Telink 2.4G proprietary protocol 泰凌2.4G私有协议

1. 链路层介绍

1.1 数据包格式

1.1.1 定长payload包格式

定长packet包括前导码、同步码、payload、CRC四个字段。

1.1.2 变长payload包格式

变长packet相较于定长多了一个header，用来说明payload的长度。

1.2 各字段说明

1.2.1 Preamble

Preamble 可以为 0x55(01010101b) 或 0xAA(10101010b)，具体用哪个作为preamble由sync Word的第一字节决定。Preamble的最后一个bit必须和sync word的第一bit极性相反。

例如：
如果sync word为0xf3，即11110011b，那么preamble必须为0x55，即01010101b

preamble 的⻓度是可编程的，范围是 1 ~ 31 个字节。

Notice:

31 个字节是允许的最⼤⻓度，额外的⻓度⽤于调试，典型的应⽤程序只需要 1 ~ 8 个字节。

1.2.2 Sync Word

Sync Word 是第⼆个数据包元素，并且在关联设备的⽹络中，所有设备通常共享⼀个公共的 Sync Word。Sync Word 的⻓度通过特定寄存器进⾏编程，范围是 3 ~ 5 个字节。Sync Word 的内容也是通过特定寄存器⽽不是 TX Packet Buffer 进⾏配置。其他第三⽅平台可能⽀持同时搜索不只唯⼀⼀个Sync Word，⽽ Telink TLSR8258 只⽀持搜索⼀个 Sync Word。此外，还有⼀个寄存器⽤于设置 Sync Word 匹配阈值。在 RX 模式下的 PHY’s Sync Word 同步过程中，⼀旦解调数据的匹配⽐特位数达到预设阈值，baseband 会确定⼀个预期的 Sync Word 已被同步。换句话说，匹配阈值决定了 Sync Word 相关过程中 PHY 所能容忍的误码数量。注意，接收到的 Sync Word 没有存储在 RX Packet Buffer 中。TLSR8258 没有专⽤的状态位或中断信号作为 Sync Word 匹配的指⽰，⽽RX DONE irq 可以作为替代。⽆论 CRC 检查结果如何，在 Sync Word 匹配成功之后，接收到预设⻓度的payload 时，就会产⽣ RX DONE irq。

当 Sync Word 匹配阈值⼩于 Sync Word 的⻓度时（即，允许 Sync Word 中有误码），CRC 计算使⽤的是payload 和“正确”的 Sync Word，⽽不是实际接收到的 Sync Word，虽然 Sync Word 通过了阈值，但仍可能存在误码。例如，对于 0x11223344 的 Sync Word，接收到的 Sync Word 是通过阈值的 0x00223344。CRC 计算将使⽤ 0x11223344，⽽不是 0x00223344。也就是说，即使 Sync Word 匹配阈值⼩于 Sync Word 的⻓度，CRC 仍然可以识别 payload 字段中可能存在误码。

1.2.3 Header

该字段仅存在于可变⻓度 payload 包格式中。header 的⻓度为 9 bits，包含 6 bits ⻓度的⼦字段，为 payload字段的⻓度，如下所⽰：

1. Payload Length: payload ⻓度，单位为 octet, 最⼤⻓度为 2ˆ6-1 = 63 byte。
2. PID: 为 Telink Proprietary TX/RX 链路层保留，对 Telink Generic FSK 链路层⽆意义，此字段内容可由软件控制。
3. NO_ACK: 为 Telink Proprietary TX/RX 链路层保留，对 Telink Generic FSK 链路层⽆意义，此字段内容可由软件控制。

1.2.4 Paload

Telink 链路层有两种包格式。⼀种是定⻓ payload 包格式，另⼀种是变⻓ payload 包格式。

在定长 payload 包的结构中，payload 直接跟在 Sync Word 之后，而在变长 payload 包中，它跟在 Header 字段之后。在传输过程中，payload 通过 LSByte、MSBit 先⾏规则进⾏传输。在接收过程中，payload 也是通过LSByte、MSBit 先⾏规则进⾏接收。对于 TX 和 RX 来说，在射频收发器和链路层之间通过 DMA 模块来交换payload。对于 TX，必须在 SRAM 中定义⼀个专⽤的 TX Packet Buffer（即 unsigned char 元素类型的数组），其格式如下所示。

1. buff前面四个字节用来说明payload的有效长度。为什么定长还有这么一个字段？因为这个长度不是硬件决定的，用户可以自己设置，在运行过程中就不能变化了。2. buffer要求16byte对齐。为什么？因为芯片RF DMA通道的搬运单元为4word，也就是16bytes，所以要16bytes对齐，这可能是空间换时间的一种策略吧。

在 PHY 层开始传输前，必须将 payload 的长度和 payload 写入 TX Packet Buffer。
对于 RX，必须在 SRAM 中定义⼀个专⽤的 RX Packet Buffer（即 unsigned char 元素类型的数组），其格式如下：

需要注意的是，对于定长 payload 包，在开启 PHY 接收之前，必须通过特定寄存器预设⼀个期望的 payload 长度。⼀旦 Sync Word 被成功关联，链路层控制器将加载预设⻓度的 payload 以及 RX 信息到 RX Packet buffer中，然后⽴即产⽣ RX packet irq。对于变长 payload 包，链路层控制器根据包含在 Header 字段中的 payload长度子字段来确定 payload 长度。

1.2.5 CRC

CRC 是数据包中的检错机制，它紧跟着 payload。经 CRC 校验的数据包部分是可编程的，TLSR8258 的 CRC 是通过 Sync Word 和 payload 固定计算的,CRC 字段的⼤⼩以 octet 为单位进⾏配置，有效范围为：0 <= CRC size <= 2
0 表⽰关闭 CRC 计算,CRC LFSR 的多项式和初始值也是固定的,1 字节 CRC 的多项式为 Xˆ8 + Xˆ2 + X + 1。初始值 0xFF。2 字节 CRC 的多项式为 Xˆ16 + Xˆ12 + Xˆ5 + 1, 初始值为 0Xffff。

1.2.6 RSSI

Telink 链路层有两种类型的 RSSI。⼀种是 RX 数据包的 RSSI，⼀旦收到数据包后，就会存储在 RX Packet Buffer中，其值等于 Sync Word 被识别成功时的 RSSI 瞬间值加上 110。另⼀种是给定信道的实时 RSSI。如果收发器在给定信道上处于 RX 状态，则可以从特定寄存器中读出该信道的实时功率测量值，该值减去 110 即为该信道的实时 RSSI。实时 RSSI 通常⽤来判断给定信道是否繁忙。

1.3 Data Rate

Telink 链路层控制器提供 4 个⽐特率选项，2Mbps、1Mbps、500Kbps 和 250Kbps，可通过特定寄存器进⾏编
程。

1.4 Timebase

Telink 链路层控制器可以使⽤以 16MHz 速率运⾏的 32-bit 多功能系统定时器，来调度其所有的 TX 和 RX 活动，低功耗模式 (suspend/deep sleep) 期间除外。时钟源为⾼精度 24MHz 外置的晶体振荡器。以 16MHz 速率运⾏的 32-bit 系统定时器⼤约每 268.4 秒滚动 (环绕) ⼀次。系统定时器的计数值可以随时通过相应的 API 读取和更改。
TLSR8258 中提供了两个 32-bit 定时器⽐较寄存器 T1_CMP 和 T2_CMP。当系统定时器达到 T1_CMP 值时，链路层控制器可以⾃动开启收发操作。同样，⼀旦系统定时器达到 T2_CMP 值，链路层控制器就可以⾃动停⽌收发操作。为了⽅便⽤⼾使⽤，这⾥提供了 6 种⾃动收发操作模式，分别由各⾃的硬件状态机实现：Single TX、Single RX、Single TX to RX、Single RX to TX、PTX 和 PRX, 前四种为 Telink Generic FSK 链路层，后两种为Telink Proprietary TX/RX 链路层。

1.5 Telink Generic FSK 链路层 (genfsk_ll)

1.5.1 Single TX

在该模式中，仅涉及 T1_CMP，即在系统定时器达到 T1_CMP 值时开始传输准备好的数据包。⼀旦传输完成，就会产⽣ TX DONE irq。

1.5.2 Single RX

在该模式中，T1_CMP 和 T2_CMP 都会涉及到。当系统定时器达到 T1_CMP 值时，收发器进⼊ RX 状态，开始搜索预期的 Sync Word。如果在系统定时器达到 T2_CMP 值之前未成功关联 Sync Word，则会产⽣ RX FIRST TIMEOUT irq，收发器回到 IDLE 状态。如果在系统定时器达到 T2_CMP 值之前收到数据包，则产⽣ RX DONE irq，收发器就回到 IDLE 状态。也可以禁⽤ T2_CMP，这意味着收发器将始终处于 RX 状态，直到收到数据包。

1.5.3 Single TX to RX

在该模式中，涉及到两个⽐较定时器。在系统定时器达到 T1_CMP 值时开始发送准备好的数据包。发送完成后，产⽣ TX DONE irq，收发器等待⽚刻（这个等待时间是可编程的），然后进⼊ RX 状态。如果在系统定时器达到T2_CMP 值之前未成功关联 Sync Word，则会产⽣ RX TIMEOUT irq，收发器回到 IDLE 状态。如果在 T2_CMP匹配之前收到数据包，则产⽣ RX DONE irq，收发器回 IDLE 状态。该⾃动模式适⽤于发送数据包后需要 ACK或响应数据包的场景。

1.5.4 Single RX to TX

在该模式下，收发器在 T1_CMP 匹配时⾸先进⼊ RX 状态，等待数据包到达。如果在系统定时器到达 T2_CMP值前都没有收到包，则会产⽣ RX FIRST TIMEOUT irq，收发器回到 IDLE 状态。如果数据包在 T2_CMP 匹配之前到达，则产⽣ RX DONE irq，收发器等待⽚刻（这个等待时间是可编程的），然后转换为 TX 状态并开始传输准备好的数据包。该⾃动模式适⽤于接收到数据包后需要发送 ACK 或响应数据包的情况。

1.6 中断描述

Telink 通⽤ FSK 链路层控制器共有四个相关的中断信号：TX DONE、RX DONE、RX FIRST TIMEOUT 和 RXTIMEOUT。

1.6.1 TX DONE

每完成⼀次数据包的传输，就会产⽣⼀个 TX DONE irq。

1.6.2 RX DONE

⽆论** CRC 校验结果如何**，⼀旦接收到数据包，就会产⽣⼀个 RX DONE irq，这意味着只要 Sync Word 匹配，就会在接收到整个数据包后产⽣⼀个 RX DONE irq。

1.6.3 RX FIRST TIMEOUT

当系统定时器达到 T2_CMP 值时，RX FIRST TIMEOUT irq 产⽣在上述的两种⾃动模式 Single RX 和 Single RX to TX 中。

notice:

FIRST的意思是，RX在一个传输窗口内首先出现。single RX只有RX，RX当然是首先出现的，所以用FIRST TIMEOUT；single rx to tx中RX也是首先出现，所以也是FIRST TIMEOUT。

1.6.4 RX TIMEOUT

当系统定时器达到 T2_CMP 值时，RX TIMEOUT irq 仅产⽣在 Single TX to RX 模式。

1.7 Telink Proprietary 链路层 (tpll)

1.7.1 PRX

在该模式下，假设在进⼊ PRX RX 模式之前已经完成了所有与 RF 相关的配置，并且通过向寄存器“0xf00”写⼊“0x84”来触发 RF 实施接收。

⾸先，状态机进⼊ RX Settle 阶段，等待 RF RX Settle 阶段的 PLL 趋于稳定（⾄少需要 85us）。可通过寄存器0xf04<7:0> 和 0xf05<3:0> 配置“RX Settle”的持续时间（单位：us）。RX Settle 阶段结束后，状态机进⼊实际 RX 阶段。

实际 RX 阶段是数据包接收的实际阶段，其持续时间是可配置的。

• 当寄存器 0xf03<2> 设置为 1’b1 时，实际 RX 阶段的持续时间等于 RX Time 减去 RX Settle 阶段的持续时间，可通过寄存器 0xf0a 和 0xf0b 配置 RX 时间（单位：us）。
• 当寄存器 0xf03<2> 被清零时，状态机将停留在实际 RX 阶段，直到收到数据包才进入下⼀个阶段。

从这里可以看出来，RX有两种工作模式，一种是带有超时机制的，一种是死等的。
RX Time=Rx Settle+实际RX时间

当 RX 阶段收到⼀个数据包时，状态机会判断这个数据包是否为重复数据包。

• 如果是重复数据包，则不会存储在相关寄存器中。
• 如果不是重复数据包，射频硬件会解析数据包 Header 的 Packet Control 字段中的“NO _ ACK”位，并对该位和本地 0xf15<5> 位进⾏ XOR 操作。

如果 XOR 操作结果为 1，则认为对⽅不需要 ACK，状态机将返回 RX Settle 阶段等待接收下⼀个数据包。
如果 XOR 操作结果为 0，则认为对⽅需要 ACK，状态机会向对⽅发送⼀个 ACK 数据包。

当状态机需要应答 ACK 时，⾸先等待“TX wait”的持续时间（单位：us），这个时间可通过寄存器 0xf0e<7:0>和 0xf0f<3:0> 进⾏配置。然后状态机进⼊ TX Settle 阶段，以便等待 TX 阶段的 PLL 稳定（⾄少需要 112.5us）。

TX Settle 阶段的持续时间可通过寄存器 0xf04<7:0> 和 0xf05<3:0> 进⾏配置。

TX Settle 阶段结束后，状态机进⼊实际 TX 阶段发送 ACK。实际 TX 阶段的持续时间由 ACK 数据包的⻓度决定。

发送 ACK 数据包后，状态机等待“RX wait”的持续时间（单位：us），这个时间可通过寄存器 0xf06<7:0> 和0xf07<3:0> 配置，然后返回到 RX Settle 阶段接收下⼀个数据包。

下图显⽰了状态机的 PRX 时序流程。

1.7.2 PTX

在该模式下，假设在进⼊ PTX TX 模式之前已经完成了所有的配置，并且 TX 缓冲区已经填充，然后通过将“0x83”写⼊寄存器“0xf00”来触发 RF 实施传输。

首先，状态机等待通过寄存器 0xf04<7:0> 和 0xf05<3:0> 配置的 TX Settle 阶段，以便 RF TX Settle 阶段的PLL 趋于稳定（⾄少需要112.5us）（单位：us）。

然后状态机进⼊实际 TX 阶段，RF 将在空中发送数据包。数据包传输的持续时间由数据包⻓度决定。
数据包传输结束后，⾸先 RF 状态机会计算寄存器 0xf15<5> 和 0x404<6> 的 XOR 结果，然后据此判断是否需要等待对⽅的 ACK。

• 当 XOR 结果为 1 时，状态机将认为不需要等待来⾃对⽅的 ACK，从⽽结束当前数据包传输，等待下⼀次传输被触发。
• 当 XOR 结果为 0 时，状态机将认为需要等待对⽅的 ACK。状态机将等待通过寄存器 0xf06<7:0> 和0xf07<3:0> 配置的“RX Wait”时间（单位：us），然后切换到 RX 模式，等待 PRX 从 RX 切换到 TX 并响应 ACK。

PTX 将在通过寄存器 0xf0a<7:0> 和 0xf0b<3:0> 配置的“RX Time”内保持在 RX 模式（单位：us），等待对方回应 ACK。

注意：

在 PRX 模式的“RX Settle”期间（通过 0xf0c<7:0> 和 0xf0d<11:8> 配置，单位：us），状态机保持在 RX Settle 状态，等待 RF PLL 变得稳定（⾄少需要 85us）。在 RX Settle 阶段，由于实际上未启⽤ RF RX 功能，⽆法接收任何即将到来的数据包，即 RX 时间内的有效接收周期为实际 RX 阶段。

• 如果在实际 RX 阶段接收到 ACK 数据包，则完成当前数据包的传输。

• 如果在 RX 时间到期时没有收到对⽅的 ACK，PTX 将尝试重传。⾸先判断重试次数是否达到最⼤值：若未达到，则执⾏“retry cnt++”。然后等待通过 0xf10<7:0> 和 0xf11<3:0> 配置的“ARD”持续时间（⾃动重传延迟，单位：us）。
  

1.8 中断描述

对于 PTX 端，每次发送数据包时都会触发 TX 中断。⽤⼾可以通过检查标志位来判断数据包是否发送成功。

如果 PTX 启⽤ ACK，则当接收到来⾃ PRX 的 ACK 时，适⽤以下两种情况：

• 如果 PRX 响应的是空 ACK，PTX 将只触发 TX_DS 中断。
• 如果 PRX 响应的是⼀个带有有效载荷的 ACK，PTX 将产⽣ RX_DR 和 TX_DS 中断。

如果 PTX 在指定的持续时间内没有接收到任何 ACK，它将尝试重传同⼀个数据包，直到接收到 ACK 或者重试次数达到预设的阈值。如果 PTX 在重试次数达到阈值后没有收到任何 ACK，则会产⽣ RETRY_HIT 中断。

对于 PRX 端，每次接收到数据包都会产⽣ RX 中断，但只有当接收到的数据包具有正确的 CRC 结果且Payload_Len 不等于 0 时，才能产⽣ RX_DR 中断。如果是带有 Payload 的 ACK 模式，则从接收第⼆个数据包开始就会产⽣ TX_DS 中断。

如果 PRX 启⽤ ACK，在⼀次传输中产⽣ TX 和 RX 中断，但不产⽣ RX_DR 中断。原因可能如下：

• 收到有错误 CRC 结果的数据包。
• 收到 Payload_Len 等于 0 的空包。
• 收到与前⼀个数据包具有相同 PID 的数据包。

Notice：

• 当接收到的数据包 PID 既不是 local_pid(重复包) 也不是 local_pid + 1(下一个包) 时，PTX 和 PRX 都会产⽣ INVALID_PID中断。PTX\PRX 在连续接收两个 CRC 结果错误的数据包时会产⽣ CRC_2 中断。
• PRX 可配置为连续接收数据包或仅在指定持续时间内接收数据包。如果 PRX 配置为在特定的持续时间内接收数据包，⽽在该持续时间内没有接收到任何数据包，则会产⽣ RX_TIMEOUT 中断。

1.9 传输图

1.9.1 非空 ACK 的正常通信过程

如果是带有 Payload 的 ACK 模式，则从接收第⼆个数据包开始就会产⽣ TX_DS 中断。

1.9.2 空 ACK 的正常通信过程

1.9.3 丢失数据包的单独通信过程

1.9.4 丢失ACK包的单独通信过程

1.9.5 具有最大重传次数的多个通信过程

在该场景中，预设 ARC 为 2。如果 PTX 在重试次数达到阈值（ARC = 2）后没有收到任何 ACK，则会产⽣RETRY_HIT 中断。

1.9.6 经典通信过程

在通信过程中，收发器会出现产⽣ TX 和 RX 中断但不产⽣ RX_DR 中断的情况。出现这种现象的原因是⾮唯⼀
性的，主要由以下问题造成：

• 收到有错误 CRC 结果的数据包。
• 收到没有 payload（payload_len = 0）的数据包。
• 收到的数据包 PID 与本地 PID 相同。
  

通常情况下，Telink PTX 只有在丢失 ACK 数据包时才会连续发送同⼀ PID 的数据包。