[nRF24L01+] 4. 增强型ShockBurst

4. 增强型ShockBurst

增强型的ShockBurst是一个数据链路层，具有自动数据包组装和数据包的发送、定时、自动确认和重传。这些特性能够显著提高双向和单向系统的能效，而不会增加主机控制器侧的复杂性。

增强型ShockBurst数据包事务是一种数据包交换，其中一个收发器充当主收发器（PRX, Primary Receiver）而另一个收发器用作主发射器（PTX, Primary Transmitter）。

自动数据包事务处理的工作如下：

PTX先发送数据，然后转为RX模式，接受PRX发送的应答包；
如果PRX收到了数据，把数据保存后会转为TX模式发送应答包，然后再返回RX模式。
如果PTX没有收到应答包，会在一个可编程的延迟时间后自动重发原始包的数据，然后切换到RX模式去接收应答包。

上面的这些事件都是增强型ShockBurst完成的，不需要MCU的参与；

4.1. packet format

4.1.1. Preamble 前导码

前导码是一个比特序列，用于将接收器解调器与输入比特流同步。前导码长一个字节，为01010101(0x55)或10101010(0xAA)。

如果地址中的第一位是1 前导码被自动设置为10101010，如果第一个比特为0 前导码被自动设置为01010101。这样做是为了确保前导码中有足够的转换来稳定接收机。

4.1.2. Adress

您可以配置 AW 寄存器中的地址字段宽度为3、4或5个字节，见表28。第63页。

注意：设置地址时要避免高低电平只反转一次的，如0x000FFFFFFF，这样的话可能会被当作噪声；也要避免一直反转的地址，否则可能会被认作前导码；

4.1.3. 包控制字段

payload length, 数据长度

payload length, 此6位字段指定有效载荷的长度（以字节为单位）。有效载荷的长度可以从0到32字节。
编码：000000=0字节（仅用于空ACK数据包）100000=32字节，100001=不在乎。
此字段仅在启用动态有效载荷长度功能（EN_DPL）时使用。

PID（数据包识别）

2-bit的PID防止PRX设备向接收主机MCU多次呈现相同的有效载荷，在TX侧，每当通过SPI接受到新的数据包后PID都会自增。

PRX通过PID和CRC来判定接受的数据是新发送的还是重发的：当数据链路丢失了一些数据包后，如果新来的数据PID和最后一次成功接收的PID相同，并且CRC也相同的话，则说明这包数据是重发的；否则是新发送的数据。

PTX发送两包相同的数据包时，PID会有不用，所以CRC也会不同；而重发的数据则PID和CRC都一样。

NO_ACK, 无确认标志

此标志仅在使用自动确认功能时使用。将标志设置为高告诉接收器该数据包不被自动确认。

但是，必须首先通过在FEATURE寄存器中设置EN_DYN_ACK位启用该功能。

当您使用此选项时，PTX在传输数据包后直接进入待机-I模式。PRX在接收到数据包时不发送ACK数据包。

d: 如果激活了ACK-payload，那么带有ACK数据包具有动态有效载荷长度，并且应为PTX和PRX上的管道0启用动态有效载荷长度功能。这是为了确保他们收到带有有效载荷的ACK数据包。

意思是说，开启了ACK-payload后，payload是动态数据长度的，因为它有可能回复一个数据，因此PTX和PRX的管道0都要开启EN_DPL功能。

如果在2Mbps模式下ACK有效载荷大于15字节，则ARD必须为500µS或更大，如果在1Mbps模式下确认有效载荷大于5字节，则ARD必须为500μS或更高。在250kbps模式下（即使有效载荷未处于ACK状态），ARD必须为500µS或更高。

4.1.4. payload

payload就是数据包里用户定义的内容，可以是0~32字节；有两种payload长度：静态的，动态的。

默认是静态的payload长度。发射器和接收器的长度相同，接收器的长度由RX_PW_Px设置，发射器的长度由TX_FIFO的长度确定，因此要求TX_FIFO的size要和RX_PW_Px的值相同。
动态payload长度DPL，允许发射器发射不同长度的payload，这对于需要发射数据的长度不一致很有用，不再必须填充为相同的长度了。

4.1.5. CRC

CRC校验的字节由CONFIG寄存器中的CRCO位设置，校验的内容包括：地址、分组控制字段和有效载荷。

The polynomial for 1 byte CRC is $X^8+X2+X+1$ , Initial value 0xFF.

The polynomial for 2 byte CRC is $X^{16}+X+X^5+1$ . Initial value 0xFFFF.

4.2. 自动包处理

4.2.1. AA, Auto acknowledgement 自动应答

自动应答是在PRX接受到有效数据后自动发送应答包数据，通过设置EN_AA寄存器启用自动确认功能。如果接收的包数据NO_ACK标志位被置位，也不会有自动应答。

一个自动应答包，是可以包含payload的，也就是说可以回传一些数据。为了实现这一点，DPL, Dynamic Payload Length动态数据长度功能必须启用，同时PRX侧的MCU需要把payload上传到TX-FIFO里，最多存3个payload（3字节？），

TODO: 这里有点不清楚，

这样在收到新的数据时就可以把payload发送出去。24L01+有3个payload缓存FIFO

当收到数据包后会解析出用哪个地址的payload进行应答，盲猜是利用PID匹配，但是只有3个而不是4个缓存区呢

4.2.2. ART, Auto Retransmission, 自动重发

自动重发是指在没有收到ACK时重发一次payload，它被用在开启了自动应答的PTX上。如果一个数据包没有被应答，你可以通过在SETUP_RETR寄存器中设置ARC位来设置一个时间重新传输。
PTX在每次发送完数据后都会进入RX模式下等待很少的时间，等待时间基于以下条件：
- 自动重传延迟（ARD）已过：没有收到数据或者数据不对，会根据用户的重发时间延迟后自动重发，不再等待；
- 250µs内（或250kbps模式下的500µs内）没有地址匹配：芯片自己的地址匹配，就是收到了数据但是地址不对，不是发给自己的；
- 收到数据包后（CRC是否正确）：数据受到了干扰
在收到ACK时会触发TX_DS中断
每一次丢包时会有两个计数器增加：OBSERVER_TX寄存器的ARC_CNT,PLOS_CNT； ARC_CNT记录的是当前payload重发的次数，当触发下一次新的发送前会被清零。PLOS_CNT记录着自从上次切换通道后总共的重发的次数，当修改RF_CH的值将会清零。这两个数值可以评估当前信道的质量
Auto Retransmit Delay (ARD) 定义着上次发送完成到下次开始重发的时间延迟，ARD在SETUP_RETR寄存器中以250µs的步长设置。ARD的时间不能设置的过短（有可能发射的数据还没有完成，怎么接受应答呢）：
- 2Mbps数据速率和5字节地址；15字节是最大ACK数据包有效载荷长度 ARD=250µs（重置值）。
- 1Mbps数据速率和5字节地址；5 字节是最大ACK数据包有效载荷长度 ARD=250µs（重置值）。
  
  ARD=500µs对于1或2Mbps模式下的任何ACK有效载荷长度来说都足够长。
- 对于250kbps数据速率和5字节地址，适用以下值：
除了自动重发，你还可以使用 REUSE_TX_PL命令进行手动重发；当这个命令使用时，MCU需要利用 CE管脚初始化每一次的传输。

4.3. MultiCeiver 多接收机

在接收模式下，MultiCeiver允许最多6个数据通道，每个数据通道都有自己独立的物理地址；可以理解为可以接收来自6个发射器的数据。

数据管道通过EN_RXADDR寄存器中的位启用。默认情况下，只有数据管道0和1启用。每个数据管道地址都在RX_ADDR_PX寄存器中配置。
6个信道必须都在相同的频率下，他们是依靠地址不同来区分设备的，频率不同就通讯不上了。
同一时刻最多只有1个信道是工作的，否则的话就会相互干扰通信。
信道0有唯一的5字节地址，信道1-5共享信道1的高4字节地址；
PRX的自动应答，会将接受到的包地址作为发射地址传输：PTXn的发射地址TX_ADDR必须和PRX的RX_ADDR_Pn相同

对于PTX来说，不就是数据相当于发给自己了，只不过自己发射的收不到？

4.4. 增强ShockBurst时序

$T_{OA}$, Time On-Air,
$T_{ACK}$, Time On-Air ACK
$T_{UL}$, Time upload
$T_{ESB}$, Time Enhanced ShockBurst cycle

4.5. 增强型ShockBurst传输图

4.5.1. 单次传输图，带ACK和中断

PTX发送数据给PRX
当PRX接收到数据数据后，RX_DR中断被触发（表示当前DL数据可读），然后发送应答给PTX
当PTX接受到应答后，TX_DS中断被触发

4.5.2. 单次传输，但是丢了一包数据

PTX发送数据给PRX，但是受到了干扰，导致PRX没有收到或者收到后数据错误；
ARD延迟后重发PRX相同的数据
当PRX接收到数据数据后，RX_DR中断被触发（表示当前DL数据可读），然后发送应答给PTX
当PTX接受到应答后，TX_DS中断被触发

4.5.3. 单次传输，但是丢了一帧应答

PTX发送数据给PRX
当PRX接收到数据数据后，RX_DR中断被触发（表示当前DL数据可读），然后发送应答给PTX
当PTX没有收到应答，在延迟ARD时间后重发上次的数据
当PRX接收到数据数据后，发现是重发数据中断RX_DR不再触发丢弃这次接收的数据，然后发送应答给PTX
当PTX接受到应答后，TX_DS中断被触发

4.5.4. 单次传输，有应答数据

PTX发送数据给PRX
PRX接收到数据后会触发RX_DR中断，接着PRX发送带数据的应答给PTX
当PTX收到应答后会触发TX_DS中断已经RX_DR中断（PRX的应答数据），然后发送下一个新的数据（PID=2）
当PRX收到新的数据后会触发RX_DR数据中断以及TX_DS应答中断（PTX发送的新数据可以理解为给PRX的应答，否则PTX就会重发了）

4.5.5. 单次传输，带应答数据，但是丢了数据

PTX发送数据给PRX，但是受到了干扰，导致PRX没有收到或者收到后数据错误；
ARD延迟后重发PRX相同的数据
PRX接收到数据后会触发RX_DR中断，接着PRX发送带数据的应答给PTX
当PTX收到应答后会触发TX_DS中断已经RX_DR中断（PRX的应答数据），然后发送下一个新的数据（PID=2）
当PRX收到新的数据后会触发RX_DR数据中断以及TX_DS应答中断（PTX发送的新数据可以理解为给PRX的应答，否则PTX就会重发了）

4.5.6. 2次传输，带数据应答；但是第一次的应答包丢失

4.5.7. 两次传输，但是达到最大重发次数

4.6. 和ShockBurst的兼容性

将寄存器EN_AA=0x00和ARC=0设置为禁用增强型ShockBurst，此外，nRF24L01+空中数据速率必须设置为1Mbps或250kbps。

4.6.1. ShockBurst包格式

和增强型的相比，区别在于：

少了9位宽的包控制管理
CRC在ShockBurst数据包格式中是可选的，由CONFIG寄存器中的EN_CRC位控制。