一、星閃技術(shù)概述

星閃（NearLink）是一種新型短距離無線通信技術(shù)，旨在彌補(bǔ)傳統(tǒng)藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)的不足。通過整合5G的關(guān)鍵技術(shù)，星閃實(shí)現(xiàn)了在傳輸速率、時(shí)延、距離、安全性和可靠性方面的全面提升。

對(duì)于自動(dòng)化工程師來說，星閃技術(shù)的引入可能意味著在工業(yè)自動(dòng)化和智能制造領(lǐng)域內(nèi)的通信能力將得到顯著增強(qiáng)。星閃的低時(shí)延特性能夠支持實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)，而高數(shù)據(jù)傳輸速率則適合于傳輸大量傳感器數(shù)據(jù)，這對(duì)于提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性至關(guān)重要。

星閃技術(shù)采用了分層的協(xié)議棧架構(gòu)，其中包括基礎(chǔ)應(yīng)用層、傳輸與網(wǎng)絡(luò)層、基礎(chǔ)服務(wù)層和接入層。這種分層設(shè)計(jì)使得星閃能夠靈活地適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求，從高速大帶寬的工業(yè)環(huán)境到低功耗的消費(fèi)電子產(chǎn)品都能得到良好的支持。星閃接入層，最為特別。它提供了SLB（基礎(chǔ)接入）和SLE（低功耗接入）兩種無線通信接口，分別對(duì)應(yīng)于高速大帶寬（對(duì)標(biāo)Wi-Fi）和低功耗（對(duì)標(biāo)藍(lán)牙）兩種不同類型的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景需求。

此外，星閃技術(shù)的安全性特征，如128位AES加密和雙向認(rèn)證機(jī)制，為數(shù)據(jù)安全提供了堅(jiān)固的保障，這在連接密集的工業(yè)環(huán)境中尤其重要，能夠有效防止數(shù)據(jù)泄露和未授權(quán)訪問。

綜上所述，星閃技術(shù)不僅是一種通信技術(shù)的升級(jí)，更是向高效、安全、可靠的未來工業(yè)和消費(fèi)電子通信環(huán)境邁進(jìn)的關(guān)鍵一步。對(duì)于自動(dòng)化工程師而言，了解和掌握星閃技術(shù)將成為提升系統(tǒng)性能和創(chuàng)新能力的重要資產(chǎn)。

請(qǐng)注意，這些信息是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)布資料進(jìn)行的概括，具體參數(shù)可能因?qū)嶋H應(yīng)用環(huán)境和設(shè)備而異。星閃作為新興技術(shù)，其具體性能參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然在驗(yàn)證和完善中。

這次嘗鮮測(cè)試的是安信可星閃開發(fā)板，基于華為海思Hi2821，一款32位RISC-V架構(gòu)的高性能微處理器芯片，核心頻率可達(dá)64MHz，支持浮點(diǎn)運(yùn)算。這款芯片特別適合需要快速處理和高計(jì)算精度的自動(dòng)化及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用。它提供了多種外設(shè)接口，包括SPI、UART、I2C、PWM、GPIO、USB 2.0、NFC Tag、PDM、I2S/PCM、QDEC和KEYSCAN，非常適合連接各種傳感器和外部設(shè)備，極大地提升了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。

在無線技術(shù)方面，Hi2821支持最新的BLE5.4和SLE1.0標(biāo)準(zhǔn)，使其能夠在2.4GHz頻段提供優(yōu)秀的BLE與SLE雙模通信性能。芯片內(nèi)置的RF模塊包括功率放大器、低噪聲放大器、TX/RX切換以及高級(jí)電源管理功能，支持1M/2M/4M三種帶寬，最高傳輸速率可達(dá)12Mbit/s，旨在提高能源效率和通信質(zhì)量。安全性方面，Hi2821搭載了硬件安全引擎，支持AES和SM4加密標(biāo)準(zhǔn)及真隨機(jī)數(shù)生成器(TRNG)，為數(shù)據(jù)傳輸提供強(qiáng)化的安全保障。此外，芯片內(nèi)置了160KB SRAM和512KB Flash，可直接在Flash上運(yùn)行程序，便于開發(fā)者實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用程序。Hi2821未來支持的操作系統(tǒng)包括LiteOS和OpenHarmony，提供了靈活的開發(fā)和調(diào)試環(huán)境。這使得Hi2821在多種IoT應(yīng)用場(chǎng)景中，如智能家居、可穿戴設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，都能夠提供強(qiáng)大的支持，幫助開發(fā)者構(gòu)建高效、低功耗的智能系統(tǒng)。總之，Hi2821是面向未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)的理想芯片，具備高集成度、多功能性和高安全性。

二、華為星閃技術(shù)與西門子PLC的應(yīng)用

在之前的文章中，我們已共同探討了工業(yè)系統(tǒng)中融入AI大模型、語音識(shí)別技術(shù)、文字轉(zhuǎn)語音功能以及云服務(wù)器（基于云監(jiān)控的B/S架構(gòu)）的應(yīng)用。如今，我們將目光轉(zhuǎn)向另一前沿領(lǐng)域，聚焦星閃技術(shù)的探究。

西門子PLC1214利用CM1241模塊（支持RS485/422通信）發(fā)送'I AM PLC'數(shù)據(jù)，隨即這些數(shù)據(jù)通過MAX485芯片模組從RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的TTL信號(hào)被傳遞至從站Hi2821模塊，并通過星閃技術(shù)與主站Hi2821建立連接。一旦連接建立，主站Hi2821通過串口與電腦相連，電腦上運(yùn)行的WPF(C#程序)負(fù)責(zé)讀取串口信息并在用戶界面進(jìn)行展示。同時(shí)，該程序也可以發(fā)送'I AM PC'數(shù)據(jù)回傳至PLC，實(shí)現(xiàn)雙向通信。這個(gè)整合流程不僅體現(xiàn)了星閃技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的關(guān)鍵作用，而且還顯示了它在尚未完全公開SDK的情況下如何支持?jǐn)?shù)據(jù)的可靠傳輸和實(shí)時(shí)顯示。

在這次的技術(shù)嘗鮮探索中，我們遇到了一個(gè)特別的提醒：盡管華為的海思Hi2821芯片展現(xiàn)了巨大潛力，但由于其軟件開發(fā)套件（SDK）尚未向公眾開放，我們目前只能通過AT指令來控制連接到西門子PLC1214的星閃模組。這意味著我們不能使用LiteOS和OpenHarmony等操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。雖然使用AT指令的方式較為簡(jiǎn)單，但這也帶來了一定的局限性——一旦出現(xiàn)bug，我們無法深入調(diào)查其根本原因。

接下來我們來一步步實(shí)現(xiàn)，首先，在西門子PLC1214實(shí)現(xiàn)利用CM1241模塊（支持RS485/422通信）發(fā)送'I AM PLC'數(shù)據(jù)，及接收電腦上運(yùn)行的WPF(C#程序) 發(fā)送'I AM PLC'數(shù)據(jù)回傳至PLC，實(shí)現(xiàn)雙向通信。

首先組態(tài)PLC,如下所示：

又因?yàn)槭稚现挥蠧M1241(RS422/485)模塊，所以，需要使用MAX485芯片組轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)。CM1241模塊支持RS422/485通信協(xié)議，而RS422/485信號(hào)是差分信號(hào)，不同于TTL（晶體管-晶體管邏輯）信號(hào)，后者是單端信號(hào)且通常用于與微控制器等數(shù)字電路直接通信。MAX485是一種常用的芯片，它能將RS485差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)，從而使得不具備RS485直接接口的設(shè)備（如某些微控制器）能夠與RS485設(shè)備通信。

1、PLC程序編寫

在編寫PLC程序時(shí)，我們使用了簡(jiǎn)單直觀的梯形圖（LAD）編程語言，并特別使用了SEND_PTP與RCV_PTP這兩種通訊指令。整體程序如下：

使用到通訊中的SEND_PTP與RCV_PTP:

使用AT指令設(shè)置從站Hi2821模塊：設(shè)置MAC地址及進(jìn)入從站模式

AT+SLEMAC? //查詢MAC地址

AT+SLEMAC=abcdef000000 //設(shè)置MAC地址為abcdef000000（12位）

AT+SLEMODE=0 //進(jìn)入從站模式

使用AT指令設(shè)置主站Hi2821模塊：設(shè)置為主站模式并連接從機(jī)

AT+SLEMODE=1 //設(shè)置為主站模式

AT+SLESCAN //進(jìn)入主站模式后，掃描附近從站

AT+SLECONNECT=abcdef000000 //連接掃描到的從站MAC地址

2、編寫WPF（C#）程序接收和發(fā)送數(shù)據(jù)

初始化串口:

定義serialPort對(duì)象，配置為COM4端口，波特率115200，無奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8，停止位為1。

構(gòu)造函數(shù) MainWindow():

界面初始化時(shí)，調(diào)用OpenSerialPort()函數(shù)打開串口。

打開串口 OpenSerialPort():

嘗試打開串口，同時(shí)設(shè)置一個(gè)事件處理程序SerialPort_DataReceived，該處理程序在收到串口數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)被觸發(fā)。

如果打開串口時(shí)發(fā)生異常，會(huì)捕獲這個(gè)異常并顯示錯(cuò)誤消息。

數(shù)據(jù)接收事件 SerialPort_DataReceived():

當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，讀取數(shù)據(jù)并獲取當(dāng)前時(shí)間。

在WPF的UI線程中，將接收到的數(shù)據(jù)和時(shí)間添加到一個(gè)文本框（假設(shè)為SerialDataTextBox）中，以便在界面上顯示。

文本框會(huì)自動(dòng)滾動(dòng)到最新的消息處。

發(fā)送按鈕點(diǎn)擊事件 SendButton_Click():

當(dāng)用戶點(diǎn)擊發(fā)送按鈕時(shí)，從一個(gè)輸入框（假設(shè)為InputTextBox）中讀取要發(fā)送的數(shù)據(jù)。

如果輸入框不為空且串口是開啟狀態(tài)，那么將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去。

發(fā)送后，清空輸入框。

關(guān)閉窗口時(shí)的處理 OnClosed():

當(dāng)用戶關(guān)閉窗口時(shí)，如果串口對(duì)象不為空且串口是開啟狀態(tài)，則關(guān)閉串口，以確保資源被正確釋放。

完整程序如下：

3、操作界面

四、總結(jié)

星閃技術(shù)的發(fā)展得到了產(chǎn)業(yè)鏈的支持，出現(xiàn)了如Hi2821這樣的專用處理器芯片，它們集成2.4GHz SoC BLE&SLE，具備高性能微處理器（MCU）、硬件安全引擎以及豐富的外設(shè)接口，支持星閃與藍(lán)牙雙模共存，同時(shí)兼容OpenHarmony等輕量級(jí)操作系統(tǒng)，為開發(fā)者提供了易于使用的開發(fā)工具、AT指令集、固件資源以及開發(fā)板等硬件平臺(tái)，加速了星閃技術(shù)在各領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用。綜上所述，星閃技術(shù)作為一項(xiàng)中國(guó)原生的、具有競(jìng)爭(zhēng)力的近距離無線通信技術(shù)，通過技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，打破了傳統(tǒng)藍(lán)牙和Wi-Fi在特定應(yīng)用領(lǐng)域的一些局限性，為物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景帶來了更高性能、更安全、更具成本效益的無線連接解決方案。隨著相關(guān)產(chǎn)品的不斷推出和生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)完善，星閃技術(shù)有望在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，成為未來短距離無線通信領(lǐng)域的重要力量。

在此特別鳴謝 “博途之友”