LPGWMD002用户手册--软件设计开发指南

 

1本文目的

  •  LPGWMD002支持硬件SPI或USB方式连接LinuxHost主机构成lorawan网关,下面将分别对这两种使用场景进行说明,帮助用户快速熟悉模块的使用和操作流程。

  •  本文还将对模块驱动代码工程进梳理,有利于客户进行优化和二次开发。

2 lora_gateway驱动使用说明

2.1基础概念

下图是lorawan网络的基础系统构架,其中LPGWMD002是lorawan网络的核心模块,由它进行无线数据的收发;但是部分协议处理的相关工作由外部的Host主机系统以及lorawanserver完成。

图片25.png 

2.2 Host主机系统

参考上图需要由Host主机系统配合LPGWMD002来构成Gateway(此处我们假设用户已经准备好了linux(包括嵌入式linux)系统的Host主机系统,如Raspberry PI或类似的系统,同样我们假设用户对基础的linux操作已经熟悉,包括命令行操作、代码编译操作等)。

本文所有的操作及使用均在Debian 8 “Jessie” Linux发型版上进行,依赖的硬件平台为Raspberry PI3 B+或CM3。虽然本文操作均在Raspberry PI上进行,但是在其他类似的linux系统同样也适用,但是可能有些微小差别(本文不负责解释和说明)。

2.3硬件连接

参考《LPGWMD002-miniPCIE接口sx1301模块-硬件设计开发指南-V1.00.pdf》文档第7节之7.1所述将模块与LinuxHost主机,此处根据需要使用硬件SPI或者USB接口,注意电源供电需满足条件。

2.4获取驱动代码

Semtech提供了开源的sx1301驱动代码,并将其存储在( https://github.com/ )上,github仓库地址(https://github.com/Lora-net ),此处存放所有官方提供的lorawan相关的代码资源,本文所有用到的驱动代码为:

https://github.com/Lora-net/lora_gateway

" rel="nofollow" target="_blank">https://github.com/Lora-net/lo ... gt%3B注1:本文所用的SPI驱动版本为3.2.1,其他版本可参考本文以及github文档自行处理,恕不通知

注2:本文所用的USB驱动版本为3.0.1,该版本为最后支持USB驱动的固件版本之一,在此之后官方删除了对USB的支持。


2.5 SPI接口驱动使用

2.5.1获取源码

A)sudo apt-get install git

B)mkdir -p ~/LoRa/lora_gateway

C)cd ~/LoRa/lora_gateway

D)git clone https://github.com/Lora-net/lora_gateway.git

2.5.2Host" rel="nofollow" target="_blank">https://github.com/Lora-net/lo ... 2Host主机系统配置

E)驱动源码需要使用主机系统的 “native” SPI,源码中的设备名为 “/dev/spidev0.0”,通过以下一系列操作开启主机系统的“native” SPI,最后需要重启生效:

sudo raspi-config->Advanced Options->SPI->YES->sudo reboot

F)配置完SPI接口还需配置RESET控制引脚,此处需要编写一个脚本文件,假设使用 Raspberry Pi 的 GPIO 17 (pin 11)作为RESET引脚,内容如下:

#!/bin/bash

echo "17"  > /sys/class/gpio/export

echo "out" > /sys/class/gpio/gpio17/direction

echo "1"   > /sys/class/gpio/gpio17/value

sleep 5  

echo "0"   > /sys/class/gpio/gpio17/value

sleep 1  

echo "0"   > /sys/class/gpio/gpio17/value

然后保存为“LPGWMD002-SPI_reset.sh”,以后每次Raspberry Pi重启后需手动执行该复位脚本,使sx1301正常复位后开始工作。

2.5.3驱动配置

通过修改ora_gateway/libloragw/library.cfg中的相关配置,可以打印相关信息,用于测试和调试

DEBUG_AUX  = 0

DEBUG_SPI   = 0

DEBUG_REG  = 0

DEBUG_HAL  = 0 

DEBUG_GPS  = 0

只需将相应的项设置成=1即可开始相关调试信息。

2.5.4编译驱动

G)cd ~/LoRa/lora_gateway

H)make

执行完该命令后将在目录“lora_gateway\libloragw”编译生成 “libloragw.a” 备用,以及测试程序如:“test_loragw_reg”,“test_loragw_hal”等,可以之后测试sx1301硬件寄存器功能等‘

将在“lora_gateway”下再生成“lora_gateway\util_tx_test”等目录可以用于测试sx1301通信功能,如:

A)cd lora_gateway/util_tx_test

B)./util_tx_test –r 1255 –f 471.5

执行完后将按如下所示参数进行周期数据发送。

Sending -1 packets on 471500000 Hz (BW 125 kHz, SF 10, CR 1,

16 bytes payload, 8 symbols preamble) at 14 dBm, with 1000 ms

between each

INFO: concentrator started, packet can be sent

Sending packet number 1 ...OK

Sending packet number 2 ...OK

Sending packet number 3 ...OK

...

其他不在赘述,更详细内容请参考每个文件夹下的“readme.md”说明文件。


2.6 USB接口驱动使用

2.6.1安装扩展驱动

LPGWMD002通过USB连接到Host主机,需要安装“libmpsse”驱动。

A)sudo apt-get update

B)sudo apt-get install git --assume-yes

C)sudo apt-get install libftdi-dev --assume-yes

D)mkdir –p ~/LoRa/libmpsse

E)cd ~/LoRa/libmpsse

F)wget https://storage.googleapis.com/google-code-archive-downloads/v2/code.google.com/libmpsse/
libmpsse-1.3.tar.gz

" rel="nofollow" target="_blank">https://storage.googleapis.com ... gt%3BG)tar zxvf libmpsse-1.3.tar.gz

H)cd libmpsse-1.3/src

I)./configure --prefix=/usr --disable-python

J)make

K)sudo make install

L)cd /etc/udev/rules.d

M)sudo wget N)https://raw.githubusercontent.com/mirakonta/lora_gateway/master/libloragw/99-libftdi.rules

O)sudo udevadm control --reload-rules

P)sudo udevadm trigger

2.6.2获取源码

R)sudo apt-get install git

S)mkdir -p ~/LoRa/lora_gateway

T)cd ~/LoRa/lora_gateway

U)git clone https://github.com/Lora-net/lora_gateway.git

2.6.3" rel="nofollow" target="_blank">https://github.com/Lora-net/lo ... 2.6.3驱动配置

通过修改ora_gateway/libloragw/library.cfg中的相关配置,可以打印相关信息,用于测试和调试

CFG_SPI= ftdi

CFG_BRD= ref_1301_868

此处为源码中对应的硬件版本号,只是一个宏定义,在此默认它就是LPGWMD002。

DEBUG_AUX  = 0

DEBUG_SPI   = 0

DEBUG_REG  = 0

DEBUG_HAL  = 0 

DEBUG_GPS  = 0

只需将相应的项设置成=1即可开启相关调试信息。

2.6.4编译驱动

同2.5.4所述,不再赘述。


3 lora_gateway" rel="nofollow" target="_blank">http://blog.csdn.net/iotisan/a ... gt%3B源码结构及HAL库使用说明

本文使用https://github.com/Lora-net/lora_gateway仓库中V5.0.1版本进行说明。

3.1目录lora_gateway\fpga

是配合Semtech的SX1301AP2参考设计所用的文件。

3.2目录lora_gateway\libloragw

是sx1301的HAL层(LoRa concentrator Hardware Abstraction Layer),通过这个C库用户可以通过API调用实现对sx1301的配置以及数据收发,这个HAL层由以下6(8)个子模块构成,

目录是lora_gateway\libloragw\src:

l loragw_hal:主模块,包含高等级函数来配置和使用集中器

l loragw_reg:这个模块用来操作集中器的寄存器

l loragw_spi:通过SPI接口来操作集中器的寄存器

l loragw_aux:包含一个主机需要的wait_ms函数,用于指定ms的延时

l loragw_gps:通过基准时基来同步集中器内部计数,例如例程中的GPS授时。

l loragw_radio:配置 SX125x 和 SX127x。

l loragw_fpga (only for SX1301AP2 ref design):SX1301AP2参考设计才需要,用于操作FPGA的寄存器,以及配置FPGA功能。

l loragw_lbt (only for SX1301AP2 ref design):SX1301AP2参考设计才需要,用于配置和使用LBT功能。

文件lora_gateway\libloragw\library.cfg用来配置HAL库调试信息的输出,

DEBUG_AUX = 0

DEBUG_SPI = 0

DEBUG_REG = 0

DEBUG_HAL = 0

DEBUG_LBT = 0

DEBUG_GPS = 0

如需输出某种打印信息将DEBUG_xx置成 = 1即可。

3.3目录lora_gateway\util_xx_xx类似的文件

均为使用通过API调用HAL库的例子程序,这些例子同样可以做为测试功能使用。

l lora_gateway\util_lbt_test:这个软件用来测试“Listen-Before-Talk”的信道时间戳。

l lora_gateway\util_pkt_logger:这个软件用来让sx1301使用JSON配置文件,以及将所有的包记录于一个log文件。

l lora_gateway\util_spectral_scan:这个软件用来扫描基站工作环境的频谱。

l lora_gateway\util_spi_stress:这个软件通过Host主机读取sx1301的寄存器文件来检测的连接的稳定性。

l lora_gateway\util_tx_continuous:这个软件用来设置sx1301为持续TX模式,用于频谱测试。

l lora_gateway\util_tx_test:这个软件用来做发包测试。包里有少量非协议格式信息,但可以用来检测基站下行功能,需要使用另一台基站来做接收。

3.4文件lora_gateway\reset_lgw.sh

他是依赖于特定平台的通过GPIO口复位sx1301的脚本文件,需要在每次使用sx1301功能前执行此脚本复位芯片。

3.5软件编译

3.5.1软件细节

这个库按照ANSI C99进行编写。loragw_aux模块中的ms精确延时含有POSIX格式函数," rel="nofollow" target="_blank">http://lib.csdn.net/base/embed ... gt%3B嵌入式平台可以用硬件定时器进行重写。

3.5.2编译选项

library.cfg 中 DEBUG_xxx 如果置为1,则会用 fprintf 输出对应的调试信息。

3.5.3编译流程

对于交叉编译,需要设置 Makefile 中的 ARCH 和 CROSS_COMPILE 变量,或者在 shell 环境中,使用正确的工具链名字和路径。

例如:

l export PATH=/home/foo/rpi-toolchain/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin:$PATH

l export ARCH=arm

l export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

libloragw目录下的Makefile会解析 library.cfg 文件,产生一个config.h的C头文件,包含 #define 选项。那些选项会使能或禁用loragw_xxx.h 文件和 *.c 原文件中的代码。library.cfg 也用来直接选择动态链接库。

注:树莓派系统自带编译和以直接编译本文代码。

3.5.4 导出

如果想在其他系统使用编译后的库,你需要导出这些文件:

l libloragw/library.cfg -> 根配置文件

l libloragw/libloragw.a -> 静态库

l libloragw/readme.md -> license要求

l libloragw/inc/config.h -> 从 library.cfg 衍生出的C配置标志

l libloragw/inc/loragw_*.h -> 你需要用到的头文件 (例如. _hal and _gps)

在这个库链接到你的应用之后,只有 license 文件要求在程序文件中拷贝和保留。

3.6 HAL库使用:

3.6.1 设置软件环境

对一个典型应用,你需要这么做:

l 源码中包含 loragw_hal.h

l 编译时链接 libloragw.a 静态库文件

l 由于 loragw_aux 的依赖关系,需要链接 librt 库

如果应用需要直接访问集中器配置寄存器的话(例如做些高级配置),你还需要这样做:

l 源码中包含 loragw_reg.h

3.6.2 使用软件API

要在你的应用中使用 HAL,需要遵守如下规则:

l 在射频启动之前需要配置好 radios path 和 IF+modem path

l 只有在调用了 start 函数之后,配置才会传送给硬件

l 只有在 radio 使能,同时IF+modem 使能,以及集中器启动后,才能接收数据包。

l 只有在 radio 使能,以及集中器启动后,才能发送数据包。

l 改变配置之前,必须停止集中器。

一个对HAL的典型应用流程图如下:

<configure the radios and IF+modems>

<start the LoRa concentrator>

loop {

    <fetch packets that were received by the concentrator>

    <process, store and/or forward received packets>

    <send packets through the concentrator>

}

<stop the concentrator>

注意:lgw_send 在LoRa集中器仍然发包时,或者即使在准备开始发包时,是非阻塞立即返回。当有数据包在发送时,将无法收到任何数据。你的应用需要考虑发包的时长,或者在尝试发包前检查下状态(使用 lgw_status)。当前一包未完成时立即发一包,会导致前一包无法发送,或者发送部分(会导致接收端出现CRC错误)。

3.7硬件依赖

3.7.1 硬件版本

loragw_reg 和 loragw_hal 是针对Semtech硬件编写的程序:

Semtech SX1301 芯片

Semtech SX1257 or SX1255 收发器

如果硬件版本和库版本不匹配的话,这个库将无法使用。你可以用 test_loragw_reg 来测试软硬件是否匹配。

3.7.2 SPI通信

loragw_spi 的SPI函数适合平台相关的,如果你用别的SPI接口可能需要重写这个函数:

SPI master matched to the Linux SPI device driver (provided)

SPI over USB using FTDI components (not provided)

native SPI using a microcontroller peripheral (not provided)

你可以用 test_loragw_spi 来测试SPI通信。

3.7.3 GPS接收

为了使用库中的GPS模块,主机必须要通过串口连接GPS接收器,串口连接必须以“tty”设备出现在 /dev/ 目录,启用这个程序的用户必须用读写这个设备的权限。使用 chmod a+rw 来允许所有用户能操作指定的tty设备,或者使用sudo来运行你的程序(例如. sudo ./test_loragw_gps)。

当前版本,库只从串口读取数据,在GPS接收器上电后会收到他们发出NMEA帧 以及 u-blox 模块私有的 UBX 消息。

GPS接收器必须在发出PPS脉冲后发出UBX消息,让内部集中器的时间戳可以用GPS时基校准。如果GPS接收器发出了GGA NMEA语句,gateway则可以进行3D定位。

 


 


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2018-05-30

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