【基于ESP32-S3和LoRa LLCC68芯片实现Contiki低功耗自组网的C代码详细实现】

以下是基于ESP32-S3和LoRa LLCC68芯片实现Contiki低功耗自组网的C代码详细实现。内容涵盖网络初始化、节点发现、数据收发、低功耗管理等核心功能。

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硬件初始化

#include "contiki.h"
#include "sys/etimer.h"
#include "dev/radio.h"
#include "dev/llcc68.h"

// 初始化LoRa模块
void llcc68_init() {
    LLCC68_InitTypeDef lora_cfg = {
        .frequency = 868000000,  // 868MHz频段
        .tx_power = 20,          // 20dBm发射功率
        .bandwidth = LLCC68_BW_125_KHZ,
        .spreading_factor = LLCC68_SF7,
        .coding_rate = LLCC68_CR_4_5,
        .sync_word = 0x12,
        .preamble_len = 8
    };
    LLCC68_Init(&lora_cfg);
}

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网络节点结构定义

typedef struct network_node {
    linkaddr_t addr;            // Contiki地址
    uint8_t rssi;               // 信号强度
    uint16_t last_seen;         // 最后活跃时间
    struct network_node *next;  // 链表指针
} network_node_t;

PROCESS(lora_mesh_process, "LoRa Mesh Process");
static network_node_t *node_list = NULL;

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邻居发现与维护

// 周期性发送信标帧
PROCESS_THREAD(lora_mesh_process, ev, data) {
    static struct etimer beacon_timer;
    PROCESS_BEGIN();
    llcc68_init();

    etimer_set(&beacon_timer, CLOCK_SECOND * 30);  // 30秒发送一次信标
    while(1) {
        PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&beacon_timer));
        
        uint8_t beacon[32] = {0xAA};  // 信标帧头
        linkaddr_copy((linkaddr_t *)&beacon[1], &linkaddr_node_addr);
        LLCC68_Send(beacon, sizeof(beacon));
        
        etimer_reset(&beacon_timer);
    }
    PROCESS_END();
}

// 处理接收到的信标
void process_beacon(uint8_t *data, uint16_t len) {
    network_node_t *node = list_head(node_list);
    linkaddr_t *src_addr = (linkaddr_t *)&data[1];

    while(node != NULL) {
        if(linkaddr_cmp(&node->addr, src_addr)) {
            node->last_seen = clock_time();
            return;
        }
        node = list_item_next(node);
    }

    // 新节点加入
    network_node_t *new_node = memb_alloc(&node_memb);
    linkaddr_copy(&new_node->addr, src_addr);
    new_node->last_seen = clock_time();
    list_add(node_list, new_node);
}

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低功耗管理

// 进入低功耗模式
void enter_low_power() {
    LLCC68_SetMode(LLCC68_MODE_SLEEP);
    ESP32_DeepSleep(RTIMER_ARCH_SECOND * 10);  // 休眠10秒
}

// 唤醒后重新初始化
void wakeup_handler() {
    llcc68_init();
    network_init();
}

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数据包路由

// 简单洪泛路由实现
void flood_packet(uint8_t *data, uint16_t len) {
    static uint8_t seqno = 0;
    uint8_t packet[128];
    
    packet[0] = 0x55;  // 数据包头
    packet[1] = seqno++;
    memcpy(&packet[2], data, len);

    // 记录已转发包避免循环
    if(packet_already_forwarded(packet[1])) return;
    
    LLCC68_Send(packet, len + 2);
    mark_packet_forwarded(packet[1]);
}

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MAC层实现

// CSMA-CA实现
bool csma_ca() {
    uint8_t retries = 3;
    while(retries--) {
        if(LLCC68_RSSI() < -90) {  // RSSI阈值检测
            return true;
        }
        clock_delay_usec(1000);  // 随机退避
    }
    return false;
}

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关键补充说明

1. 需要在project-conf.h中配置Contiki参数：

#define RIMEADDR_CONF_SIZE 8
#define CONTIKIMAC_CONF_COMPOWER 1
#define NETSTACK_CONF_RADIO llcc68_driver

2. 内存管理使用Contiki的memb库：

MEMB(node_memb, network_node_t, 32);

3. 建议实现以下回调函数：

const struct radio_driver llcc68_driver = {
    .init = llcc68_init,
    .prepare = NULL,
    .transmit = LLCC68_Send,
    .send = LLCC68_Send,
    .read = LLCC68_Read,
    .channel_clear = csma_ca
};

4. 实际部署时需要调整以下参数：

• LoRa的扩频因子(SF)和带宽(BW)平衡距离与速率
• 信标间隔时间与功耗的权衡
• RSSI阈值根据环境噪声调整

以上代码实现了Contiki网络栈与LoRa物理层的结合，包含邻居发现、低功耗管理和简单路由功能。实际应用中可能需要根据具体场景优化路由算法和功率控制策略。