AN-1292 应用笔记 One Technology Way • P.O. Box 9106 • Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. • Tel: 781.329.4700 • Fax: 781.461.3113 • www.analog.com 里德-所罗门前向纠错和ADF7023 作者：Stephen Hinchy和Kalim Khan 简介 表2显示用户必须在RS编码或解码之前进行初始化的寄存 本应用笔记描述供ADF7023收发器使用的里德-所罗门(RS)固 器。这些寄存器定义针对该固件模块，不适用于ADF7023 件模块。该固件模块包含RS前向纠错和高级加密标准(AES)加 的正常操作。 密文件rom_ram_7023_2_2_RS_AES.dat，可从下列FTP服务器 表2. 需在RS编码或解码之前进行初始化的寄存器位置 下载：ftp://ftp.analog.com/pub/RFL/FirmwareModules/ADF7023。 在里德-所罗门编码中，校验符号附加到传输数据。接收到 数据后，用这些符号检测是否存在错误并对接收数据进行 寄存器 地址1 0x0D7 寄存器 名称 VAR_RSPC KTADR 0x0D8 0x0D9 VAR_RS_K VAR_RS_N 纠错。里德-所罗门码以RS(n, k)表示，n和k如图1所示。可 通过RS解码纠错的字节数为t = (n − k)/2。 ADF7023固件模块可灵活部署RS编码与解码，用户可以选 择n和k的数值，实现数据包中最多5字节内容的纠错。RS 说明 指向用于编码的K数据字节 或用于解码的n数据字节及 校验符号的序列开端数据包 RAM地址 K值，也就是数据字节数 N值，也就是数据字节加校验 符号数 编码数据包对突发错误和随机错误均具有较高的抵抗力， 1 并具有编码增益，可实现更佳的链路裕量。t = 5时，不同载 表3中显示初始化RS编码、执行RS编码或执行RS解码所必 荷长度下的RS码率如表1所示。 需的命令。有关RS编码和RS解码程序的更多信息，请参考 表1. RS码率 本应用笔记的“RS程序”部分和“RS解码程序”部分。 编码 字节 数(n) 38 128 198 数据 字节 数(k) 28 118 188 开销 (m = n – k) 10 10 10 可纠错 字节数 (t = m/2) 5 5 5 这些寄存器定义针对该固件模块，不适用于ADF7023的正常操作。 表3. 里德-所罗门命令 码率 (R = k/n) 0.74 0.92 0.95 命令和数据包随机存取存储器寄存器位置 命令 CMD_RS_ENCODE_INIT 代码 0xD1 CMD_RS_ENCODE 0xD0 CMD_RS_DECODE 0xD2 说明 初始化里德-所罗门编码 所需的内部变量 计算里德-所罗门校验字节 并将其追加到包RAM中存储 的发送有效载荷数据。 对包RAM中存储的接收有效 载荷数据执行里德-所罗门 纠错 提供数据包随机存取存储器(RAM)寄存器(地址范围：0x010 至0x0D5)，存储里德-所罗门编码数据。因此，可能的最大 编码长度(n)为198字节。所有其他数据包RAM寄存器都由 PREAMBLE SYNC WORD PAYLOAD (k BYTES) n BYTES 图1. 里德-所罗门编码数据包 Rev. 0 | Page 1 of 8 CHECK BYTES (m = n – k BYTES) 12076-001 ADF7023或里德-所罗门固件予以保留。 AN-1292 目录 简介......................................................................................................1 RS编码程序 ...................................................................................3 命令和数据包随机存取存储器寄存器位置 .................................1 RS解码程序 ...................................................................................4 修订历史 .............................................................................................2 发送和接收RS编码数据 ...................................................................5 RS程序 .................................................................................................3 RS编码和解码时间............................................................................6 向ADF7023写入RS固件模块 ......................................................3 编码增益 .............................................................................................7 确定完成里德-所罗门命令的时间............................................3 修订历史 2014年2月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 8 AN-1292 RS程序 向ADF7023写入RS固件模块 确定完成里德-所罗门命令的时间 使用RS固件模块之前，用户必须将其写入ADF7023的程序 CMD_FINISHED中断可用来确定CMD_RS_ENCODE_INIT、 RAM中。下列步骤详细解释如何向程序RAM写入RS固件 CMD_RS_ENCODE和CMD_RS_DECODE命令何时完成。 模块： 如需使能该中断，可置位INTERRUPT_ MASK_1寄存器(地 址0x101[0])中的位0 (CMD_FINISHED)。置位该屏蔽位后， 1. 确保ADF7023处于PHY_OFF状态。 ADF7023的 中 断 引 脚 将 在 完 成 任 何 命 令 后 置 位 。 向 2. 发出CMD_RAM_LOAD_INIT命令(地址0xBF)。 3. 使用SPI存储器块写入命令向程序RAM写入模块(0x1E00 [固件模块]；参考ADF7023数据手册中的“块写入”部分)。 4. 发出CMD_RAM_LOAD_DONE命令(地址0xC7)。 INTERRUPT_SOURCE_1(地址0x337[0])中的位0写入逻辑1 可清零中断。有关使用中断的更多信息，请参见ADF7023 数据手册中的“中断产生”部分。 固件模块将被存储到程序RAM中。 RS编码程序 在下列示例中，对28个数据字节进行编码，从而最多可纠错5个字节(RS(38, 28))。这28个字节的数据位于数据包RAM中，从 地址0x0A0处开始。 // Initialize RS encoding. 180200 // Clear this register prior to RS encoding. (SPI_MEM_WR to set packet RAM Address 0x002 // to Address 0x00) // Set RS Packet Address 0x0D7. 18D7A0 // Set address of the start of the packet RAM data to encode to Address 0x0A0. //Set value of k (number data bytes) to 28. 18D81C // k = 0x1C = 28. // Set value of n (number of encoded bytes = k + number of check bytes). 18D926 // n = 0x26 = 38 // corrected). D1 (t = (n − k)/2 = (38 − 28)/2 = 5 = number of bytes that can be // Issue CMD_RS_ENCODE_INIT to initialize the internal variables required for the // Reed-Solomon encoding. // Wait until CMD_FINISHED interrupt is generated. // Perform an RS encode. D0 // Issue CMD_RS_ENCODE to perform a Reed-Solomon encode of the data bytes. // Wait until CMD_FINISHED interrupt is generated (or until Address 0x0D6 = 0x00). Rev. 0 | Page 3 of 8 AN-1292 RS解码程序 下例中，对RS(38, 28)编码数据包进行解码，并回读错误的字节数。 //Initialize RS decoding. 180200 // It is necessary to clear this register prior to RS decoding. // Set RS Packet Address 0x0D7. 18D7A0 // Set address of the start of the packet RAM data to decode 0x0A0. //Set value of k (number data bytes) to 28. 18D81C // k = 0x1C = 28 // Set value of n (number of encoded bytes = k + number of check bytes). 18D926 // n = 0x26 = 38 // corrected). (t = (n − k)/2 = (38 − 28)/2 = 5 = number of bytes that can be // Perform an RS decode. There is no need for a separate initialization command. D2 // Issue CMD_RS_DECODE to perform a RS error correction of the received payload data in // packet RAM. // Wait until CMD_FINISHED interrupt is generated. // Read back Address 0x0D6 to give result of the RS Decode. Refer to Table 4. 表4. RS解码回读值的含义 0x0D6数值 0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0xFF 回读值的含义 数据和校验符号表示不存在错误。 解码器纠正1字节错误。 解码器纠正2字节错误。 解码器纠正3字节错误。 解码器纠正4字节错误。 解码器纠正5字节错误。 存在6字节或更多错误，字节无法纠正。 Rev. 0 | Page 4 of 8 AN-1292 发送和接收RS编码数据 ADF7023支持固定长度和可变长度数据包；然而，发送RS 力，使用CRC将会是多余的。将CRC_EN位设为逻辑0(地 编码数据时建议使用固定长度数据包。必须设置 址0x126[5])可禁用发送时附加CRC以及接收时检查CRC。 PACKET_LENGTH_MAX(地址0x127)，以匹配编码数据长 如需确定何时接收数据包，可置位INTERRUPT_MASK_0 度(n)。设置TX_BASE_ADR(地址0x124)，使其指向编码数 寄存器(地址0x100[2])中的INTERRUPT_ CRC_CORRECT。 据的起始部分。 若CRC_EN设为逻辑0，则接收到完整的数据包时，置位 例如，若要发送存储在数据包RAM中以地址0x0A0开始的 ADF7023中断引脚。使用CMD_RS_ DECODE确定数据包是 RS(38, 28)数据包： 否有效。如需清零中断，可向INTERRUPT_SOURCE_0(地 1924A0 // Set TX_BASE_ADR to point at Packet // RAM Address 0xA0. 址0x336[2])中的位2写入逻辑1。 使用RS编码数据包时，不要对数据包采用循环冗余校验 (CRC)。由于CMD_RS_DECODE具有较强的错误检测能 PREAMBLE SYNC WORD PAYLOAD (k BYTES) n BYTES CHECK BYTES (m = n – k BYTES) 注意，若要发送具有5字节以上纠错能力的大数据包，可 在一个数据包内发送多个RS码，如图2所示。然而，每个 码字都必须单独编码与解码。 PAYLOAD (k BYTES) n BYTES 图2. 发送多个RS码字 Rev. 0 | Page 5 of 8 CHECK BYTES (m = n – k BYTES) PAYLOAD (k BYTES) n BYTES CHECK BYTES (m = n – k BYTES) 12076-002 192726 // Set PACKET_LENGTH_MAX to 38 bytes. AN-1292 RS编码和解码时间 典型RS编码时间列于表5。如图3所示，编码时间随编码长 解码RS数据包的时间取决于编码长度和该编码长度中的错 度(n)的增加而线性增加。 误字节数(见图4)。典型RS解码时间列于表6。 表5. 典型RS编码时间(m = 10) 1800 编码长度 = n 32 38 64 128 198 时间(ms) 0.34 0.43 0.8 1.7 2.8 1600 N = 198 DECODING TIME (µs) 1400 3.0 1200 N = 128 1000 800 600 N = 38 400 2.5 200 0 0 1 1.5 2 3 4 5 NUMBER OF BYTES IN ERROR 图4. 典型解码时间(m = 10)与纠错字节数的关系 1.0 0 0 50 100 150 200 250 ENCODE LENGTH n 12076-003 0.5 图3. 典型编码时间(m = 10)与编码长度n的关系 表6. 典型RS解码时间(m = 10) 编码长度 = n 38 128 198 0个错误 时间(ms) 0.141 0.350 0.513 1个错误 时间(ms) 0.476 0.954 1.327 2个错误 时间(ms) 0.524 1.023 1.407 Rev. 0 | Page 6 of 8 3个错误 时间(ms) 0.571 1.090 1.488 4个错误 时间(ms) 0.614 1.156 1.574 5个错误 时间(ms) 0.659 1.221 1.652 12076-004 TIME (ms) 2.0 AN-1292 编码增益 对 发 送 的 数 据 包 开 销 进 行 RS编 码 ， 并 放 宽 接 收 器 的 10 PREAMBLE_MATCH(地址0x11B[3:0])和SYNC_ERROR_TOL 9 8 (地址0x120[7:6])容差，便可提升数dB编码增益。不建议将 7 RS编码数据包，采用里德-所罗门(38, 28)编码数据包时可以 6 5 4 达到的数据包错误率(PER)的改善情况参见图5、图6和图 2 7。在图5、图6和图7中，PE是允许的前同步码错误数量， 1.8dB 1 SE是允许的同步字错误数量，PL是数据包长度。 0 –106 不同的同步字和前同步码容差下，采用纠错能力为5字节 –105 –104 –103 –102 RS (38, 28, 0.74, t = 5) PE = 2, SE = 0 RS (38, 28, 0.74, t = 5) PE = 2, SE = 1 PL = 28, PE = 2, SE = 0 9 8 8 7 6 6 PER (%) 7 4 –99 RS (38, 28, 0.74, t = 5) PE = 2, SE = 0 RS (38, 28, 0.74, t = 5) PE = 2, SE = 1 PL = 28, PE = 2, SE = 0 9 5 –100 图6. 编码增益(100 kbps，24位同步字) 10 10 –101 Rx INPUT POWER (dBm) 的里德-所罗门(38, 28)码时可获得的编码增益总结见表7。 3.4dB 5 4 2.8dB 3 3 2 2 2dB 0 –102 –101 –100 –99 –98 –97 –96 1.3dB 1 –95 –94 Rx INPUT POWER (dBm) –93 –92 12076-005 1 0 –109 –108 –107 –106 –105 –104 Rx INPUT POWER (dBm) –103 12076-007 PER (%) 3.0dB 3 12076-006 检测到更多的错误数据包数量。各种数据速率下，相比非 PER (%) 错误字节的同步错误容差增加1位以上，也不建议将错误 字节的前同步码容差增加2位对以上，因为这会让接收器 RS (38, 28, 0.74, t = 5) PE = 2, SE = 0 RS (38, 28, 0.74, t = 5) PE = 2, SE = 1 PL = 28, PE = 2, SE = 0 图7. 编码增益(38.4 kbps，24位同步字) 图5. 编码增益(300 kbps，24位同步字) 表7. RS编码增益总结 频移键控(FSK) 数据速率(kbps) 38.4 RS码 (38, 28, t = 5) 码率 0.74 100 (38, 28, t = 5) 0.74 300 (38, 28, t = 5) 0.74 前同步码错误(PE)容差 2 2 2 2 2 2 Rev. 0 | Page 7 of 8 同步错误(SE)容差 0 1 0 1 0 1 编码增益(G) 1.3 dB 2.8 dB 1.8 dB 3 dB 2 dB 3.4 dB AN-1292 注释 ©2014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. AN12076sc-0-2/14(0) Rev. 0 | Page 8 of 8