Backscatter汎用ツール
１．LAUNCHXL-CC1352Pを用いたツール
Texas Instruments Inc.のLaunchPad™ 開発キットLAUNCHXL-CC1352P1及びLAUNCHXL-CC1352P-2で動作するソフトウエアです。
CC1352Pは2.4GHz帯、868/915MHz帯、433MHz帯で動作しBluetooth® Low Energy、Sub-1GHz、Thread、Zigbee®、IEEE802.15.4等の通信プロトコルを搭載可能なSystem On Chipです。
LAUNCHXL-CC1352P1及びLAUNCHXL-CC1352P-2はパソコンとUSBインターフェイスで接続して使用するデバッガ機能とCC1352Pを搭載したボードです。
LAUNCHXL-CC1352P1は868/915MHz帯で20dBm、2.4GHz帯で5dBm出力、
LAUNCHXL-CC1352P-2は868/915MHz帯で14dBm、2.4GHz帯で20dBm出力です。
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height="5.011418416447944in"}
RF信号はボードのパターン・アンテナに接続されています。SMAコネクタに接続する場合は、アンテナ側に接続しているチップ・コンデンサを半田づけでSMAコネクタ側に繋ぎ変えて下さい。
1.1 ソフトウエア開発環境
(1)CC1352Pファームウエア開発環境
Texas Instruments Inc.の無償の開発環境であるCode Composer Studio(CCS) Version: 9.1.0.00010ソフトウェア開発キット(SDK) SIMPLELINK-CC13X2-26X2-SDK_3.20.00.68を用いて開発しています。この、CCSとSDKのバージョンを使用して下さい。(パソコンを新しくした時に、最新バージョンをインストールしましたがエラーだらけでした)
完成したファームウエアは、CCSを用いてLAUNCHXL-CC1352Pに搭載されているCC1352Pのフラッシュメモリに書き込みます。
ファームウエアはCCSのプロジェクトホルダーを公開しています。
CCSのHelp→Getting Started→ImportProjectでプロジェクトホルダーをインポートして下さい。
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(2)Windows用GUI開発環境
Embarcadero C++Bilder XE2を用いて開発しています。
Embarcadero C++Bilderの最新バージョンはアカデミックであれば、1年間無償で使用することが出来ます。これを用いて改造や機能追加をすることが出来ます。
1.2 簡易シグナルジェネレータ
861～1054MHz及び2360～2500MHzの無変調の連続波又は変調の連続波を発生します。変調は861～1054MHzでは2FSK変調、2360～2500MHzではIEEE802.15.4のOQPSK変調です。
- CUI
パソコン上のハイパーターミナル・ソフト(TeraTerm)等で操作します。
ポート：COMXX:XDS110 Class Aplication/User UART(COMXX)
スピード:115200、データ:8bit、パリティ:Non、ストップビット:1
ファームウエアのプロジェクトホルダー：SignalGenerator
(1)周波数設定(861～1054、2360～2500MHz、小数点以下5桁まで指定可能)
freq 2440.1234 ←入力コマンド
ACK_freq[2440.1234] ←コマンドに対する応答
(2)出力電力設定(０～20ｄBm)
pow 3
ACK_pow[3]
(3)出力時間設定(0.01～600秒)
tim 10.5
ACK_tim[10.50]
(4)(1)～(3)の設定値をNVRAMに保存する。
sav
ACK_sav[freq=2440.123400 pow=3 time=10.500000]
(5)NVRAMから設定値を読み出す。
rea
ACK_rea[freq=2440.123400 pow=3 time=10.500000]
(6)変調設定
mod 1 ← １：変調、0：無変調
ACK_mod[1]
(7)電波発射
sta
Output End Time[10501]ms
- GUI
プログラムのプロジェクトホルダー：CC1352P_SG_Win
実行ファイル：CC1352P_SG_Win.exe
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(1) COMポートを選択
LAUNCHXL-CC1352Pの接続しているCOMポートを選択します。
(2) [PortSearch]ボタン
このプログラムの起動後LAUNCHXL-CC1352PをUSB接続した場合などに、このボタンをクリックしてパソコンに接続されているCOMポートの情報を読み込みます。
(3)[Start]ボタン
電波を発射します。
(4)[Load]ボタン
NVRAMに保存した設定値を読み込みます。
(5)[Save]ボタン
現在の設定値をNVRAMに保存します。
(6)CC1352P1/CC1352P-2選択
LAUNCHXL-CC1352P1又はLAUNCHXL-CC1352P-2を選択します。
(7)[2.4G/900M]ラジオボタン
どちらの周波数帯域で使用するか選択します。
(8)周波数設定
周波数を選択又は入力します。入力する場合、小数点以下5桁まで指定可能です。
(9)出力電力設定
出力電力を選択又は入力します。
(10)出力時間設定
0.01～600秒の出力時間を選択又は入力します。
(11)[Modulate]チェックボックス
変調波を発生する場合はチェックします。無変調波の場合はチェックを外します。
1.3 簡易スペクトラムアナライザー
CC1352Pの受信機能を用いた簡易スペクトラムアナライザーです。861～1054MHz又は2360～2500MHzの間の周波数を順次変化させながらRSSIを測定することで実現しています。
1.3.１ファームウエア
ファームウエアのプロジェクトホルダー：SpectrumAnalyzer
1.3.2 GUI
プログラムのプロジェクトホルダー：CC1352P_SA_Win
実行ファイル：CC1352P_SA_Win.exe
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height="2.861111111111111in"}
(1)COMポートを選択
LAUNCHXL-CC1352Pの接続しているCOMポートを選択します。
(2)[PortSearch]ボタン
このプログラムの起動後LAUNCHXL-CC1352PをUSB接続した場合などに、このボタンをクリックしてパソコンに接続されているCOMポートの情報を読み込みます。
(3)[Start]ボタン
スペクトラムアナライザー機能を起動します。
起動中は、[Stop]ボタン以外は操作できません。
(4)[Stop]ボタン
スペクトラムアナライザー機能を停止します。
(5)[2.4G/900M]選択ラジオボタン
2.4GHz帯又は900MHz帯を選択します。
(6)[CenterFrequency(MHz)]選択/入力
(7)[Span(MHz)] 選択/入力
(8)[ZeroSpan(TimeDomain)]ボタン
Spanを0にします。
この設定で[Start]すると横軸が時間(縦軸はRSSI)に代わりタイムドメインで動作しま
す。
{width="5.895833333333333in"
height="2.8541666666666665in"}
100mS毎に発生するIEEE802.15.4パケットを捉えた例
(9)[Bandwidth(kHz)_ID]選択
CC1352PのReceiver bandwidthを設定しています。
IDはCC1352Pの内部設定値です。
(10)[RSSI_Avaraging]選択
指定回数RSSIを測定して平均値を表示します。
回数に比例して測定時間が増加しますので、[ZeroSpan(TimeDomain)]の時の時間調整
に活用できます。
1.4 IEEE802.15.4パケット送信
IEEE802.15.4形式のパケットを送信します。
1.4.1 CUI
パソコン上のハイパーターミナル・ソフト(TeraTerm)等で操作します。
ポート：COMXX:XDS110 Class Aplication/User UART(COMXX)
スピード:9600、データ:8bit、パリティ:Non、ストップビット:1
ファームウエアのプロジェクトホルダー：CC1352P_15_4_Tx
(1) ヘルプ画面
'H'、'h'又は'?'に続き[enter]を入力するとヘルプ画面を表示します。
------------------------------------------------------------
fre RF_Frequency(MHz) float
pow RF_Power(dBm) int
dstp Destnation PAN Addr HEX(16bit)
dstm Destnation MAC Addr HEX(16bit)
srcp Source PAN Addr HEX(16bit)
srcm Source MAC Addr HEX(16bit)
pay Payload Chractor char[100]
num Send Number of Packet int
del Delay between Packets int(mS)
csm CSMA(1:ON 0:OFF)
sta Start Send Packet(Press Any Key to Stop)
cw CW Generate 30__600Sec
sav Parameters Save (Load when power is on)
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
freq[2440.0000]MHz Power[0]dBm
DstPAN[FFFF] DstMAC[FFFF] SrcPAN[BA01] SrcMAC[BB01]
Payload[0123]
Number of Packet[1000] Delay[10]mS CSMA[1]
------------------------------------------------------------
上段がコマンドレファレンス、下段が現在の設定値です。
(2) 周波数設定
周波数範囲：2360～2500MHz
分解能 ：0.001MHz
例 ：fre 2440.001
(3) 送信電力設定
設定範囲 ：0～20ｄBm
例 ：pow 10
(4)送信先PAN_ID設定
16進4桁のPAN_IDを設定します。
例 ：dstp FFFF
(5)送信先MACアドレス設定
16進4桁のMACアドレスを設定します。
例 ：dstm FFFF
(6)送信元PAN_ID設定
16進4桁のPAN_IDを設定します。
例 ：stcp BA01
(7)送信元MACアドレス設定
16進4桁のMACアドレスを設定します。
例 ：srcm FFFF
(8)ペイロードの設定
英数字記号を100文字まで設定できます。
(10)送信パケット数の設定
１～32ビット整数の最大値まで設定可能です。
例 ：num 100
(11)パケット送信間隔(mS)
0～32ビット整数の最大値まで設定可能です。
例 ：del 10
(12)CSMAオン/オフ
パケット送信に先立ってCSMAを行う、行わないを設定します。
例 ：csm 1
(13)送信スタート
各設定内容に従ってパケットを発生します。
例 ：sta
(14)無変調連続波(CW)発射
周波数偏差や送信電力の測定のために無変調連続波を発射します。
例 ：cw 60 ← 60秒間
(15)設定値保存
現在の設定値をNVRAMに保存します。電源ON時、読みだして設定します。
例 ：sav
1.5 IEEE802.15.4パケット受信
IEEE802.15.4形式のパケットを受信し、受信したパケットの内容を表示します。
1.5.1 CUI
パソコン上のハイパーターミナル・ソフト(TeraTerm)等で操作します。
ポート：COMXX:XDS110 Class Aplication/User UART(COMXX)
スピード:9600、データ:8bit、パリティ:Non、ストップビット:1
ファームウエアのプロジェクトホルダー：CC1352P_15_4_Rx
(1)ヘルプ画面
'H'、'h'又は'?'に続き[enter]を入力するとヘルプ画面を表示します。
------------------------------------------------------------
fre RF_Frequency(MHz) float
dstm Destnation MAC Addr HEX(16bit)
srcm Source MAC Addr HEX(16bit)
sta Start Receive
sto Stop Receive(Display Statistics)
cw CW Generate 30__600Sec
sp UART speed l:9600 h:230400 BPS
mo Receive Packet Dump Mode
g (G:Good/E:Error)
o (Dump Packet Overview)
d (Dump Packet Details)
sav Parameters Save (Load when power is on)
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
freq[2440.0000]MHz
DstMAC[0000] SrcMAC[0000]
UART speed[9600]BPS Receive Packet Dump Mode[g]
------------------------------------------------------------
上段がコマンドレファレンス、下段が現在の設定値です。
(2)周波数設定
周波数範囲：2360～2500MHz
分解能 ：0.001MHz
例 ：fre 2440.001
(4) 送信先MACアドレス・フィルター
16進4桁の送信先MACアドレスを設定すると、送信先MACアドレスが一致する
パケットのみ受信します。設定値が"0000"の場合はフィルター・オフです。
例 ：dstm 0000
(5)送信元MACアドレス・フィルター
16進4桁の送信元MACアドレスを設定すると、送信先MACアドレスが一致する
パケットのみ受信します。設定値が"0000"の場合はフィルター・オフです。
例 ：srcm BB01
(5) 受信スタート
受信を開始し、受信したパケットの内容を表示します。
Receive Packet Dump Modeが'ｇ'の場合は、１パケット受信毎に、フレームチェック結果がGoodの場合は'Ｇ'、Errorの場合は'Ｅ'を表示します。
例 ：sta
Receive Start
GGGEEGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG
Receive Packet Dump Modeが'o'の場合は、１パケット受信毎に、パケットの概要を表示します。
例 ：sta
Receive Start
<GO>RSSI[-18]dBm Seq[5B] SrcPAN[BA01] SrcMAC[BB01] Payload[4]byte
<GO>RSSI[-18]dBm Seq[61] SrcPAN[BA01] SrcMAC[BB01] Payload[4]byte
<NG>RSSI[-96]dBm Seq[68] SrcPAN[3A96] SrcMAC[9575] Payload[33]byte
<GO>はフレームチェックGood、<GO>はErrorです。
Receive Packet Dump Modeが'd'の場合は、１パケット受信毎に、パケットの詳細を表示します。
例 ：sta
Receive Start
<GO> RSSI[-18] FCF[8841] Seq[61] Dst[FFFF][FFFF] Src[BA01][BB01]
payload[30 31 32 33 ]
(6) 受信ストップ
受信ストップすると、受信スタートがら受信したパケット数、その中のフレームチェック結果Goodパケット数、Errorパケット数を表示します。
例 ：sto
Receive[31] Good[26] Error[5]
(7) 無変調連続波(CW)発射
周波数偏差の測定のために無変調連続波を発射します。
例 ：cw 60 ← 60秒間
cw[60]Sec END
(8)COMポート（UART）スピード
受信するパケットのレートが高いと、9600BPSでは受信したパケットの内容の表示中に次のパケットが現れて、パケットの取りこぼしをを起こします。スピードを230400BPSにして取りこぼしを少なくします。
例 ：sp h
この後、ハイパーターミナル(Teratermなど)のスピードを230400BPSにして下さい。
(9)表示モード切替
パケット内容の表示モードを変更します。
例 ：sp g ← g/o/h
(受信スタート中でも変更でします。)
(10) 設定値保存
現在の設定値をNVRAMに保存します。電源ON時、読みだして設定します。
例 ：sav
1.6 Backscatter TAG用 IEEE802.15.4 8769 ケット受信
Backscatter TAGのデモシステム用のIEEE802.15.4パケット受信ファームウエアです。Backscatter TAGデモシステム用プログラムと組み合わせて使用します。
1.6.1 CUI
パソコン上のハイパーターミナル・ソフト(TeraTerm)等で操作します。
ポート：COMXX:XDS110 Class Aplication/User UART(COMXX)
スピード:230400、データ:8bit、パリティ:Non、ストップビット:1
ファームウエアのプロジェクトホルダー：BackscatterTAG_15_4_Rx
(1)ヘルプ画面
'H'、'h'又は'?'に続き[enter]を入力するとヘルプ画面を表示します。
------------------------------------------------------------
fre RF_Frequency(MHz) float
sta Start Receive
sto Stop Receive(Display Statistics)
cw CW Generate 30__600Sec
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
freq[2440.0000]MHz
------------------------------------------------------------
(2)周波数設定
周波数範囲：2360～2500MHz
分解能 ：0.0001MHz
例 ：fre 2440.0001
(3) 受信スタート
例 ：sta
ACK_sta
パケットを受信するとパケットのHEXダンプを表示します。
[パケットレングス(10進)|HEXダンプ]
例) [17|418800FFFFFFFF01BA01BB30313233C037]
(4) 受信ストップ
例 ：sta
ACK_sto
(5) 無変調連続波(CW)発射
周波数偏差の測定のために無変調連続波を発射します。
例 ：cw 60 ← 60秒間
cw[60]Sec END
1.7 Backscatter TAG用 簡易シグナルジェネレータ
簡易シグナルジェネレータの通信スピードを230400BPSに変更したものです。
ファームウエアのプロジェクトホルダー：BackscatterTAG_CW_Tx
1.8 Backscatter TAG用 IEEE802.15.4パケット送信
IEEE802.15.4パケット送信の通信スピードを230400BPSに変更して、コマンドを追加したものです。
ファームウエアのプロジェクトホルダー：BackscatterTAG_Cont_Tx
Backscatter TAGデモシステム用プログラムと組み合わせて使用します。
1.8.1 CUI
パソコン上のハイパーターミナル・ソフト(TeraTerm)等で操作します。
ポート：COMXX:XDS110 Class Aplication/User UART(COMXX)
スピード:230400、データ:8bit、パリティ:Non、ストップビット:1
ファームウエアのプロジェクトホルダー：BackscatterTAG_15_4_Rx
(1)ヘルプ画面
'H'、'h'又は'?'に続き[enter]を入力すると以下のヘルプ画面を表示します。
------------------------------------------------------------
fre RF_Frequency(MHz) float
pow RF_Power(dBm) int
dstp Destnation PAN Addr HEX(16bit)
dstm Destnation MAC Addr HEX(16bit)
srcp Source PAN Addr HEX(16bit)
srcm Source MAC Addr HEX(16bit)
pay Payload Chractor char[100]
num Send Number of Packet int
del Delay between Packets int(mS)
csm CSMA(1:ON 0:OFF)
sta Start Send Packet(Press Any Key to Stop)
cw CW Generate 30__600Sec
sav Parameters Save (Load when power is on)
--------------------------------------------
rfo RF_open ← 追加したコマンド
rfc RF_Close ← 追加したコマンド
one DstMAC Paylod (Send One Packet) ← 追加したコマンド
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
freq[2440.0000]MHz Power[0]dBm
DstPAN[FFFF] DstMAC[FFFF] SrcPAN[BA01] SrcMAC[BB01]
Payload[0123]
Number of Packet[100] Delay[10]mS CSMA[1]
------------------------------------------------------------
以降、追加したコマンドについて説明します。
(2)RF_open
ソフトウエア的にRFハンドラをオープンします。
例 ：rfo
ACK_rfo
(4) RF_Close
ソフトウエア的にRFハンドラをクローズします。
例 ：rfc
ACK_rfc
(5) 1パケット送信
オープンしたRFハンドラを用いて、
指定したMACアドレスに向けて、指定したPayloadのパケットを送信します。
例 ：one BA01 ABCDEFG
ACK_one
２．NUCLEO-F446REを用いたツール
STMicroelectronics社製NUCLEO-F446REは、ARMベースの32bitマイクロコンピュータSTM32F446REが内蔵されています。STM32F446REは、浮動小数点演算プロセッサ、128kbyteのＲＡＭ、ADC/DACや種々のI/F、180MHzのクロックなどなかなかパワフルです。
ファームウエアの開発には無償のクラウド型開発環境であるmbedを使用しています。
mbedにログインし、プラットホーム：NUCLEO-F446RE、テンプレート：ADC Internal Temperature Sensor reading example、プログラム名：任意の名称で新しいプログラムの作成を行っで出来た新しいワークスペース上のmain.cppの内容を書き換えると、これから紹介するファームウエアを利用できます。
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2.1 簡易ファンクションジェネレータ
内蔵のＤＡＣを用いて１Hz～50kHzのSine波、方形波、ノコギリ波を発生するファンクションジェネレータ。さらにＡＤＣを用いて実効値(rms)を測定するレベルメータを実装しています。
ファンクションジェネレータの出力信号は「CN7」の「PA4」ピンに出力され、1.65Vを中心に±1.6Vの振幅で出力されます。AC結合で使用する場合はコンデンサで直流成分をカットして下さい。
レベルメータの入力信号は「CN7」の「PA0」ピンに入力され、1.65Vを中心に±1.65Vの振幅で入力されます。AC結合で使用する場合は電源(3.3V)に1KΩ位の抵抗でプルアップさらにGNDに1KΩ位の抵抗でプルダウンして、コンデンサで直流成分をカットして接続して下さい。
指定されたサンプルレートでAD変換(12bit)して32768サンプル分のFIFOに入力します。レベル測定を指示するとFIFOの先頭から末尾までのデータを用いて実効値(rms)を計算するとともに、12bit AD変換値の平均値を求めます。
ファームウエアのソースコードファイル：SRM32F446RE_FG.cpp
2.1 CUI
(1)ヘルプ画面
'H'、'h'又は'?'に続き[enter]を入力すると以下のヘルプ画面を表示します。
---------------------------------------------------------
PA0:Level Input PA4:Function Generator Output
NNNN Frequency(Hz)
si Sine Wave
sq Square Wave
sa Sawtooth Wave
tr Triangle Wave
hs [500k]SPS ADC( 2uS * 32768Sample = 65.536mS)
ms [100k]SPS ADC( 10uS * 32768Sample = 327.680mS)
ls [10k]SPS ADC(100uS * 32768Sample = 3276.800mS)
lv Level Measure (rms)
---------------------------------------------------------
Sine Wave ls[ 10k]SPS Freq[1000]Hz
---------------------------------------------------------
(2)「1～50000」数値入力
周波数を指定された値に設定します。
(3) Sine波
例) si
Sine Wave
(4) 方形波
例) sq
Square Wave
(5) ノコギリ波
例) sa
Sawtooth Wave
(6) ハイ・サンプルレート
[500k]SPSに設定します。
例) hs
hs [500k]SPS [1000]Hz
(7) ミドル・サンプルレート
[100k]SPSに設定します。
例) ms
ms [100k]SPS [1000]Hz
(8) ロー・サンプルレート
[10k]SPSに設定します。
例) ls
ls [10k]SPS [1000]Hz
(9) レベル測定
例) lv
Level[0.679]Vrms Avg[2038]