TOF方案在DW1000上的实现（四）：DS-TWR方案

说明

在由DW1000芯片的制造原厂提供的示例代码中，同样提供了DS-TWR方案的实现示例：
Example 5a: double-sided two-way ranging (DS TWR) initiator
Example 5b: double-sided two-way ranging respond
该示例以C代码形式，演示了一个简单的双边双向测距的实现过程，本质上双边双向测距和单边单向测距没有太大的不同。
DS比SS方案多发了一次数据，并且测距结果变为了由responded来计算。

流程

测距流程如下，其中有六个关键的时间参数
poll_tx:initiator发送第一帧数据的时间点
poll_rx:responder接收第一帧数据的时间点
resp_tx:responder发送第二帧数据的时间点
resp_rx:initiator接收第二帧数据的时间点
final_tx:initiator发送第三帧数据的时间点
final_rx:responder接收第三章数据的时间点

通过三次收发数据，便算出两个设备之间的距离，公式如下：

$$distance=speed\mathrm{\_}of\mathrm{\_}light\ast tof$$

$$tof=\frac{Ra\ast Rb-Da\ast Db}{Ra+Rb+Da+Db}$$

$$Ra=resp\mathrm{\_}rx-poll\mathrm{\_}tx$$

$$Rb=final\mathrm{\_}rx-resp\mathrm{\_}tx$$

$$Da=final\mathrm{\_}tx-resp\mathrm{\_}rx$$

$$Db=resp\mathrm{\_}tx-poll\mathrm{\_}rx$$

代码分析

DS和SS代码类似，上一个博客已经对SS方案代码流程分析过一遍，这里就不作过多分析了。

增加Discovery阶段的DS方案

事实上，以上例程中的流程只是单纯的测距，一般的实际使用场景中会添加配对流程

首先为了更好的对应到使用场景，我们把之前的定义的角色名换一下：
initiator->Tag
responder->Anchor
Tag我们定义为标签，Anchor我们定义为锚点。

发现阶段的流程如下：
最初，Tag处于发现阶段，它定期发送一个包含它自己地址的Blink消息，并监听来自Anchor的测距流程发起响应（Ranging Init response）。如果Tag没有得到此响应，那么它在再次Blink前会睡眠一段时间（默认为1秒）。Anchor则一直启动接收，当它接收到Blink消息时，Anchor将向标Tag发送测距发起信息，随后Discovery阶段结束，转进到Ranging流程也就是前面讲的流程。

Discover阶段是重要的，它用于交换测距双方的地址信息并进行配对，当同一个场景中拥有多台设备时，他能很好的避免收发双方收到不该收到的数据。

数据帧说明

IEEE 802.15.4标准通用的数据帧格式如下，它包括7个Segment分别是：

1.Frame Control（FC）:其中的DestAddrMode和SrcAddrMode比特位控制后续地址位的长度时2byte还是8byte
2.Sequence Number：根据标准规定，每发送一帧就累加256的模。
3.PAN ID：示例中所有的消息帧这里都是0xDECA,实际应用场景可以修改为用户自身需要的网络名
4.Destination Address：目标设备地址
5.Source Address：自身设备地址
6.Ranging Message：数据段，不定长，由用户决定。该帧中包含测距数据的部分一般称为有效载荷
7.FCS：CRC校验位

对于上述提及的Discover阶段和Ranging阶段用到的帧示例如下：

其中的各类型帧中数据段的内容如下：

Blink

Blink帧用于发送标签的Blink消息，不带任何测距信息，所以数据段长度为0，Blink帧总长12byte。

Poll message

Poll message由Tag发送，用于开启测距流程。数据为只有一个byte，内容为0x61,是message identifies用于表明信息类型，然后不带有任何时间戳数据。

Response message

Response message由anchor发送，用于响应tag之前发的poll message，数据段有5个byte，第一个byte为message identifies，剩余四个byte为时间戳数据

Final message

和Response message类似，只是再多4个byte，一共带有两个时间戳数据，共九个byte

Ranging Initiation message

配对响应信息，一个byte用于表明信息类型,两个byte用于对端地址配置，两个byte用于后续ranging流程的延时时间配置,一个五个byte