MK8000（UWB射频芯片）与DW1000的协议适配

MK8000（UWB射频芯片）与DW1000的协议适配

实现DW1000（UWB射频芯片）与MK8000（ARM Cortex-M1/M23内核主控）的协议适配，核心是硬件接口适配、驱动层移植、协议帧对齐、系统中断/时序适配，以下结合你提供的代码库（MK8000-UWB/Wireless-UWB/uwb-dw1000）和CMSIS内核代码片段，分步骤详解：

一、核心适配前提梳理

组件	核心特性
DW1000	Decawave UWB射频芯片，SPI通信、IRQ中断输出，支持IEEE 802.15.4 UWB协议，提供TOF/TDOA测距能力（参考uwb-dw1000仓库）；
MK8000	基于Cortex-M1/M23内核（从core_cm1.h/core_cm23.h可知），提供CMSIS标准接口，需适配SPI/GPIO/NVIC中断（参考MK8000-UWB仓库）；
适配目标	MK8000通过SPI控制DW1000完成UWB收发、中断响应、协议解析，实现数据交互/测距功能；

二、硬件层适配（物理接口打通）

1. 硬件连接规范

DW1000引脚	MK8000引脚	功能说明
SCK/MOSI/MISO	SPI外设对应引脚	SPI通信（DW1000最大支持40MHz）
CSN	GPIO输出引脚	SPI片选（低电平有效）
IRQ	GPIO中断引脚	DW1000中断输出（低电平触发）
VDD/VSS	电源引脚（1.8V/3.3V）	需匹配MK8000电源域（电平转换）

2. MK8000外设初始化（基于CMSIS/HAL）

复用MK8000-UWB的CMSIS底层，配置SPI（适配DW1000时序）和GPIO中断（DW1000 IRQ）：

#include "core_cm1.h" // 或core_cm23.h，根据MK8000内核选择
#include "stm32xxx_hal.h" // 替换为MK8000实际HAL头文件

// 全局SPI句柄（MK8000 SPI1）
SPI_HandleTypeDef hspi1;
#define DW1000_IRQn     EXTI0_IRQn // 替换为MK8000实际IRQ号
#define DW1000_IRQ_PIN  GPIO_PIN_0
#define SPI_CSN_PIN     GPIO_PIN_4

// 1. MK8000 SPI初始化（适配DW1000：CPOL=0、CPHA=1）
void MK8000_SPI_Init(void) {
  // 使能SPI/GPIO时钟（替换为MK8000实际寄存器）
  RCC->APBENR |= RCC_APBENR_SPI1EN;
  RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOAEN;

  // SPI引脚配置（复用推挽）
  GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
  gpio.Pin = GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; // SCK/MOSI/MISO
  gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
  gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  gpio.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);

  // CSN引脚（片选，默认拉高）
  gpio.Pin = SPI_CSN_PIN;
  gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, SPI_CSN_PIN, GPIO_PIN_SET);

  // SPI参数配置
  hspi1.Instance = SPI1;
  hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;  // CPOL=0
  hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;      // CPHA=1
  hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;
  hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_8; // 时钟适配
  hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  HAL_SPI_Init(&hspi1);
}

// 2. DW1000 IRQ中断初始化（结合CMSIS中断函数）
void MK8000_DW1000_IRQ_Init(void) {
  GPIO_InitTypeDef gpio = {0};
  gpio.Pin = DW1000_IRQ_PIN;
  gpio.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; // DW1000 IRQ低电平触发
  gpio.Pull = GPIO_PULLUP;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);

  // 中断优先级配置（复用__set_BASEPRI/__NVIC_GetEnableIRQ）
  if (__NVIC_GetEnableIRQ(DW1000_IRQn) == 0) { // 检查中断是否已使能
    NVIC_EnableIRQ(DW1000_IRQn);              // 使能IRQ通道
  }
  __set_BASEPRI(0x20);                        // 屏蔽低优先级中断（仅响应>0x20的中断）
  NVIC_SetPriority(DW1000_IRQn, 0x01);        // 高优先级（UWB中断需及时响应）
}

三、驱动层适配（DW1000驱动移植到MK8000）

核心是复用uwb-dw1000仓库的DW1000寄存器配置/测距算法，仅替换底层SPI/中断接口为MK8000实现：

1. 替换DW1000的SPI读写接口

将uwb-dw1000中通用SPI函数替换为MK8000的SPI操作：

// 适配MK8000的DW1000 SPI写函数
void dw1000_spi_write(uint8_t *buf, uint16_t len) {
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, SPI_CSN_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 拉低片选
  HAL_SPI_Transmit(&hspi1, buf, len, HAL_MAX_DELAY);     // MK8000 SPI发送
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, SPI_CSN_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 拉高片选
}

// 适配MK8000的DW1000 SPI读函数
void dw1000_spi_read(uint8_t *buf, uint16_t len) {
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, SPI_CSN_PIN, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_SPI_Receive(&hspi1, buf, len, HAL_MAX_DELAY);      // MK8000 SPI接收
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, SPI_CSN_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

2. 适配DW1000中断处理逻辑

基于MK8000的NVIC中断机制，实现DW1000 IRQ的中断服务函数（ISR）：

// MK8000的DW1000 IRQ中断服务函数
void DW1000_IRQHandler(void) {
  // 清除GPIO中断挂起位
  HAL_GPIO_EXTI_ClearITPendingBit(DW1000_IRQ_PIN);
  
  // 调用DW1000核心中断处理逻辑（来自uwb-dw1000仓库）
  dw1000_handle_irq();

  // 校验中断状态（复用CMSIS函数）
  if (__NVIC_GetPendingIRQ(DW1000_IRQn) != 0) {
    NVIC_ClearPendingIRQ(DW1000_IRQn); // 清除NVIC挂起位
  }
}

四、协议层适配（UWB帧/测距协议对齐）

1. 帧格式适配（统一MK8000与DW1000的帧结构）

DW1000遵循IEEE 802.15.4帧格式，需与MK8000应用层帧对齐（参考Wireless-UWB仓库的上层协议）：

// 适配MK8000+DW1000的自定义帧结构
typedef struct {
  uint8_t preamble;    // DW1000前导码（固定0xAA）
  uint8_t mk8000_addr[2]; // MK8000设备地址
  uint8_t frame_type;  // 帧类型：0x01=测距请求/0x02=测距响应/0x03=数据传输
  uint8_t payload_len; // 载荷长度
  uint8_t payload[64]; // 有效载荷（适配DW1000最小帧长）
  uint16_t crc;        // DW1000 CRC校验值
} DW1000_MK8000_Frame_t;

// MK8000封装帧并通过DW1000发送
void MK8000_DW1000_SendFrame(DW1000_MK8000_Frame_t *frame) {
  // 1. 配置DW1000帧格式（复用uwb-dw1000驱动API）
  dw1000_set_frame_format(DW1000_FRAME_TYPE_CUSTOM);
  dw1000_set_preamble_length(DW1000_PREAMBLE_128);

  // 2. 封装帧到DW1000发送缓冲区
  uint8_t tx_buf[sizeof(DW1000_MK8000_Frame_t)];
  memcpy(tx_buf, frame, sizeof(DW1000_MK8000_Frame_t));

  // 3. 调用DW1000发送API
  dw1000_tx_data(tx_buf, sizeof(DW1000_MK8000_Frame_t));
}

// MK8000解析DW1000接收的帧
void MK8000_DW1000_ParseFrame(uint8_t *rx_buf, uint16_t len) {
  if (len < sizeof(DW1000_MK8000_Frame_t)) return;

  DW1000_MK8000_Frame_t *frame = (DW1000_MK8000_Frame_t *)rx_buf;
  // 校验前导码和CRC（复用DW1000校验逻辑）
  if (frame->preamble == 0xAA && dw1000_verify_crc(rx_buf, len)) {
    switch (frame->frame_type) {
      case 0x01: // 测距请求
        MK8000_Handle_Ranging_Request(frame); // 参考Wireless-UWB的测距逻辑
        break;
      case 0x03: // 数据传输
        MK8000_Handle_Data_Transmit(frame);   // 应用层数据处理
        break;
    }
  }
}

2. 测距协议适配（TOF/TDOA）

复用uwb-dw1000的测距算法，结合MK8000的定时器同步DW1000时间戳，实现TOF测距：

// MK8000控制DW1000完成TOF测距（简化版）
uint32_t MK8000_DW1000_TOF_Ranging(uint16_t target_mk8000_addr) {
  // 1. 配置DW1000为TOF测距模式（复用uwb-dw1000 API）
  dw1000_config_ranging(DW1000_RANGING_MODE_TOF);

  // 2. 发送测距请求帧到目标MK8000
  DW1000_MK8000_Frame_t req_frame = {
    .preamble = 0xAA,
    .mk8000_addr = {0x01, 0x02}, // 本地MK8000地址
    .frame_type = 0x01,
    .payload_len = 0
  };
  MK8000_DW1000_SendFrame(&req_frame);

  // 3. 记录发送/接收时间戳（DW1000时间戳 + MK8000定时器）
  uint64_t tx_ts = dw1000_get_tx_timestamp(); // DW1000发送时间戳
  uint64_t rx_ts = 0;
  uint8_t rx_flag = 0;

  // 等待响应（rx_flag由DW1000中断置位）
  while (!rx_flag) {
    if (HAL_GetTick() > 100) return 0; // 超时保护
  }
  rx_ts = dw1000_get_rx_timestamp(); // DW1000接收响应时间戳

  // 4. 计算TOF（转换为距离，需校准UWB时钟）
  uint32_t tof = (rx_ts - tx_ts) / (2 * DW1000_CLOCK_FREQ);
  return tof * 300000000; // 距离（米，光速≈3×10^8 m/s）
}

五、系统层适配（稳定性保障）

1. 内核差异适配（Cortex-M1/M23）

针对MK8000的M1/M23内核差异（从core_cm1.h/core_cm23.h），添加条件编译：

#if defined(__CORE_CM1_H)
  // M1内核：NVIC寄存器无分块（ISER仅1个）
  #define NVIC_IRQ_CHECK(IRQn) (NVIC->ISER[0U] & (1UL << ((uint32_t)IRQn & 0x1FUL)))
#elif defined(__CORE_CM23_H)
  // M23内核：NVIC寄存器分块（参考__NVIC_GetPendingIRQ逻辑）
  #define NVIC_IRQ_CHECK(IRQn) (NVIC->ISPR[((uint32_t)IRQn >> 5UL)] & (1UL << ((uint32_t)IRQn & 0x1FUL)))
#endif

2. 中断优先级管控

利用__set_BASEPRI确保DW1000中断不被低优先级中断打断：

// 进入DW1000关键流程前，屏蔽低优先级中断
void MK8000_DW1000_Enter_Critical(void) {
  __set_BASEPRI(0x40); // 仅响应优先级>0x40的中断（根据MK8000内核调整）
}

// 退出关键流程后，恢复中断
void MK8000_DW1000_Exit_Critical(void) {
  __set_BASEPRI(0x00); // 允许所有中断
}

六、仓库复用与调试建议

1. 仓库代码复用策略

仓库	复用内容
MK8000-UWB	复用CMSIS底层（SPI/GPIO/NVIC）、内核中断函数（__NVIC_GetEnableIRQ等）；
Wireless-UWB	复用上层UWB应用逻辑（测距结果处理、数据转发、设备组网）；
uwb-dw1000	复用DW1000寄存器配置、测距算法、CRC校验、帧解析核心逻辑；

2. 调试验证步骤

1. 硬件调试：用逻辑分析仪抓取SPI时序，确认MK8000与DW1000的SPI通信符合DW1000手册（CPOL=0、CPHA=1）；
2. 中断调试 ：通过__NVIC_GetEnableIRQ/__NVIC_GetPendingIRQ检查DW1000 IRQ中断是否正常使能/触发；
3. 协议调试：发送测试帧，验证MK8000能解析DW1000接收的帧，测距结果误差<0.5m（室内环境）；
4. 稳定性调试 ：长时间运行，通过__set_BASEPRI优化中断优先级，避免数据丢包/测距超时。

总结

适配逻辑是：基于CMSIS标准接口替换DW1000驱动的底层SPI/中断为MK8000实现 → 对齐UWB帧格式与测距时序 → 优化MK8000中断优先级保障实时性。复用现有仓库的成熟逻辑（如uwb-dw1000的测距算法、MK8000-UWB的底层驱动）可大幅降低开发成本，重点关注SPI时序、中断响应及时性、帧格式兼容性三大关键点。