश्यक है यदि लंबी प्रस्तावना मोड एस रिसीवर को लंबी प्रस्तावना से कोई लाभ प्राप्त करना है।
ध्यान दें कि लघु प्रस्तावना मोड एस रिसीवर प्रस्तावना का पता लगाएगा और लघु प्रस्तावना मोड एस दोनों से पैकेट प्राप्त करेगा
ट्रांसमीटर और एक लंबी प्रस्तावना मोड एस ट्रांसमीटर; इसलिए, सामान्य रूप से, मीटर रीडर को छोटी प्रस्तावना मोड एस रिसीवर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करना चाहिए।

कूटलेखन कूटानुवाद करना

वायरलेस एम-बस विनिर्देश के लिए दो अलग-अलग एन्कोडिंग विधियों की आवश्यकता होती है। मैनचेस्टर एन्कोडिंग का उपयोग मोड एस और मोड आर के लिए किया जाता है। मैनचेस्टर एन्कोडिंग का उपयोग मॉडल टी में अन्य-से-मीटर लिंक के लिए भी किया जाता है। मॉडल टी मीटर-से-अन्य लिंक 3 में से 6 एन्कोडिंग का उपयोग करता है।
1. मैनचेस्टर एनकोडेड/डिकोडिंग
मैनचेस्टर एनकोडिंग ऐतिहासिक रूप से आरएफ सिस्टम में एक सरल और सस्ते मॉडेम का उपयोग करके मजबूत क्लॉक रिकवरी और ट्रैकिंग प्रदान करने के लिए आम है। हालाँकि, Si443x जैसे आधुनिक उच्च-प्रदर्शन रेडियो को मैनचेस्टर एनकोडिंग की आवश्यकता नहीं है। मैनचेस्टर एनकोडिंग मुख्य रूप से मौजूदा मानकों के साथ संगतता के लिए समर्थित है, लेकिन मैनचेस्टर एनकोडिंग का उपयोग न करने पर Si443x के लिए डेटा दर प्रभावी रूप से दोगुनी हो जाती है।
Si443x हार्डवेयर में पूरे पैकेट की मैनचेस्टर एनकोडिंग और डिकोडिंग का समर्थन करता है। दुर्भाग्य से, सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द मैनचेस्टर एनकोडेड नहीं है। सिंक्रोनाइज़ेशन शब्द के लिए जानबूझकर एक अमान्य मैनचेस्टर अनुक्रम चुना गया था। यह मैनचेस्टर एनकोडिंग को Si443x सहित अधिकांश मौजूदा रेडियो के साथ असंगत बनाता है। परिणामस्वरूप, मैनचेस्टर एनकोडिंग और डिकोडिंग MCU द्वारा किया जाना चाहिए। अनएन्कोडेड डेटा पर प्रत्येक बाइट में आठ डेटा बिट्स होते हैं। मैनचेस्टर एनकोडिंग का उपयोग करते हुए, प्रत्येक डेटा बिट को दो-चिप प्रतीक में एनकोड किया जाता है। चूंकि एनकोडेड डेटा को एक बार में आठ चिप्स पर रेडियो FIFO में लिखा जाना चाहिए, इसलिए एक बार में डेटा का एक निबल एनकोड किया जाता है और FIFO में लिखा जाता है।
तालिका 5. मैनचेस्टर एनकोडिंग

डेटा	ऑक्सी 12		0x34		बाइट्स
	ऑक्सी 1	0x2	0x3	0x4	निबल
	1	10	11	100	द्विआधारी
चिप	10101001	10100110	10100101	10011010	द्विआधारी
फीफो	ऑक्सए9	ऑक्सए6	ऑक्सए5	ऑक्स9ए	हेक्स

प्रेषित किए जाने वाले प्रत्येक बाइट को एक बार में एक बाइट एनकोड बाइट फ़ंक्शन में भेजा जाता है। एनकोड बाइट फ़ंक्शन एनकोड निबल फ़ंक्शन को दो बार कॉल करेगा, पहले सबसे महत्वपूर्ण निबल के लिए और फिर सबसे कम महत्वपूर्ण निबल के लिए।
सॉफ़्टवेयर में मैनचेस्टर एनकोडिंग मुश्किल नहीं है। सबसे महत्वपूर्ण बिट से शुरू करके, एक को "01" चिप अनुक्रम के रूप में एनकोड किया जाता है। शून्य को "10" चिप अनुक्रम के रूप में एनकोड किया जाता है। इसे लूप का उपयोग करके और प्रत्येक प्रतीक के लिए दो-बिट्स को स्थानांतरित करके आसानी से पूरा किया जा सकता है। हालाँकि, प्रत्येक निबल के लिए केवल एक सरल 16 प्रविष्टि लुक-अप तालिका का उपयोग करना तेज़ है। एनकोड मैनचेस्टर निबल फ़ंक्शन डेटा के एक निबल को एनकोड करता है और फिर इसे FIFO में लिखता है। उल्टे प्रस्तावना आवश्यकताओं के लिए खाते में FIFO में लिखने से पहले चिप्स को उलटा किया जाता है।
प्राप्त करते समय, FIFO में प्रत्येक बाइट में आठ चिप्स होते हैं और डेटा के एक निबल में डिकोड किया जाता है। रीड ब्लॉक फ़ंक्शन FIFO से एक बार में एक बाइट पढ़ता है और डिकोड बाइट फ़ंक्शन को कॉल करता है। उलटे प्रस्तावना आवश्यकताओं के लिए खाते में FIFO से पढ़ने के बाद चिप्स को उलट दिया जाता है। मैनचेस्टर एनकोडेड चिप्स के प्रत्येक बाइट को डेटा के एक निबल में डिकोड किया जाता है। डिकोड किए गए निबल को राइट निबल RX बफर फ़ंक्शन का उपयोग करके RX बफर में लिखा जाता है।
ध्यान दें कि एनकोडेड और डिकोडिंग दोनों ही एक बार में एक डेटा निबल पर किए जाते हैं। बफर में एनकोडिंग के लिए अनएनकोडेड डेटा के आकार से दोगुने आकार के अतिरिक्त बफर की आवश्यकता होगी। एनकोडिंग और डिकोडिंग सबसे तेज़ समर्थित डेटा दर (100 k चिप्स प्रति सेकंड) की तुलना में बहुत तेज़ है। चूँकि Si443x FIFO में कई-बाइट रीड और राइट का समर्थन करता है, इसलिए केवल सिंगल-बाइट रीड और राइट का उपयोग करने में थोड़ा ओवरहेड होता है। 10 एनकोडेड चिप्स के लिए ओवरहेड लगभग 100 µs है। इसका लाभ 512 बाइट्स की RAM बचत है।
2. छह में से तीन एनकोडिंग डिकोडिंग
EN-13757-4 में निर्दिष्ट थ्री-आउट-ऑफ-सिक्स एनकोडिंग विधि को MCU पर फर्मवेयर में भी लागू किया गया है। इस एनकोडिंग का उपयोग मीटर से दूसरे मीटर तक हाई-स्पीड (100 k चिप्स प्रति सेकंड) मोड T के लिए किया जाता है। मॉडल T वायरलेस मीटर के लिए सबसे कम ट्रांसमिशन समय और सबसे लंबी बैटरी लाइफ प्रदान करता है।
प्रेषित किए जाने वाले डेटा के प्रत्येक बाइट को दो निबल्स में विभाजित किया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण निबल को पहले एनकोड किया जाता है और प्रेषित किया जाता है। फिर से, इसे एनकोड बाइट फ़ंक्शन का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है जो एनकोड निबल फ़ंक्शन को दो बार कॉल करता है।
डेटा के प्रत्येक निबल को छह-चिप प्रतीक में एनकोड किया जाता है। छह-चिप प्रतीकों के अनुक्रम को 8चिप FIFO में लिखा जाना चाहिए।
एनकोडिंग के दौरान, डेटा के दो बाइट्स को चार निबल्स के रूप में एनकोड किया जाता है। प्रत्येक निबल एक 6-चिप प्रतीक है। चार 6चिप प्रतीकों को तीन बाइट्स के रूप में एकत्रित किया जाता है।
तालिका 6. छह में से तीन एनकोडिंग

डेटा	0x12			0x34			बाइट्स
	ऑक्सी 1	0x2		0x3		0x4	निबल
चिप	15	16		13		34	अष्टभुजाकार
	1101	1110		1011		11100	द्विआधारी
फीफो	110100		11100010		11011100		द्विआधारी
	0x34		ऑक्सई2		ऑक्सडीसी		हेक्स

सॉफ़्टवेयर में, तीन-आउट-ऑफ़-सिक्स एनकोडिंग को तीन नेस्टेड फ़ंक्शन का उपयोग करके लागू किया जाता है। एनकोड बाइट फ़ंक्शन एनकोड निबल फ़ंक्शन को दो बार कॉल करेगा। एनकोड निबल फ़ंक्शन छह-चिप प्रतीक के लिए एक लुक-अप टेबल का उपयोग करता है और प्रतीक को शिफ्ट थ्री आउट ऑफ़ सिक्स फ़ंक्शन में लिखता है। यह फ़ंक्शन सॉफ़्टवेयर में 16-चिप शिफ्ट रजिस्टर को लागू करता है। प्रतीक को शिफ्ट रजिस्टर के सबसे कम महत्वपूर्ण बाइट में लिखा जाता है। रजिस्टर को दो बार बाईं ओर शिफ्ट किया जाता है। इसे तीन बार दोहराया जाता है। जब शिफ्ट रजिस्टर के ऊपरी बाइट में एक पूरा बाइट मौजूद होता है, तो इसे उल्टा करके FIFO में लिखा जाता है।
चूंकि डेटा के प्रत्येक बाइट को डेढ़ एनकोडेड बाइट्स के रूप में एनकोड किया जाता है, इसलिए शुरू में शिफ्ट रजिस्टर को साफ़ करना महत्वपूर्ण है ताकि पहला एनकोडेड बाइट सही हो। यदि पैकेट की लंबाई विषम संख्या है, तो सभी बाइट्स को एनकोड करने के बाद भी शिफ्ट रजिस्टर में एक निबल बचा रहेगा। इसे पोस्टैम्बल के साथ संभाला जाता है जैसा कि अगले भाग में बताया गया है।
छह में से तीन एनकोडेड को डिकोड करना रिवर्स प्रक्रिया है। डिकोडिंग करते समय, तीन एनकोडेड बाइट्स को दो डेटा बाइट्स में डिकोड किया जाता है। डिकोड किए गए डेटा के बाइट्स को एकत्रित करने के लिए फिर से सॉफ़्टवेयर शिफ्ट रजिस्टर का उपयोग किया जाता है। डिकोडिंग के लिए 64-एंट्री इनवर्स लुक-अप टेबल का उपयोग किया जाता है। यह कम चक्रों का उपयोग करता है लेकिन अधिक कोड मेमोरी का उपयोग करता है। संबंधित प्रतीक के लिए 16-एंट्री लुक-अप टेबल की खोज में काफी समय लगता है।
पोस्टमबल
वायरलेस एम-बस विनिर्देश में पोस्टैम्बल या ट्रेलर के लिए विशिष्ट आवश्यकताएँ हैं। सभी मोड के लिए, न्यूनतम दो चिप्स हैं, और अधिकतम आठ चिप्स हैं। चूंकि FIFO के लिए न्यूनतम परमाणु इकाई एक बाइट है, इसलिए मोड S और मोड R के लिए 8-चिप ट्रेलर का उपयोग किया जाता है। मोड T पोस्टैम्बल आठ चिप्स है यदि पैकेट की लंबाई सम है या चार चिप्स है यदि पैकेट की लंबाई विषम है। विषम पैकेट लंबाई के लिए चार-चिप पोस्टैम्बल कम से कम दो वैकल्पिक चिप्स होने की आवश्यकताओं को पूरा करता है।
तालिका 7. पोस्टैम्बल लंबाई

	पोस्टैम्बल लंबाई (चिप्स)
	मिन	अधिकतम	कार्यान्वयन		चिप अनुक्रम
मोड एस	2	8	8		1010101
मोड टी	2	8	4	(विषम)	101
			8	(यहां तक ​​की)	1010101
मोड आर	2	8	8		1010101

पैकेट हैंडलर

Si443x पर पैकेट हैंडलर का उपयोग वैरिएबल पैकेट चौड़ाई मोड या फिक्स्ड पैकेट चौड़ाई मोड में किया जा सकता है। वैरिएबल पैकेट चौड़ाई मोड के लिए सिंक्रोनाइज़ेशन वर्ड और वैकल्पिक हेडर बाइट्स के बाद पैकेट लंबाई बाइट की आवश्यकता होती है। रिसेप्शन पर, रेडियो वैध पैकेट के अंत को निर्धारित करने के लिए लंबाई बाइट का उपयोग करेगा। ट्रांसमिशन पर, रेडियो हेडर बाइट्स के बाद लंबाई फ़ील्ड डालेगा।
वायरलेस एम-बस प्रोटोकॉल के लिए एल फ़ील्ड का उपयोग Si443x लंबाई फ़ील्ड के लिए नहीं किया जा सकता है। सबसे पहले, एल फ़ील्ड वास्तविक पैकेट लंबाई नहीं है। यह लिंक लेयर पेलोड बाइट्स की संख्या है जिसमें सीआरसी बाइट्स या एन्कोडिंग शामिल नहीं है। दूसरे, एल-फ़ील्ड को मैनचेस्टर एन्कोडिंग या मोड टी मीटर के लिए छह में से तीन एन्कोडिंग का उपयोग करके एन्कोड किया जाता है।
कार्यान्वयन ट्रांसमिशन और रिसेप्शन दोनों के लिए निश्चित पैकेट चौड़ाई मोड में पैकेट हैंडलर का उपयोग करता है। ट्रांसमिशन पर, PHY परत ट्रांसमिट बफर में L फ़ील्ड को पढ़ेगी और पोस्टैम्बल सहित एन्कोडेड बाइट्स की संख्या की गणना करेगी। प्रेषित किए जाने वाले एन्कोडेड बाइट्स की कुल संख्या पैकेट लंबाई रजिस्टर (0x3E) में लिखी जाती है।
रिसेप्शन पर, पहले दो एनकोडेड बाइट्स को डिकोड किया जाता है, और L-फील्ड को रिसीव बफर में लिखा जाता है। L-फील्ड का उपयोग प्राप्त किए जाने वाले एनकोडेड बाइट्स की संख्या की गणना करने के लिए किया जाता है। प्राप्त किए जाने वाले एनकोडेड बाइट्स की संख्या को फिर पैकेट लंबाई रजिस्टर (0x3E) में लिखा जाता है। पोस्टैम्बल को त्याग दिया जाता है।
MCU को L-फ़ील्ड को डिकोड करना चाहिए, एन्कोडेड बाइट्स की संख्या की गणना करनी चाहिए, और सबसे छोटी संभव पैकेट लंबाई प्राप्त होने से पहले पैकेट लंबाई रजिस्टर में मान लिखना चाहिए। PHY परत के लिए सबसे छोटी स्वीकार्य L-फ़ील्ड 9 है, जो 12 अनएन्कोडेड बाइट्स देती है। यह मॉडल T के लिए 18 एन्कोडेड बाइट्स देता है। पहले दो बाइट्स पहले ही डिकोड हो चुके हैं। इस प्रकार, पैकेट लंबाई रजिस्टर को 16 kbps या 100 मिलीसेकंड पर 1.28-बाइट समय में अपडेट किया जाना चाहिए। 8051 MIPS पर चलने वाले 20 के लिए यह कोई समस्या नहीं है।
प्राप्त किए जाने वाले बाइट्स की संख्या में पोस्टैम्बल शामिल नहीं है, सिवाय विषम पैकेट लंबाई वाले मोड टी पैकेट के लिए उपयोग किए जाने वाले चार-चिप पोस्टैम्बल के। इस प्रकार, रिसीवर को मॉडल टी विषम लंबाई के पैकेट को छोड़कर, पोस्टैम्बल की आवश्यकता नहीं होती है। इस पोस्टैम्बल की आवश्यकता केवल एनकोडेड बाइट्स की पूर्णांक संख्या देने के लिए होती है। पोस्टैम्बल की सामग्री को अनदेखा किया जाता है; इसलिए, यदि पोस्टैम्बल को प्रसारित नहीं किया जाता है, तो शोर के चार चिप्स प्राप्त किए जाएंगे और उन्हें अनदेखा किया जाएगा। चूंकि एनकोडेड बाइट्स की कुल संख्या 255 (0xFF) तक सीमित है, इसलिए कार्यान्वयन विभिन्न मोड के लिए अधिकतम L-फ़ील्ड को सीमित करता है।
तालिका 8. पैकेट आकार सीमाएँ

	इनकोडिंग		डीकोड		एम-बस
	बाइट्स		बाइट्स		एल-फील्ड
	दिसम्बर	हेक्स	दिसम्बर	हेक्स	दिसम्बर	हेक्स
मोड एस	255	FF	127	7 एफ	110	6E
मोड टी (मीटर-अन्य)	255	FF	169	A9	148	94
मोड आर	255	FF	127	7 एफ	110	6E

ये सीमाएँ आम तौर पर वायरलेस मीटर के लिए सामान्य उपयोग के मामले से बहुत ऊपर होती हैं। सर्वोत्तम संभव बैटरी जीवन पाने के लिए पैकेट की लंबाई छोटी रखी जानी चाहिए।
इसके अलावा, उपयोगकर्ता अधिकतम L-फ़ील्ड निर्दिष्ट कर सकता है जिसे प्राप्त किया जाना चाहिए (USER_RX_MAX_L_FIELD)। यह प्राप्त बफर (USER_RX_BUFFER_SIZE) के लिए आवश्यक आकार निर्धारित करता है।
अधिकतम 255 L-फ़ील्ड का समर्थन करने के लिए 290 बाइट्स के रिसीव बफर और अधिकतम 581 मैनचेस्टर एनकोडेड बाइट्स की आवश्यकता होगी। पैकेट हैंडलर को अक्षम करना होगा और उस स्थिति में पैकेट लंबाई रजिस्टर का उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह संभव है, लेकिन यदि संभव हो तो पैकेट हैंडलर का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है।

FIFO उपयोग

Si4431 संचारण और प्राप्ति के लिए 64 बाइट FIFO प्रदान करता है। चूँकि एन्कोडेड बाइट्स की संख्या 255 है, इसलिए एक संपूर्ण एन्कोडेड पैकेट 64-बाइट बफर में फ़िट नहीं हो सकता है।
हस्तांतरण
ट्रांसमिशन पर, एनकोडेड बाइट्स की कुल संख्या की गणना की जाती है। यदि पोस्टैम्बल सहित एनकोडेड बाइट्स की कुल संख्या 64 बाइट्स से कम है, तो पूरा पैकेट FIFO में लिखा जाता है और केवल पैकेट भेजा गया इंटरप्ट सक्षम होता है। अधिकांश छोटे पैकेट एक FIFO ट्रांसफर में भेजे जाएंगे।
यदि एन्कोडेड बाइट्स की संख्या 64 से अधिक है, तो पैकेट भेजने के लिए कई FIFO ट्रांसफ़र की आवश्यकता होगी। पहले 64 बाइट्स FIFO में लिखे जाते हैं। पैकेट भेजा गया और TX FIFO लगभग खाली इंटरप्ट सक्षम हैं। TX FIFO लगभग खाली सीमा 16 बाइट्स (25%) पर सेट है। प्रत्येक IRQ इवेंट पर, स्टेटस 2 रजिस्टर पढ़ा जाता है। पैकेट भेजा गया बिट पहले चेक किया जाता है, और, यदि पैकेट पूरी तरह से नहीं भेजा गया है, तो एन्कोडेड डेटा के अगले 48 बाइट्स FIFO में लिखे जाते हैं। यह तब तक जारी रहता है जब तक कि सभी एन्कोडेड बाइट्स नहीं लिखे जाते हैं और पैकेट भेजा गया इंटरप्ट होता है।
1. स्वागत
प्राप्ति पर, प्रारंभ में, केवल सिंक वर्ड इंटरप्ट सक्षम होता है। सिंक वर्ड प्राप्त करने के बाद, सिंक वर्ड इंटरप्ट अक्षम होता है और FIFO लगभग पूर्ण इंटरप्ट सक्षम होता है। FIFO लगभग पूर्ण सीमा शुरू में 2 बाइट्स पर सेट होती है। पहली FIFO लगभग पूर्ण बाधा का उपयोग यह जानने के लिए किया जाता है कि दो लंबाई बाइट्स कब प्राप्त हुई हैं। एक बार लंबाई प्राप्त हो जाने के बाद, लंबाई को डिकोड किया जाता है और एन्कोडेड बाइट्स की संख्या की गणना की जाती है। फिर RX FIFO लगभग पूर्ण सीमा 48 बाइट्स पर सेट होती है। RX FIFO लगभग पूर्ण है और वैध पैकेट बाधा सक्षम हैं। अगले IRQ इवेंट पर, स्थिति 1 रजिस्टर पढ़ा जाता है। सबसे पहले, वैध पैकेट बिट की जाँच की जाती है, और फिर FIFO लगभग पूर्ण बिट की जाँच की जाती है। MCU इस बात पर नज़र रखता है कि कितने बाइट पढ़े गए हैं और अंतिम बाइट के बाद पढ़ना बंद कर देता है।

सूचना श्रंखला तल

डेटा लिंक लेयर मॉड्यूल 13757-4:2005 अनुरूप लिंक लेयर को क्रियान्वित करता है। डेटा लिंक लेयर (LINK) भौतिक परत (PHY) और अनुप्रयोग परत (AL) के बीच एक इंटरफ़ेस प्रदान करता है।
डेटा लिंक परत निम्नलिखित कार्य करती है:

• PHY और AL के बीच डेटा स्थानांतरित करने वाले फ़ंक्शन प्रदान करता है
• आउटगोइंग संदेशों के लिए CRCs उत्पन्न करता है
• आने वाले संदेशों में CRC त्रुटियों का पता लगाता है
• भौतिक पता प्रदान करता है
• द्विदिशात्मक संचार मोड के लिए स्थानान्तरण को स्वीकार करता है
• फ़्रेम डेटा बिट्स
• आने वाले संदेशों में फ़्रेमिंग त्रुटियों का पता लगाता है

लिंक परत फ़्रेम प्रारूप

EN 13757-4:2005 में इस्तेमाल किया गया वायरलेस M-Bus फ़्रेम फ़ॉर्मेट IEC3-3-60870 के FT5 (फ़्रेम टाइप 2) फ़्रेम फ़ॉर्मेट से लिया गया है। फ़्रेम में डेटा के एक या अधिक ब्लॉक होते हैं। प्रत्येक ब्लॉक में 16-बिट CRC फ़ील्ड शामिल है। पहला ब्लॉक 12 बाइट्स का एक निश्चित लंबाई वाला ब्लॉक है जिसमें L-फ़ील्ड, C-फ़ील्ड, M-फ़ील्ड और A-फ़ील्ड शामिल हैं।

1. एल-फील्ड
   एल-फील्ड लिंक लेयर डेटा पेलोड की लंबाई है। इसमें एल-फील्ड या कोई भी सीआरसी बाइट शामिल नहीं है। इसमें एल-फील्ड, सी-फील्ड, एम-फील्ड और ए-फील्ड शामिल हैं। ये PHY पेलोड का हिस्सा हैं।
   क्योंकि एनकोडेड बाइट्स की संख्या 255 बाइट्स तक सीमित है, एम-फील्ड के लिए अधिकतम समर्थित मान मैनचेस्टर एनकोडेड डेटा के लिए 110 बाइट्स और मोड टी थ्री-आउट-ऑफ-सिक्स एनकोडेड डेटा के लिए 148 बाइट्स है।
   लिंक लेयर ट्रांसमिशन पर एल-फील्ड की गणना करने के लिए जिम्मेदार है। लिंक-लेयर रिसेप्शन पर एल-फील्ड का उपयोग करेगा।
   ध्यान दें कि L-फ़ील्ड PHY पेलोड की लंबाई या एनकोडेड बाइट्स की संख्या को इंगित नहीं करता है। ट्रांसमिशन पर, PHY PHY पेलोड की लंबाई और एनकोडेड बाइट्स की संख्या की गणना करेगा। रिसेप्शन पर, PHY L-फ़ील्ड को डिकोड करेगा और डिकोड करने के लिए बाइट्स की संख्या की गणना करेगा।
2. सी-फील्ड
   सी-फील्ड फ्रेम नियंत्रण क्षेत्र है। यह फ़ील्ड फ्रेम प्रकार की पहचान करता है और लिंक डेटा एक्सचेंज सेवा प्राइमेटिव के लिए उपयोग किया जाता है। सी-फील्ड फ्रेम प्रकार को इंगित करता है - भेजें, पुष्टि करें, अनुरोध करें या जवाब दें। भेजें और अनुरोध फ़्रेम के मामले में, सी-फील्ड इंगित करता है कि क्या पुष्टि या जवाब अपेक्षित है।
   बुनियादी लिंक TX फ़ंक्शन का उपयोग करते समय, C का कोई भी मान इस्तेमाल किया जा सकता है। लिंक सेवा प्राइमिटिव का उपयोग करते समय, C फ़ील्ड EN 13757-4:2005 के अनुसार स्वचालित रूप से पॉप्युलेट हो जाती है।
3. एम फील्ड
   एम-फ़ील्ड निर्माता का कोड है। निर्माता निम्नलिखित से तीन-अक्षर वाला कोड मांग सकते हैं web पता: http://www.dlms.com/flag/INDEX.HTM तीन-अक्षर कोड का प्रत्येक अक्षर पाँच बिट्स के रूप में एनकोड किया जाता है। 5-बिट कोड ASCII कोड लेकर और 0x40 ("A") घटाकर प्राप्त किया जा सकता है। तीन 5-बिट कोड को 15-बिट बनाने के लिए संयोजित किया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण बिट शून्य है।
4. एक-क्षेत्र
   पता फ़ील्ड प्रत्येक डिवाइस के लिए एक अद्वितीय 6-बाइट पता है। अद्वितीय पता निर्माता द्वारा निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। यह सुनिश्चित करना प्रत्येक निर्माता की ज़िम्मेदारी है कि प्रत्येक डिवाइस का एक अद्वितीय 6-बाइट पता हो। भेजें और अनुरोध फ़्रेम के लिए पता मीटर या अन्य डिवाइस का स्वयं का पता है। पुष्टि और प्रतिक्रिया डेटा फ़्रेम मूल डिवाइस के पते का उपयोग करके भेजे जाते हैं।
5. सीआई-फील्ड
   CI-फ़ील्ड एप्लिकेशन हेडर है और एप्लिकेशन डेटा पेलोड में डेटा के प्रकार को निर्दिष्ट करता है। जबकि EN13757-4:2005 सीमित संख्या में मान निर्दिष्ट करता है, लिंक सेवा प्राइमिटिव्स किसी भी मान का उपयोग करने की अनुमति देगा।
6. सीआरसी
   सीआरसी को EN13757-4:2005 में निर्दिष्ट किया गया है।
   सीआरसी बहुपद है:
   x16 + x13 + x12 + x11 + x10 + x8 +x6 + x5 +x2 + 1
   ध्यान दें कि M-Bus CRC की गणना प्रत्येक 16-बाइट ब्लॉक पर की जाती है। इसका परिणाम यह है कि प्रत्येक 16 बाइट्स डेटा को प्रसारित करने के लिए 18 बाइट्स की आवश्यकता होती है,

अतिरिक्त जानकारी

लिंक लेयर कार्यान्वयन के बारे में अतिरिक्त जानकारी के लिए, “AN452: वायरलेस एम-बस स्टैक प्रोग्रामर गाइड” देखें।

पावर प्रबंधन

चित्र 2 एक मीटर के लिए पावर प्रबंधन समयरेखा दिखाता हैampमोड T1 का उपयोग कर.

ऊर्जा संरक्षण के लिए जब भी संभव हो MCU को स्लीप मोड में रखना चाहिए। इस उदाहरण मेंampले, जब RTC चल रहा हो, जब रेडियो क्रिस्टल स्टार्ट-अप पर प्रतीक्षा कर रहा हो, और जब FIFO से संचार कर रहा हो, तब MCU सो रहा होता है। MCU पोर्ट मैच वेक-अप से जुड़े EZRadioPRO IRQ सिग्नल से जागेगा।
एक ब्लॉक से अधिक लम्बे संदेश प्रेषित करते समय, MCU को FIFO (FIFO लगभग खाली व्यवधान के आधार पर) को भरने के लिए जागृत होना चाहिए, तथा फिर वापस सो जाना चाहिए।
ADC से पढ़ते समय MCU को कम पावर ऑसिलेटर या बर्स्ट-मोड ऑसिलेटर से चलने वाले आइडल मोड में होना चाहिए। ADC को SAR क्लॉक की आवश्यकता होती है।
उपयोग में न होने पर, EZRadioPRO को SDN पिन को हाई पर चलाकर शटडाउन मोड में होना चाहिए। इसके लिए MCU से हार्डवायर्ड कनेक्शन की आवश्यकता होती है। EZ रेडियो प्रो रजिस्टर शटडाउन मोड में संरक्षित नहीं होते हैं; इसलिए, EZRadioPro को प्रत्येक RTC अंतराल पर आरंभीकृत किया जाता है। रेडियो को आरंभीकृत करने में 100 µs से कम समय लगता है और 400 nA की बचत होती है। इसके परिणामस्वरूप 10 सेकंड के अंतराल के आधार पर 10 µJ ऊर्जा बचत होती है।
EZRadioPRO क्रिस्टल को POR के लिए लगभग 16 ms का समय लगता है। यह लगभग आठ ब्लॉक के लिए CRC की गणना करने के लिए पर्याप्त समय है। यदि क्रिस्टल के स्थिर होने से पहले यह सभी CRC को पूरा कर लेता है, तो MCU वापस सो जाएगा। यदि एन्क्रिप्शन की आवश्यकता है, तो इसे क्रिस्टल ऑसिलेटर पर प्रतीक्षा करते समय भी शुरू किया जा सकता है।
MCU को अधिकांश कार्यों के लिए कम-पावर ऑसिलेटर का उपयोग करके 20 मेगाहर्ट्ज पर चलना चाहिए। जिन कार्यों के लिए सटीक टाइमआउट की आवश्यकता होती है, उन्हें स्लीप मोड के बजाय प्रेसिजन ऑसिलेटर और निष्क्रिय मोड का उपयोग करना चाहिए। RTC अधिकांश कार्यों के लिए पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है। T2 मीटर के लिए पावर प्रबंधन समयरेखाampअनुप्रयोग का विवरण चित्र 3 में दर्शाया गया है।

ट्रांसीवर कार्यान्वयन को सामान्य स्थिति के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए जब मीटर जागता है और कोई रीडर मौजूद नहीं होता है। न्यूनतम/अधिकतम ACK टाइमआउट पर्याप्त रूप से लंबे होते हैं ताकि C8051F930 RTC का उपयोग करना और MCU को स्लीप मोड में रखना संभव हो सके।
मेन्स या USB-संचालित रीडर्स के लिए बिल्ड विकल्प प्रदान किए गए हैं जिन्हें स्लीप मोड का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है। स्लीप के बजाय निष्क्रिय मोड का उपयोग किया जाएगा ताकि USB और UART MCU को बाधित कर सकें।

सादगी स्टूडियो
MCU और वायरलेस टूल्स, डॉक्यूमेंटेशन, सॉफ्टवेयर, सोर्स कोड लाइब्रेरी और बहुत कुछ के लिए एक-क्लिक एक्सेस। विंडोज के लिए उपलब्ध,
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दस्तावेज़ / संसाधन

सिलिकॉन लैब्स वायरलेस एम-बस सॉफ्टवेयर कार्यान्वयन AN451 [पीडीएफ] उपयोगकर्ता गाइड सिलिकॉन लैब्स, C8051, MCU, और, EZRadioPRO, वायरलेस M-बस, वायरलेस, M-बस, सॉफ्टवेयर, कार्यान्वयन, AN451

संदर्भ

• उपयोगकर्ता पुस्तिका