Z-Stack協(xié)議棧代碼介紹

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)8.1 TI Z-Stack協(xié)議棧代碼介紹TI公司在提供Zigbee無線單片機CC2530的同時，也提供了Z-Stack協(xié)議棧源代碼，以方便設(shè)計人員將Z-Stack直接移植到CC2530上使用，使其支持IEEE 802. 15. 4/ZigBee協(xié)議。TI也提供比較多的工具軟件，如CC2530的FLASH編程軟件，包監(jiān)視分析軟件，以及一些在協(xié)議之上的應(yīng)用案例，簡單點對點通信軟件、智能家居應(yīng)用軟件等。為了使我們自己的系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，必須保證硬件的設(shè)計穩(wěn)定可靠，滿足需要的

2、功能要求外，軟件的設(shè)計也是同樣重要的。為了使整個系統(tǒng)能很好的正常工作，必須讓軟硬件協(xié)同操作，在TI的Z-Stack協(xié)議棧之上開發(fā)我們自己的軟件系統(tǒng)，不愧為一種很好的、省力的方式。自己去寫Z-Stack協(xié)議棧代碼并讓其穩(wěn)定運行是不現(xiàn)實的，不是投入太大就是時間太長。這樣，對TI的Z-Stack協(xié)議棧代碼進行必要的了解是非常必要的。通過IAR軟件打開TI的Z-Stack協(xié)議棧，如下圖所示：第一次打開工程印象最深刻的就是左邊一排文件夾，非常多，很龐雜，感覺無從下手。 我們先不深入目錄之下，先了解每個目錄放的是什么內(nèi)容，那么知道各個文件夾大概是什么功能，分布在 ZIGBEE 的哪一層，那么在以后的工作中

3、無論是查詢某些功能函數(shù)還是修改某些功能函數(shù)，甚至是添加或刪除某些功能函數(shù)就能順利的找到在什么地方了，方便對Z-Stack協(xié)議棧軟件的更深入的學(xué)習(xí)了解。 下面對Z-Stack協(xié)議棧的文件夾進行介紹：APP（ApplicationProgramming）：應(yīng)用層目錄，這是用戶創(chuàng)建各種不同工程的區(qū)域，在這個目錄中包含了應(yīng)用層的內(nèi)容和這個項目的主要內(nèi)容，在協(xié)議棧里面一般是以操作系統(tǒng)的任務(wù)實現(xiàn)的。APP：用戶應(yīng)用程序及接口，包括串口數(shù)據(jù)處理、無線接收數(shù)據(jù)處理、用戶LCD顯示處理、傳感器數(shù)據(jù)讀取和發(fā)送等。HAL（Hardware (H/W) Abstraction Layer）：硬件層目錄，包含有與硬件相

4、關(guān)的配置和驅(qū)動及操作函數(shù)。MAC：MAC 層目錄，包含了 MAC 層的參數(shù)配置文件及其 MAC 的 LIB 庫的函數(shù)接口文件。MT（Monitor Test）：實現(xiàn)通過串口可控各層，于各層進行直接交互。 NWK(ZigBee Network Layer):網(wǎng)絡(luò)層目錄，含網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)文件及網(wǎng)絡(luò)層庫的函數(shù)接口文件，APS 層庫的函數(shù)接口OSAL（Operating System (OS) Abstraction Layer）：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。Profile：AF（Application work） 層目錄，包含 AF 層處理函數(shù)文件。Security：安全層目錄，安全層處理函數(shù)，比如加密函數(shù)等

5、。Services：地址處理函數(shù)目錄，包括著地址模式的定義及地址處理函數(shù)。Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及 ZStack 相關(guān)配置信息。ZDO（ZigBee Device Objects）：ZDO 目錄。ZMac： MAC 層目錄，包括 MAC 層參數(shù)配置及 MAC 層 LIB 庫函數(shù)回調(diào)處理函數(shù)。ZMain：主函數(shù)目錄，包括入口函數(shù)及硬件配置文件。Output：輸出文件目錄，這個是EW8051 IDE 自動生成的。Z-Stack 協(xié)議棧用操作系統(tǒng)的思想來構(gòu)建，采用事件輪詢機制。當(dāng)各層初始化之后，系統(tǒng)進入低功耗模式，當(dāng)事件發(fā)生時，喚醒系統(tǒng)，開始進入中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進入低功耗模式

6、。如果同時有幾個事件發(fā)生，則判斷優(yōu)先級，逐個處理事件。這種軟件構(gòu)架可以極大地降級系統(tǒng)的功耗。整個Z-Stack 的主要工作流程，大致分為系統(tǒng)啟動，驅(qū)動初始化，OSAL 初始化和啟動，進入任務(wù)輪循幾個階段，下面將逐一詳細分析。1、TI的Z-Stack協(xié)議棧啟動流程可打開ZMain文件夾中的ZMain.c文件，查看int main(void)函數(shù)，協(xié)議棧即從此函數(shù)開始運行。其啟動流程如下所示：2、 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電后，通過執(zhí)行ZMain文件夾中ZMain.c的ZSEG int main( )函數(shù)實現(xiàn)硬件的初始化。硬件初始化需要根據(jù)HAL文件夾中的hal_board_cfg.h文件配置8051的寄

7、存器。TI 官方發(fā)布Z-stack的配置針對的是TI 官方的開發(fā)板CC2530DB、CC2530EMK等，如采用其它開發(fā)板，則需根據(jù)原理圖設(shè)計改變hal_board_cfg.h 文件配置。如按鍵多少及其對應(yīng)的I/O口，LED指示燈的多少及其對應(yīng)的I/O口，串口的波特率及中斷還是DMA操作方式，是否有LCD等。也可以通過宏定義的方式，將硬件的功能模塊的操作放開或屏蔽掉。 下面列出main函數(shù)，并在其掉用的函數(shù)處對其進行注釋說明：int main( void ) /關(guān)全局中斷 osal_int_disable( INTS_ALL ); /板相關(guān)的硬件初始化，如時鐘、LED等 HAL_BOARD_I

8、NIT(); /確保電源電壓比正常運行的電壓高 zmain_vdd_check(); /參數(shù)堆棧及返回地址堆棧清0 zmain_ram_init(); /判別是上電復(fù)位,復(fù)位鍵復(fù)位還是看門狗復(fù)位 InitBoard( OB_COLD ); /初始話硬件抽象層驅(qū)動，如Timers、Adc,Dma,Flash,Aes,Leds,Uart,Key,Spi,and Lcd等 HalDriverInit(); /初始化FLASH存儲器系統(tǒng) osal_nv_init( NULL ); /初始化基本的非易失性存儲器的項目，初始話Z-Stack全局變量。如果一個項目在非易失性/存儲器中沒有，則將缺省值寫入其中

9、。 zgInit(); /初始化MAC層 ZMacInit(); /決定起始的擴展IEEE地址 zmain_ext_addr(); /如果無網(wǎng)絡(luò)層，則調(diào)用afInit()對無線射頻部分進行初始化#ifndef NONWK afInit();#endif /初始化操作系統(tǒng)，初始化存儲器系統(tǒng)、消息隊列、定時器、電源管理系統(tǒng)、系統(tǒng)任務(wù)等 osal_init_system(); /開全局中斷 osal_int_enable( INTS_ALL ); /進行板硬件的最后初始化,如鍵盤,搖桿等初始化 InitBoard( OB_READY ); /如果使用LCD，則調(diào)用用于LCD硬件的初始化 #ifdef

10、 LCD_SUPPORTED zmain_lcd_init();#endif /顯示如IEEE地址等設(shè)備信息, zmain_dev_info(); /如果使用了看門狗，則將看門狗使能#ifdef WDT_IN_PM1 WatchDogEnable( WDTIMX );#endif/啟動操作系統(tǒng)，將不會從此函數(shù)返回 osal_start_system(); / No Return from her /不會到達這里 return ( 0 ); 當(dāng)順利完成上述初始化時，執(zhí)行osal_start_system( )函數(shù)開始運行OSAL 系統(tǒng)。該任務(wù)調(diào)度函數(shù)按照優(yōu)先級檢測各個任務(wù)是否就緒，如果存在就緒的

11、任務(wù)則調(diào)用tasksArr 中相對應(yīng)的任務(wù)處理函數(shù)去處理該事件，直到執(zhí)行完所有就緒的任務(wù)。如果任務(wù)列表中沒有就緒的任務(wù)，則可以使處理器進入睡眠狀態(tài)實現(xiàn)低功耗。程序流程如下圖所示。osal_start_system( )一旦執(zhí)行，則不再返回Main( )函數(shù)。3、OSAL 任務(wù)OSAL是協(xié)議棧的核心，Z-Stack 的任何一個子系統(tǒng)都作為OSAL 的一個任務(wù)，因此在開發(fā)應(yīng)用層的時候，必須通過創(chuàng)建OSAL任務(wù)來運行應(yīng)用程序。通過osalInitTasks( )函數(shù)創(chuàng)建OSAL 任務(wù)，其中TaskID 為每個任務(wù)的唯一標(biāo)識號。任何OSAL任務(wù)必須分為兩步：一是進行任務(wù)初始化；二是處理任務(wù)事件。任務(wù)初

12、始化主要步驟如下：1） 初始化應(yīng)用服務(wù)變量const pTaskEventHandlerFn tasksArr 數(shù)組定義系統(tǒng)提供的應(yīng)用服務(wù)和用戶服務(wù)變量，如MAC 層服務(wù)macEventLoop、用戶服務(wù)controlEpProcess,functionEpProcess, 等2）分配任務(wù)ID 和分配堆棧內(nèi)存void osalInitTasks( void )主要功能是通過調(diào)用osal_mem_alloc( )函數(shù)給各個任務(wù)分配內(nèi)存空間，和給各個已定義任務(wù)指定唯一的標(biāo)識號。3）在AF 層注冊應(yīng)用對象通過填入endPointDesc_t 數(shù)據(jù)格式的EndPoint 變量，調(diào)用afRegister

13、( )在AF層注冊EndPoint 應(yīng)用對象。通過在AF 層注冊應(yīng)用對象的信息，告知系統(tǒng)afAddrType_t 地址類型數(shù)據(jù)包的路由端點，例如用于發(fā)送周期信息的SampleApp_Periodic_DstAddr 和發(fā)送LED 閃爍指令的SampleApp_Flash_DstAddr。4） 注冊相應(yīng)的OSAL 或者HAL 系統(tǒng)服務(wù)在協(xié)議棧中，Z-Stack 提供鍵盤響應(yīng)和串口活動響應(yīng)兩種系統(tǒng)服務(wù)，但是任何Z-Stask任務(wù)均不自行注冊系統(tǒng)服務(wù)，兩者均需要由用戶應(yīng)用程序注冊。值得注意的是，有且僅有一個OSAL Task 可以注冊服務(wù)，例如注冊鍵盤活動響應(yīng)可調(diào)用RegisterForKeys(

14、)函數(shù)。5） 處理任務(wù)事件處理任務(wù)事件通過創(chuàng)建“ApplicationName”_ProcessEvent( )函數(shù)處理。一個OSAL 任務(wù)除了強制事件（Mandatory Events）之外還可以定義15 個事件。下面對這些事件進行介紹：SYS_EVENT_MSG：一個強制任務(wù)事件 SYS_EVENT_MSG (0 x8000), 被保留必須通過 OSAL 任務(wù)設(shè)計。管理者應(yīng)該處理如下的系統(tǒng)信息子集，下面只列出了部分信息，但是是最常用的幾個信息處理，推薦根據(jù)例子復(fù)制到自己項目中使用。AF_DATA_CONFIRM_CMD：調(diào)用 AF_DataRequest()函數(shù)數(shù)據(jù)請求成功的指示。Zsuc

15、cess 確認(rèn)數(shù)據(jù)請求傳輸成功，如果數(shù)據(jù)請求設(shè)置 AF_ACK_REQUEST 標(biāo)志位，那么，只有最終目的地址成功接收后，Zsuccess 確認(rèn)才返回。如果如果數(shù)據(jù)請求沒有設(shè)置 AF_ACK_REQUEST 標(biāo)志位，那么，數(shù)據(jù)請求只要成功傳輸?shù)较绿?jié)點就返回 Zsuccess 確認(rèn)信息。AF_INCOMING_MSG_CMD：AF 信息輸入指示KEY_CHANGE鍵盤動作指示ZDO_NEW_DSTADDR匹配描述符請求（Match Deor Request）響應(yīng)指示。（例如：自動匹配）ZDO_STATE_CHANGE網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變指示4、網(wǎng)絡(luò)層信息ZigBee 設(shè)備有兩種網(wǎng)絡(luò)地址：1 個是64

16、位的IEEE 地址，通常也叫作MAC 地址或者擴展地址（Extended address），另一個是16 位的網(wǎng)絡(luò)地址，也叫做邏輯地址（Logical address）或者短地址。64 位長地址是全球唯一的地址，并且終身分配給設(shè)備。這個地址可由制造商設(shè)定或者在安裝的時候設(shè)置，是由IEEE 來提供。當(dāng)設(shè)備加入ZigBee 網(wǎng)絡(luò)被分配一個短地址，在其所在的網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，這個地址主要用來在網(wǎng)絡(luò)中辨識設(shè)備，傳遞信息等。協(xié)調(diào)器（Coordinator）首先在某個頻段發(fā)起一個網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)頻段的定義放在DEFAULT_CHANLIST 配置文件里。如果ZDAPP_ CONFIG_ PANID 定義的PAN

17、ID 是0 xFFFF（代表所有的PAN ID），則協(xié)調(diào)器根據(jù)它的IEEE 地址隨機確定一個PAN ID。否則，根據(jù)ZDAPP_CONFIG_ PANID 的定義建立PAN ID。當(dāng)節(jié)點為Router 或者End Device 時，設(shè)備將會試圖加入DEFAULT_ CHANLIST 所指定的工作頻段。如果ZDAPP_ CONFIG_ PANID 沒有設(shè)為0 xFFFF，則Router 或者End Device 會加入ZDAPP_ CONFIG_ PANID 所定義的PAN ID。設(shè)備上電之后會自動的形成或加入網(wǎng)絡(luò)，如果想設(shè)備上電之后不馬上加入網(wǎng)絡(luò)或者在加入網(wǎng)絡(luò)之前先處理其他事件，可以通過定義H

18、OLD_AUTO_START 來實現(xiàn)。通過調(diào)用ZDApp_StartUpFromApp( )來手動定義多久時間之后開始加入網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備如果成功的加入網(wǎng)絡(luò)，會將網(wǎng)絡(luò)信息存儲在非易失性存儲器（NV Flash）里，掉電后仍然保存，這樣當(dāng)再次上電后，設(shè)備會自動讀取網(wǎng)絡(luò)信息，這樣設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)就有一定的記憶功能。對NV Flash 的動作，通過NV_RESTORE( )和NV_ITNT( )函數(shù)來執(zhí)行。有關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置大多保存在協(xié)議棧Tools 文件夾的f8wConfig.cfg 里。5、路由Z-Stack 采用無線自組網(wǎng)按平面距離矢量路由協(xié)議AODV，建立一個Hoc 網(wǎng)絡(luò)，支持移動節(jié)點，鏈接失敗和數(shù)據(jù)丟失，能夠自組織和自修復(fù)。當(dāng)一個Router 接收到一個信息包之后，NMK 層將會進行以下的工作：首先確認(rèn)目的地，如果目的地就是這個Router 的鄰居，信息包將會直接傳輸給目的設(shè)備；否則，Router 將會確認(rèn)和目的地址相應(yīng)的路由表條目，如果對于目的地址能找到有效的路由表條目，信息包將會被傳遞到該條目