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Documentation Index

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Silicon Labs Connect Stack v3.x 作为 Silicon Labs Proprietary Flex SDK v3.0 及更高版本的一部分交付，提供功能全面、易于定制的无线网络解决方案，专为低功耗、简单网络拓扑的设备优化。Connect 基于 IEEE 802.15.4 MAC/PHY 实现，并在其之上构建了 Proprietary 网络层，开发者无需关注底层无线电细节，专注于应用开发即可。

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硬件外设依赖

Connect Stack 本身需要以下 MCU 外设才能正常工作：

必需外设

  • RF 收发器（及 HFXO）
  • Sleeptimer 组件（通常依赖 RTCC 和 LFXO）
  • 内部 Flash（用于 Token/NVM 存储）
  • 微秒定时器（默认使用 TIMER0，由组件依赖引入）

可选外设

  • PTI（Packet Trace Interface）：用于 Network Analyzer 的 RF 数据包输出，默认启用
  • SPI Flash：用于外部存储（OTA 等场景）
  • 其他组件可能引入额外外设需求
除非特别说明，否则可通过 emlib 和 RAIL 访问 MCU 硬件。这也引入了对某些常用 emlib 文件（如 em_core.c、em_cmu.c）的依赖。

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Connect 操作模式

Connect 支持三种操作模式，一个网络中只能使用其中一种，应在设计早期做出选择。
支持扩展星型拓扑，网络层提供任意两设备间的路由。End Device 可配置为 Sleepy（空闲时关闭无线电接收）。是集中式网络，加入需要 PAN Coordinator 同意，短地址由 Coordinator 分配。不完全符合 IEEE 802.15.4。

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物理层

Connect 使用 Simplicity Studio 的 Radio Configurator 工具配置 PHY。使用时有以下限制：
  • Connect 仅使用第一个配置的协议
  • 应使用 Connect Profile，该 Profile 会移除部分帧配置选项以保证与 802.15.4 的帧长度兼容
  • 高于 500 kbps 比特率时，无法保证 hardware-based 地址过滤器正常工作

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FCC 法规、DSSS 与跳频

FCC 要求采取措施”展宽”应用占用的频段。Connect 支持两种方式：
由硬件支持，无需额外通信开销，MAC 层可完全兼容 IEEE 802.15.4。Silicon Labs 提供了针对 2.4 GHz 和 915 MHz 的三种预配置 DSSS 设置，推荐优先使用。

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MAC 层

Connect MAC 层基于 RAIL 的 IEEE 802.15.4 专用 API，为以下硬件功能提供接口：地址过滤（Address Filtering）、ACK、CSMA/CA、Data Request / Frame Pending bit 设置。

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设备类型

设备类型取决于加入网络时使用的 API，各模式下可用的设备类型有所不同：
使用 emberFormNetwork() 或 emberMacFormNetwork() 组建网络。短地址固定为 0x0000。在 Extended Star Mode 下，负责地址分配和维护路由表；在 MAC Mode 下报告自身为 PAN Coordinator。需要安装 Parent Support 组件。
在 Coordinator 和 End Device 之间提供路由支持。使用 emberJoinNetwork() 并将 nodeType 设为 EMBER_STAR_RANGE_EXTENDER 加入网络。需要安装 Parent Support 组件。
End Device 是可在网络中通信的简单设备。Sleepy End Device 空闲时关闭无线电，只能通过消息轮询来接收消息。Extended Star Mode 下使用 emberJoinNetwork() 或 emberJoinNetworkExtended() 加入；Direct Mode 下使用 emberJoinCommissioned() 加入，nodeType 参数可选：
  • EMBER_STAR_END_DEVICE
  • EMBER_STAR_SLEEPY_END_DEVICE
  • EMBER_DIRECT_DEVICE
MAC Mode 设备可在 802.15.4 网络中扮演任何角色。Sleepy 变体空闲时关闭无线电。nodeType 参数可选：
  • EMBER_MAC_MODE_DEVICE
  • EMBER_MAC_MODE_SLEEPY_DEVICE

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ACK 与 CSMA/CA 参数配置

  • 使用 emberSetMacParams() 的 ackTimeout 参数（或编译时宏 EMBER_MAC_ACK_TIMEOUT_MS）配置等待 ACK 的超时，默认值为 25 ms。
  • 使用 emberMacSetParams() 的 maxRetries 参数配置未收到 ACK 时的重试次数，默认值为 3（即最多 4 次传输）。
  • 使用 emberSetMacParams() 配置 CSMA/CA 参数，默认值实质上是 IEEE 802.15.4 为 2.4 GHz OQPSK PHY 推荐的参数。
周转时间（从接收结束到开始传输 ACK）固定为 12 个 Symbol 时间。

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Extended Star Mode 关联过程

1

设备加入 Coordinator

关联过程与标准 IEEE 802.15.4 基本相同，但关联请求和数据请求命令之间增加了 500ms 延迟。
2

设备加入 Range Extender

Range Extender 必须向 Coordinator 请求短地址（通过网络层命令帧），Coordinator 统一处理地址分配。
3

设备自选地址加入（扩展关联请求）

加入设备可使用扩展关联请求（命令 0x7D）自行选择短地址，但需自行保证地址唯一性。
4

选择性加入（Selective Joining）

通过 emberSetSelectiveJoinPayload() 配置加入有效负载，只有配置了相同有效负载的 Coordinator/Range Extender 才会接受该设备的关联请求。

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网络层

Connect 网络层仅在 Extended Star Mode 和 Direct Mode 下可用，负责路由（Extended Star 专有）和端点处理。端点类似 TCP/IP 端口，实现协议间的信道共享：
端点用途
15Mailbox 组件
14OTA
其他应用程序框架分发至应用程序

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路由表（Extended Star Mode）

路由协议为集中式，Coordinator 掌握所有设备的路由信息：
  • End Device：存储父级地址（Coordinator 或 Range Extender）
  • Range Extender：存储子表（所有已连接子设备地址），最大 32 个子项
  • Coordinator：存储子表（最大 64 个子项）+ 每个 Range Extender 的子项路由表
转发规则：
发送节点转发规则
End Device始终转发给父级（Coordinator 或 Range Extender）
Range Extender目标在子表中则直发，否则转发给 Coordinator
Coordinator目标在子表中则直发，否则查路由表转发至对应 Range Extender

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离开网络

// 通知父级后离开（推荐，避免路由失败负担）
emberNetworkLeave();

// 直接离开（不通知父级）
emberResetNetworkState();

// Coordinator 主动移除子项
emberRemoveChild(childId);

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跳频（Frequency Hopping）

跳频仅在 Extended Star 和 Direct Mode 下可用，以客户端-服务端模型实现，两端须处于同一 PAN 并使用相同的跳频参数。

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主要配置参数

参数说明
Channel Sequence Generation Seed生成伪随机信道序列的种子数
Start / End Channel信道范围（均含在内）
Channel Duration每个信道的驻留时间（毫秒）
Channel Guard Duration进入/离开信道槽时的静默保护时间（毫秒）
Server Broadcast Info Period服务端广播同步信息的周期（毫秒）
Client Resync PeriodSleepy 客户端主动请求同步的间隔（秒）
Client Synchronization TimeoutNon-sleepy 客户端同步失败超时时间（秒）
Server Advertisement Sequence Count服务端启动时广告遍历次数

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同步机制

当客户端希望加入正在跳频的服务端，或失去同步时触发。客户端以相反顺序快速遍历所有信道并发送跳频信息请求，直到收到服务端的跳频信息响应为止。若五次遍历后仍未收到响应，将通过 emberStackStatusHandler() 报告 EMBER_MAC_SYNC_TIMEOUT。
用于保持 Non-sleepy 设备同步。服务端定期广播跳频信息消息，客户端收到后自动调整同步。若在 Client Synchronization Timeout 内未收到，将报告同步超时。
用于保持 Sleepy 设备同步。若 Sleepy 客户端在 Client Resync Period 内未收到跳频信息，则在下次发送前主动请求同步。若请求后仍未收到响应，则触发完全同步。

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协议栈配置

Connect Stack 支持三种层次的配置方式：
通过 Simplicity Studio Project Configurator 的 SOFTWARE COMPONENTS 选项卡，可视化配置各组件参数（如 Parent Support 组件的子表大小、超时等）。配置会生成到 config/ 文件夹下对应的头文件（如 parent-support-config.h）。

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