《Zigbee開發(fā)技術及實踐》課件第6章

第6章Zstack協(xié)議棧6.1概述 6.2Zstack軟件架構6.3HAL層分析6.4NWK層分析6.5Tools配置和分析6.6Profile層分析6.7ZDO層分析6.8API函數(shù)6.9APP層分析6.10OSAL運行機制

理解Zstack軟件架構。

掌握操作系統(tǒng)的運行機制。

掌握Zstack各層的作用。

【描述6.D.】

使用Zstack協(xié)議棧進行數(shù)據(jù)傳輸。

Zstack協(xié)議棧是德州儀器(TI)公司為Zigbee提供的一個解決方案，結合CC2530F256芯片可以完整的實現(xiàn)Zigbee。本章將對Zstack協(xié)議棧進行分層剖析，以介紹其運作原理，這是進行Zstack應用開發(fā)的基礎。6.1概述

Zstack協(xié)議棧符合Zigbee協(xié)議結構，由物理層、MAC層、網絡層和應用層組成。如本書前面所述，物理層和MAC層由IEEE802.15.4定義，網絡層和應用層由Zigbee聯(lián)盟定義。Zigbee聯(lián)盟將應用層詳細劃分為應用支持子層、應用設備框架以及Zigbee設備對象等。

本節(jié)將詳細介紹Zigbee協(xié)議棧的結構。6.2Zstack軟件架構

6.2.1Zigbee協(xié)議棧的結構

Zigbee協(xié)議棧的結構可參考第2章的圖2-3，其中各層的功能如下：

物理層內容：物理層定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務單元(PD-SAP)和物理層管理服務(MLME-SAP)。

MAC(介質接入控制子層)：MAC層負責處理所有物理無線信道的訪問，并產生網絡信號、同步信號；支持PAN連接和分離，提供兩個對等的MAC實體之間的可靠鏈路。

NWK(網絡層)：網絡層是Zigbee協(xié)議棧的核心部分，網絡層主要實現(xiàn)節(jié)點加入或者離開網絡、接收或拋棄節(jié)點、路由查找及維護等功能。

APL(應用層)：Zigbee應用層包括應用支持子層APS、應用程序框架AF、Zigbee設備對象ZDO等。

應用支持子層APS：APS層在NWK層和APL層之間，提供APSDE-SAP和APSME-SAP兩個接口，兩個接口的主要功能如下：

APSDE-SAP提供在同一個網絡中的兩個或者更多的應用實體之間(即端點)的數(shù)據(jù)通信。

APSME-SAP提供多種服務給應用對象ZDO，這些服務包括安全服務和綁定設備服務，并維護管理對象的數(shù)據(jù)庫(即AIB)。

應用程序框架AF：運行在Zigbee協(xié)議棧上的應用程序實際是廠商自定義的應用對象，并且遵循規(guī)范(Profile)運行在端點1～240上。設備對象層ZDO：遠程設備通過ZDO請求描述信息，接收到這些請求時，ZDO會調用配置對象獲取相應的描述符值。ZDO通過APSME-SAP接口提供綁定服務。

6.2.2Zstack協(xié)議棧

Zstack協(xié)議棧可以從TI的官方網站下載(截止本書出版時，Zstack協(xié)議棧的最新版本為Zstack-CC2530-2.5.1a)，其下載網址為，下載完成后，雙擊可執(zhí)行程序即可安裝。使用IAR8.10版本打開Zstack-CC2530-2.5.1a中的SampleApp工程，其協(xié)議棧代碼文件夾如圖6-1所示。

其中部分層的功能如下：

APP：應用層目錄，用戶可以根據(jù)需求添加自己的任務。這個目錄中包含了應用層和項目的主要內容，在協(xié)議棧里面一般是以操作任務實現(xiàn)的。

圖6-1協(xié)議棧代碼文件夾

HAL：硬件驅動層，包括與硬件相關的配置、驅動以及操作函數(shù)。

OSAL：協(xié)議棧的操作系統(tǒng)。

Profile：AF層目錄，包含AF層處理函數(shù)。

Security&Services：安全服務層目錄，包含安全層和服務層處理函數(shù)，比如加密。

Tools：工程配置目錄，包括空間劃分及ZStack相關配置信息。

ZDO：ZDO設備對象目錄。

ZMac：MAC層目錄，包括MAC層參數(shù)及MAC層的LIB庫函數(shù)回調處理函數(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，由IAR自動生成。

6.2.3Zigbee協(xié)議棧與Zstack的對比

Zigbee協(xié)議棧的結構與Zstack協(xié)議棧的各層關系如表6-1所示。

表6-1Zigbee協(xié)議棧結構與Zstack對比

注意：Zstack協(xié)議棧是一個半開源的協(xié)議棧，其中MAC層和ZMAC層的源碼沒有全部開源，關于他們的具體內容，在實際的工程開發(fā)中也不需要詳細了解。

Zigbee的HAL層提供了開發(fā)板所有硬件設備(例如LED、LCD、KEY、UART等)的驅動函數(shù)及接口。HAL文件夾為硬件平臺的抽象層，包含common、include和target三個文件夾，如圖6-2所示。6.3HAL層分析

圖6-2HAL層目錄

6.3.1Common文件夾

Common文件夾下包含有hal_assert.c和hal_dirvers.c兩個文件。其中hal_assert.c是聲明文件，用于調試，hal_dirvers.c是驅動文件，如圖6-3所示。

圖6-3Common目錄

1.

hal_assert.c

在hal_assert.c文件中包含兩個重要的函數(shù)：halAssertHandler()和halAssertHazardLights()。

(1)

halAssertHandler()函數(shù)為硬件系統(tǒng)檢測函數(shù)。如果定義了ASSERT_RESET宏，系統(tǒng)將調用HAL_SYSTEM_RESET復位，否則將調用halAaaertHazardLights()執(zhí)行閃爍LED命令。halAssertHandler()函數(shù)如下：

【函數(shù)6-1】halAssertHandler()

voidhalAssertHandler(void)

{

//如果定義了ASSERT_RESET宏定義

#ifdefASSERT_RESET

//系統(tǒng)復位

HAL_SYSTEM_RESET();

#else!definedASSERT_WHILE

//當檢測到錯誤時，LED燈閃爍命令函數(shù)

halAssertHazardLights();

#else

while(1);

#endif

}

(2)

halAssertHazardLights()函數(shù)控制LED燈閃爍，根據(jù)不同的硬件平臺定義的LED的個數(shù)來決定閃爍的LED的不同。例如，CC2430和CC2530所使用的硬件平臺不同，決定了閃爍的LED不同，其主要代碼如下：

【代碼6-1】halAssertHazardLights()

//如果硬件平臺定義的LED的個數(shù)為1

#if(HAL_NUM_LEDS>=1)

//LED1閃爍

HAL_TOGGLE_LED1();

//如果硬件平臺定義的LED的個數(shù)為2

#if(HAL_NUM_LEDS>=2)

//LED2閃爍

HAL_TOGGLE_LED2();

//如果硬件平臺定義的LED的個數(shù)為3

#if(HAL_NUM_LEDS>=3)

//LED3閃爍

HAL_TOGGLE_LED3();

//如果硬件平臺定義的LED的個數(shù)為4

#if(HAL_NUM_LEDS>=4)

//LED4閃爍

HAL_TOGGLE_LED4();

#endif

#endif

#endif

#endif

2.

hal_drivers.c

hal_drivers.c文件中包含了與硬件相關的初始化和事件處理函數(shù)。此文件中有4個比較重要的函數(shù)：硬件初始化函數(shù)Hal_Init()、硬件驅動初始化函數(shù)HalDriverInit()、硬件事件處理函數(shù)Hal_ProcessEvent()和詢檢函數(shù)Hal_ProcessPoll()。

(1)

Hal_Init()函數(shù)是硬件初始化函數(shù)，其功能是通過“注冊任務ID號”以實現(xiàn)在OSAL層注冊，從而允許硬件驅動的消息和事件由OSAL處理。其函數(shù)內容為：

【函數(shù)6-2】Hal_Init()

voidHal_Init(uint8task_id)

{

//注冊任務ID

Hal_TaskID=task_id;

}

(2)

HalDriverInit()函數(shù)被main()函數(shù)調用，用于初始化與硬件設備有關的驅動。HalDriverInit()函數(shù)的具體功能如下：

【函數(shù)6-3】HalDriverInit()

voidHalDriverInit(void)

{

//如果定義了定時器則初始化定時器

#if(definedHAL_TIMER)&&(HAL_TIMER==TRUE)

//在Zstack-CC2530-2.5.1a版本中移除了定時器的初始化，但不影響Zstack的運行。

#error"Thehaltimerdrivermoduleisremoved."

#endif

//如果定義了ADC，初始化ADC

#if(definedHAL_ADC)&&(HAL_ADC==TRUE)

HalAdcInit();

#endif

//如果定義了DMA，初始化DMA

#if(definedHAL_DMA)&&(HAL_DMA==TRUE)

HalDmaInit();

#endif

//如果定義了AES，初始化AES

#if(definedHAL_AES)&&(HAL_AES==TRUE)

HalAesInit();

#endif

//如果定義了LCD，初始化LCD

#if(definedHAL_LCD)&&(HAL_LCD==TRUE)

HalLcdInit();

#endif

//如果定義了LED，初始化LED

#if(definedHAL_LED)&&(HAL_LED==TRUE)

HalLedInit();

#endif

//如果定義了UART，初始化UART

#if(definedHAL_UART)&&(HAL_UART==TRUE)

HalUARTInit();

#endif

//如果定義了按鍵，初始化KEY

#if(definedHAL_KEY)&&(HAL_KEY==TRUE)

HalKeyInit();

#endif

//如果定義了SPI，初始化SPI

#if(definedHAL_SPI)&&(HAL_SPI==TRUE)

HalSpiInit();

#endif

//如果定義了USB，初始化USB，只限CC2531

#if(definedHAL_HID)&&(HAL_HID==TRUE)

usbHidInit();

#endif

}

(3)

Hal_ProcessEvent()函數(shù)在APP層中的任務事件處理中被調用，用于對相應的硬件事件作出處理，具體包括系統(tǒng)消息事件、LED閃爍事件、按鍵處理事件和睡眠模式等。

【函數(shù)6-4】Hal_ProcessEvent()

uint16Hal_ProcessEvent(uint8task_id,uint16events)

{

uint8*msgPtr;

(void)task_id;

//系統(tǒng)消息事件

if(events&SYS_EVENT_MSG)

{

msgPtr=osal_msg_receive(Hal_TaskID);

while(msgPtr)

{

osal_msg_deallocate(msgPtr);

msgPtr=osal_msg_receive(Hal_TaskID);

}

returnevents^SYS_EVENT_MSG;

}

//LED閃爍事件

if(events&HAL_LED_BLINK_EVENT)

{

#if(defined(BLINK_LEDS))&&(HAL_LED==TRUE)

HalLedUpdate();

#endif

returnevents^HAL_LED_BLINK_EVENT;

}

//按鍵處理事件

if(events&HAL_KEY_EVENT)

{

#if(definedHAL_KEY)&&(HAL_KEY==TRUE)

HalKeyPoll();

if(!Hal_KeyIntEnable)

{

osal_start_timerEx(Hal_TaskID,HAL_KEY_EVENT,100);

}

#endif

returnevents^HAL_KEY_EVENT;

}

//睡眠模式

#ifdefPOWER_SAVING

if(events&HAL_SLEEP_TIMER_EVENT)

{

halRestoreSleepLevel();

returnevents^HAL_SLEEP_TIMER_EVENT;

}

#endif

return0;

}

(4)

Hal_ProcessPoll()函數(shù)在main()函數(shù)中被osal_start_system()調用，用來對可能產生的硬件事件進行詢檢。函數(shù)原型為：

【函數(shù)6-5】Hal_ProcessPoll()

voidHal_ProcessPoll()

{

//定時器詢檢

#if(definedHAL_TIMER)&&(HAL_TIMER==TRUE)

HalTimerTick();

#endif

//UART詢檢

#if(definedHAL_UART)&&(HAL_UART==TRUE)

HalUARTPoll();

#endif

//定時器詢檢

#if(definedHAL_TIMER)&&(HAL_TIMER==TRUE)

//在Zstack-CC2530-2.5.1a版本中移除了定時器的初始化，但不影響Zstack的運行。

#error"Thehaltimerdrivermoduleisremoved."

#endif

//串口詢檢

#if(definedHAL_UART)&&(HAL_UART==TRUE)

HalUARTPoll();

#endif

//SPI詢檢

#if(definedHAL_SPI)&&(HAL_SPI==TRUE)

HalSpiPoll();

#endif

//USB詢檢(僅限CC2530)

#if(definedHAL_HID)&&(HAL_HID==TRUE)

usbHidProcessEvents();

#endif

//如果定義了休眠模式

#ifdefined(POWER_SAVING)

//允許在下一個事件到來之前進入休眠模式

ALLOW_SLEEP_MODE();

#endif

}硬件驅動初始化函數(shù)HalDriverInit()和硬件事件處理函數(shù)Hal_ProcessEvent()是Zigbee協(xié)議棧固有的，一般不需要作出較大范圍的修改，只需要直接使用即可。

6.3.2Include文件夾

Include文件夾主要包含各個硬件模塊的頭文件，主要內容是與硬件相關的常量定義以及函數(shù)聲明，如圖6-4所示。

圖6-4Include目錄

表6-2Include目錄下頭文件類型

6.3.3Target文件夾

Target目錄下包含了某個設備類型下的硬件驅動文件、硬件開發(fā)板上的配置文件、MCU信息和數(shù)據(jù)類型。本書采用的硬件平臺為CC2530，因此本節(jié)以硬件設備類型CC2530EB(EB是版本號，表示的是評估版)為例進行講解，如圖6-5所示。

注意：上述“CC2530EB”中的字符“EB”是TI公司的Zstack在某個硬件實現(xiàn)上的版本號，例如，“BB”是電池版(BatteryBoard)，“DB”是開發(fā)版(DevelopmentBoard)，“EB”是評估版(EvaluateBoard)。

在CC2530EB文件夾下包含了三個子文件夾，分別是Config、Drivers、Includes，如圖6-6所示。

圖6-5Target文件夾

圖6-6CC2530EB文件夾

1.

Config文件夾

Config文件夾中包含了hal_board_cfg.h，在hal_board_cfg.h中定義了硬件CC2530硬件資源的配置，比如GPIO、DMA、ADC等。

在hal_board_cfg.h文件中可以定義開發(fā)板的硬件資源。以LED為例，TI官方的CC2530EB版本定義了兩個LED：LED1和LED2，其在hal_board_cfg.h中定義如下：

【代碼6-2】hal_board_cfg.h

//有關LED1宏定義

#defineLED1_BVBV(0)

#defineLED1_SBITP1_0

#defineLED1_DDRP1DIR

#defineLED1_POLARITYACTIVE_HIGH

//如果定義了HAL_BOARD_CC2530EB_REV17,則定義LED2和LED3

#ifdefined(HAL_BOARD_CC2530EB_REV17)

//有關LED2的宏定義

#defineLED2_BVBV(1)

#defineLED2_SBITP1_1

#defineLED2_DDRP1DIR

#defineLED2_POLARITYACTIVE_HIGH

//有關LED3的宏定義

#defineLED3_BVBV(4)

#defineLED3_SBITP1_4

#defineLED3_DDRP1DIR

#defineLED3_POLARITYACTIVE_HIGH

#endif

LED宏定義完成之后，設置LED的打開和關閉，其代碼在hal_board_cfg.h文件中，代碼如下：

【代碼6-3】hal_board_cfg.h

/*如果定義了HAL_BOARD_CC2530EB_REV17且沒有定義HAL_PA_LNA和HAL_PA_LNA_

CC2590，則定義LED的狀態(tài)*/

#ifdefined(HAL_BOARD_CC2530EB_REV17)&&!defined(HAL_PA_LNA)

&&!defined(HAL_PA_LNA_CC2590)

//打開LED1～LED3

#defineHAL_TURN_OFF_LED1()st(LED1_SBIT=LED1_POLARITY(0);)

#defineHAL_TURN_OFF_LED2()st(LED2_SBIT=LED2_POLARITY(0);)

#defineHAL_TURN_OFF_LED3()st(LED3_SBIT=LED3_POLARITY(0);)

#defineHAL_TURN_OFF_LED4()HAL_TURN_OFF_LED1()

//關閉LED1～LED3

#defineHAL_TURN_ON_LED1()st(LED1_SBIT=LED1_POLARITY(1);)

#defineHAL_TURN_ON_LED2()st(LED2_SBIT=LED2_POLARITY(1);)

#defineHAL_TURN_ON_LED3()st(LED3_SBIT=LED3_POLARITY(1);)

#defineHAL_TURN_ON_LED4()HAL_TURN_ON_LED1()

//改變LED1～LED3的狀態(tài)

#defineHAL_TOGGLE_LED1()st(if(LED1_SBIT){LED1_SBIT=0;}

else{LED1_SBIT=1;})

#defineHAL_TOGGLE_LED2()st(if(LED2_SBIT){LED2_SBIT=0;}

else{LED2_SBIT=1;})

#defineHAL_TOGGLE_LED3()st(if(LED3_SBIT){LED3_SBIT=0;}

else{LED3_SBIT=1;})

#defineHAL_TOGGLE_LED4()HAL_TOGGLE_LED1()

LED的設置根據(jù)開發(fā)板的不同，可以設置不同的LED，其設置過程如上所述。

2.

Drivers文件夾

在Drivers文件中定義了硬件資源的驅動文件，所定義的硬件資源如表6-3所示。

表6-3硬件資源驅動文件其中，以最常用的LED為例，在hal_led.c文件中提供了兩個封裝好的函數(shù)，在應用層可以直接調用，以控制LED，這兩個函數(shù)是：

HalLedSet(uint8leds,uint8mode)。

HalLedBlink(uint8leds,uint8numBlinks,uint8percent,uint16period)。

(1)

HalLedSet()函數(shù)用來控制LED的亮滅，該函數(shù)的原型如下：

【函數(shù)6-6】HalLedSet()

HalLedSet(uint8leds,uint8mode);

其中：

參數(shù)leds，指LED的名稱，取值可以是：

HAL_LED_1。

HAL_LED_2。

HAL_LED_3。

HAL_LED_4。參數(shù)mode，指LED的狀態(tài)，取值可以為以下幾種情況：

打開LED：HAL_LED_MODE_ON。

關閉LED：HAL_LED_MODE_OFF。

改變LED狀態(tài)：HAL_LED_MODE_TOGGLE。

以上數(shù)據(jù)定義在hal_led.h文件中。

(2)

HalLedBlink()函數(shù)是用來控制LED閃爍的，函數(shù)原型如下：

【函數(shù)6-7】HalLedBlink()

HalLedBlink(uint8leds,uint8numBlinks,uint8percent,uint16period)

其中：

參數(shù)leds，指LED的名稱，參數(shù)可以為：

HAL_LED_1。

HAL_LED_2。

HAL_LED_3。

HAL_LED_4。參數(shù)numBlinks，指閃爍次數(shù)。

參數(shù)percent，指LED亮和滅的所用事件占空比，例如亮和滅所用的事件比例為

1∶1，則占空比為100/2

=

50。

參數(shù)period，指LED閃爍一個周期所需要的時間，以毫秒為單位。

Zstack的NWK層負責的功能有：節(jié)點地址類型的分配、協(xié)議棧模板、網絡拓撲結構、網絡地址的分配的選擇等。在Zstack協(xié)議棧中，NWK層的結構如圖6-7所示。6.4NWK層分析

圖6-7NWK層結構

6.4.1節(jié)點地址類型的選擇

Zstack中地址類型有兩種：64位IEEE地址和16位網絡地址(在Zstack中也稱短地址或網絡短地址)。

64位IEEE地址：即MAC地址(也稱“長地址”或“擴展地址”)，是一個全球唯一的地址，一經分配將跟隨設備一生，通常由制造商在設備出廠或安裝時設置，這些地址由IEEE組織來維護和分配。

16位網絡地址：是設備加入網絡后，由網絡中的協(xié)調器分配給設備的地址(也稱“短地址”)，它在網絡中是唯一的，用來在網絡中鑒別設備和發(fā)送數(shù)據(jù)。對于協(xié)調器，網絡地址固定為0x0000。

Zstack協(xié)議棧聲明了讀取IEEE地址和網絡地址的函數(shù)，函數(shù)的聲明可以在NLMEDE.h文件中看到，但是具體的函數(shù)實現(xiàn)是非開源的，在使用的時候直接調用即可。

【代碼6-4】NLMEDE.h

//讀取父節(jié)點的網絡地址

uint16NLME_GetCoordShortAddr(void);

//讀取父節(jié)點的物理地址

voidNLME_GetCoordExtAddr(byte*);

//讀取節(jié)點本身的網絡地址

uint16NLME_GetShortAddr(void);

//讀取自己的物理地址

byte*NLME_GetExtAddr(void);

6.4.2協(xié)議棧模板

Zstack協(xié)議棧模板由Zigbee聯(lián)盟定義，在同一個網絡中的設備必須符合相同的協(xié)議棧模板。Zstack協(xié)議棧使用了Zigbee聯(lián)盟定義的三種模板：Zigbee協(xié)議棧模板、ZigbeePRO協(xié)議棧模板和特定網絡模板。所有的設備只要遵循該協(xié)議，一般情況下，即使使用不同廠商的不同設備，同樣可以形成網絡。

另外，開發(fā)者為了開發(fā)具有特殊性的產品，可以向Zigbee聯(lián)盟申請自定義的模板，在Zstack協(xié)議棧中，開發(fā)者申請了兩種自定義模板。

協(xié)議棧模板由一個ID標識符區(qū)分，此ID標識符可以通過查詢設備發(fā)送的信標幀獲得。在設備加入網絡之前，首先需要確認協(xié)議棧模板的ID標識符。在Zstack協(xié)議棧中，各種模板的ID標識符的定義如下：

“特定網絡”模板的ID標識符被定義為“NETWORK_SPECIFIC”，且模板ID標識符為0。

“Zigbee協(xié)議棧”模板的ID標識符被定義為

“HOME_SPECIFIC”，且模板ID標識符為1。其中，“Zigbee協(xié)議?！蹦０宄Ｓ糜谥悄芗揖拥目刂?。

“ZigbeePRO協(xié)議棧”模板的ID標識符被定義為“ZIGBEEPRO_SPECIFIC”，且模板ID標識符為2。自定義模板的ID標識符被定義為“GENERIC_STAR”和“GENERIC_TREE”，且模板ID標識符被分別定義為3和4。從模板ID標識符的定義來看，這兩個自定義模板分別是為星型網絡和樹型網絡專門定義的。三種模板的配置在nwk_globals.h文件中，代碼如下：

【代碼6-5】nwk_globals.h

//“特定網絡”模板ID

#defineNETWORK_SPECIFIC 0

//Zigbee協(xié)議模板ID

#defineHOME_CONTROLS 1

//ZigbeePRO模板ID

#defineZIGBEEPRO_PROFILE 2

//自定義模板ID

#defineGENERIC_STAR 3

//自定義模板ID

#defineGENERIC_TREE 4

//如果定義了ZIGBEEPRO,那么協(xié)議棧為ZIGBEEPRO模板

#ifdefined(ZIGBEEPRO)

#defineSTACK_PROFILE_IDZIGBEEPRO_PROFILE

#else

//如果沒有定義ZIGBEEPRO,那么協(xié)議棧為ZIGBEE模板

#defineSTACK_PROFILE_IDHOME_CONTROLS

#endif

6.4.3網絡參數(shù)配置

網絡參數(shù)配置包括對網絡類型參數(shù)、網絡深度和網絡中每一級可以容納的節(jié)點個數(shù)的配置。

網絡類型即網絡的拓撲結構，包括星型網絡、樹型網絡和網狀型網絡。

網絡深度即路由級別，協(xié)調器位于深度0，協(xié)調器的一級子節(jié)點(即協(xié)調器的直屬子節(jié)點)位于深度1，協(xié)調器的二級子節(jié)點(即協(xié)調器直屬子節(jié)點的子節(jié)點)位于深度2……依次類推，在Zstack協(xié)議棧中定義MAX_NODE_DEPTH為網絡的最大深度。網絡中每一級可以容納的節(jié)點個數(shù)，即在Zstack協(xié)議棧中規(guī)定的每一級的路由可以掛載的路由器或終端節(jié)點的個數(shù)。

1.網絡類型參數(shù)和網絡深度的設置

在Zstack協(xié)議棧中星型網絡、樹型網絡和網狀型網絡三種網絡類型的定義在nwk_globals.h文件中，其代碼如下：

【代碼6-6】nwk_globals.h—網絡類型的定義

/**********定義網絡類型***********/

//星型網

#defineNWK_MODE_STAR0

//樹型網

#defineNWK_MODE_TREE1

//網狀網

#defineNWK_MODE_MESH2在Zstack協(xié)議棧中定義的三種網絡拓撲結構分別在不同的模板下定義，且每一種模板下都定義了該網絡的網絡深度，具體定義在nwk_globals.h文件中，其代碼如下：

【代碼6-7】nwk_globals.h—網絡類型和網絡深度的定義

//如果協(xié)議棧模板為ZigbeePRO模板

#if(STACK_PROFILE_ID==ZIGBEEPRO_PROFILE)

//網絡的最大深度為20

#defineMAX_NODE_DEPTH 20

//定義網絡類型為網狀網絡

#defineNWK_MODE NWK_MODE_MESH

#defineSECURITY_MODE SECURITY_COMMERCIAL

#if(SECURE!=0)

#defineUSE_NWK_SECURITY 1//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 5

#else

#defineUSE_NWK_SECURITY 0//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 0

#endif

//如果協(xié)議棧模板定義為Zigbee協(xié)議棧模板

#elif(STACK_PROFILE_ID==HOME_CONTROLS)

//網絡的最大深度為5

#defineMAX_NODE_DEPTH 5

//定義網絡類型為網狀網絡

#defineNWK_MODE NWK_MODE_MESH

#defineSECURITY_MODE SECURITY_COMMERCIAL

#if(SECURE!=0)

#defineUSE_NWK_SECURITY 1//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 5

#else

#defineUSE_NWK_SECURITY 0//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 0

#endif

//如果模板為星型網絡的自定義模板

#elif(STACK_PROFILE_ID==GENERIC_STAR)

//網絡的最大深度為5

#defineMAX_NODE_DEPTH 5

//定義網絡類型為星型網絡

#defineNWK_MODE NWK_MODE_STAR

#defineSECURITY_MODE SECURITY_RESIDENTIAL

#if(SECURE!=0)

#defineUSE_NWK_SECURITY 1//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 5

#else

#defineUSE_NWK_SECURITY 0//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 0

#endif

//如果網絡模板為特定網絡模板

#elif(STACK_PROFILE_ID==NETWORK_SPECIFIC)

//網絡的最大深度為5

#defineMAX_NODE_DEPTH 5

//定義網絡類型為網狀型網絡

#defineNWK_MODE NWK_MODE_MESH

#defineSECURITY_MODE SECURITY_RESIDENTIAL

#if(SECURE!=0)

#defineUSE_NWK_SECURITY 1//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 5

#else

#defineUSE_NWK_SECURITY 0//trueorfalse

#defineSECURITY_LEVEL 0

#endif

#endif

2.每一級可以容納的節(jié)點個數(shù)的配置

在Zstack協(xié)議棧中，每一級路由可以容納的節(jié)點的個數(shù)的配置分為兩種情況。

一個路由器或者一個協(xié)調器可以連接的子節(jié)點的最大個數(shù)。

一個路由器或者一個協(xié)調器可以連接的具有路由功能的節(jié)點的最大個數(shù)。如果前者用C來表示，后者用R來表示，那么R為C的一個子集。另外，這兩個參數(shù)的設置與協(xié)議棧模板有關系，具體配置在nwk_globals.c文件中，其代碼如下：

【代碼6-8】nwk_globals.c

//如果協(xié)議規(guī)范為ZigbeePRO模板

#if(STACK_PROFILE_ID==ZIGBEEPRO_PROFILE)

//定義MAX_ROUTERS為默認值

byteCskipRtrs[1]={0};

//定義MAX_ROUTERS為默認值

byteCskipChldrn[1]={0};

//如果協(xié)議規(guī)范為Zigbee模板

#elif(STACK_PROFILE_ID==HOME_CONTROLS)

//定義協(xié)調器和每級路由器下攜帶的路由器節(jié)點個數(shù)為6

byteCskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={6,6,6,6,6,0};

//定義協(xié)調器和每級路由器可以攜帶的節(jié)點個數(shù)為20個

byteCskipChldrn[MAX_NODE_DEPTH+1]={20,20,20,20,20,0};

//如果協(xié)議模板為自定義GENERIC_STAR模板

#elif(STACK_PROFILE_ID==GENERIC_STAR)

//定義協(xié)調器和每級路由器下攜帶的路由器節(jié)點個數(shù)為5

byteCskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0};

定義協(xié)調器和每級路由器下攜帶的節(jié)點個數(shù)為5

byteCskipChldrn[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0};

//如果協(xié)議規(guī)范為自定義GENERIC_STAR規(guī)范

#elif(STACK_PROFILE_ID==NETWORK_SPECIFIC)

//定義協(xié)調器和每級路由器下攜帶的路由器節(jié)點個數(shù)為5

byteCskipRtrs[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0};

//定義協(xié)調器和每級路由器下攜帶的路由器節(jié)點個數(shù)為5

byteCskipChldrn[MAX_NODE_DEPTH+1]={5,5,5,5,5,0};

以上代碼定義中將C和R分別定義為CskipChldrn和CskipRtrs數(shù)組中的元素值。在數(shù)組中元素0表示協(xié)調器下面掛載的節(jié)點或路由器節(jié)點的個數(shù)，元素1表示路由器1級下面掛載的節(jié)點或路由器節(jié)點的個數(shù)。依次類推，元素n表示n級路由器下面掛載的節(jié)點或路由器節(jié)點的個數(shù)。例如CskipChldrn數(shù)組中的第一個元素為20，那么C=20；CskipRtrs數(shù)組中的第一個元素為6，那么R=6。這兩個參數(shù)的設置，有時會影響網絡地址的分配。在Zigbee網絡中，網絡地址的分配是由網絡中的協(xié)調器來完成的。在網狀型網絡中，網絡地址的分配是由協(xié)調器隨機地分配的。但是在樹型網絡中，網絡地址的分配遵循了一定的算法。

在ZigbeePRO協(xié)議棧模板中定義的CskipChldrn和CskipRtrs數(shù)組為默認值，其定義代碼如下：

【代碼6-9】ZigbeePRO定義的CskipChldrn和CskipRtrs

//如果協(xié)議規(guī)范為ZigbeePRO模板

#if(STACK_PROFILE_ID==ZIGBEEPRO_PROFILE)

//定義MAX_ROUTERS為默認值

byteCskipRtrs[1]={0};

//定義MAX_ROUTERS為默認值

byteCskipChldrn[1]={0};當在協(xié)議棧模板中使用的CskipChldrn和CskipRtrs數(shù)組為默認值時，網絡地址遵循隨機分配機制，對新加入的節(jié)點使用隨機地址分配，即當一個節(jié)點加入時，首先將接收到父節(jié)點的隨機分配的網絡地址，然后產生“設備聲明”(包含分配到的網絡地址和IEEE地址)發(fā)送至網絡中的其余節(jié)點。如果另一個節(jié)點有著同樣的網絡地址，則通過路由器廣播“網絡狀態(tài)-地址沖突”至網絡中的所有節(jié)點。所有發(fā)生網絡地址沖突的節(jié)點更改自己的網絡地址，然后再發(fā)起“設備聲明”檢測新的網絡地址是否沖突。終端設備不會廣播“地址沖突”，它們的父節(jié)點會幫助完成這個過程。如果一個終端設備發(fā)生了“地址沖突”，它們的父節(jié)點發(fā)送“重新加入”消息至終端設備，并要求其更改網絡地址。然后，終端設備再發(fā)起“設備聲明”檢測新的網絡地址是否沖突。

3.樹型網絡中網絡地址分配的算法

在Zigbee的樹型網絡中，網絡地址分配算法需要三個參數(shù)：

網絡的最大深度，在Zstack協(xié)議中被定義為MAX_NODE_DEPTH，在此算法中用L表示。

路由器或協(xié)調器可以連接的子節(jié)點的最大個數(shù)，在Zstack協(xié)議棧中被定義為CskipChldrn數(shù)組中元素的值，在此算法中用C表示。路由器或協(xié)調器可以連接的具有路由功能的子節(jié)點的最大個數(shù)，在Zstack協(xié)議棧中被定義為CskipRtrs數(shù)組中的元素的值，在此算法中用R表示。

以上三個參數(shù)設置完成后，如果需要計算深度為d的網絡地址偏移量Cskip(d)，則有如下計算公式：若L

=

6，C

=

20，R

=

6，那么計算深度d

=

1的網絡地址偏移量Cskip(1)為5181(十六進制為143D)，協(xié)調器網絡地址為0x0000，那么協(xié)調器下第一個路由器的網絡地址為0x0001，第二個路由器的網絡地址為0x0001

+

0x143D

=

0x143E。

Tools文件為工程設置文件目錄，比如信道、PANID、設備類型的設置，如圖6-8所示為Tools文件。6.5Tools配置和分析

圖6-8Tools文件在Tools文件中包含了五個子文件，分別是f8w2530.xcl文件、f8wConfig.cfg文件、f8wCoord.cfg文件、f8wEndev.cfg文件和f8wRouter.cfg文件。其中f8w2530.xcl為CC2530的配置文件，使用Zstack協(xié)議棧時不用修改此項，在這里不做講解。

1.

f8wConfig.cfg文件

f8wConfig.cfg文件為Zstack協(xié)議棧的配置文件，在此文件中設置Zigbee使用的信道和Zigbee網絡PANID。其代碼如下：

【代碼6-10】f8wConfig.cfg

//信道設置

//0:868MHz0x00000001

//1-10:915MHz0x000007FE

//11-26:2.4GHz0x07FFF800

//-DMAX_CHANNELS_868MHz 0x00000001

//-DMAX_CHANNELS_915MHz 0x000007FE

//-DMAX_CHANNELS_24GHz 0x07FFF800

//以下為信道11-26的設置

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x04000000//26-0x1A

-DDEFAULT_CHANLIST=0x02000000//25-0x19

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x01000000//24-0x18

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00800000//23-0x17

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00400000//22-0x16

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00200000//21-0x15

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00100000//20-0x14

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00080000//19-0x13

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00040000//18-0x12

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00020000//17-0x11

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00010000//16-0x10

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00008000//15-0x0F

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00004000//14-0x0E

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00002000//13-0x0D

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00001000//12-0x0C

//-DDEFAULT_CHANLIST=0x00000800//11-0x0B

//網絡PANID的設置

-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0xFFFF

Zigbee工作在2.4

GHz，在2.4

GHz上定義了16個信道，即11～26號信道，以上是工作在25號信道上的。當需要修改信道時，只需要將所需信道的注釋符“//

”去掉，將原來使用的信道注釋掉。

當網絡PANID設置為0xFFFF時，即協(xié)調器建立網絡時將在0x0000～0xFFFF之間隨機選擇一個數(shù)作為網絡的PANID。如果網絡的PANID為0x0000～0xFFFF之間指定的一個數(shù)，則協(xié)調器建立網絡時將會以選定的PANID作為網絡PANID建立網絡。例如：

【示例6-1】f8wConfig.cfg

//網絡PANID的設置

-DZDAPP_CONFIG_PAN_ID=0x1234

示例6-1中設定網絡PANID為0x1234，那么協(xié)調器建立網絡后，將會選擇0x1234作為網絡PANID。

2.

f8wCoord.cfg文件

f8wCoord.cfg文件是Zstack協(xié)議棧協(xié)調器設備類型配置文件，其功能是將程序編譯成具有協(xié)調器和路由器的雙重功能(這是因為協(xié)調器需要同時具有網絡建立和路由器的功能)，其代碼如示例6-2所示。

【示例6-2】f8wCoord.cfg

/*協(xié)調器設置*/

//協(xié)調器功能

-DZDO_COORDINATOR

//路由器功能

-DRTR_NWK

3.

f8wRouter.cfg文件

f8wRouter.cfg文件為路由器配置文件，此文件將程序編譯成具有路由器的功能，其代碼如示例6-3所示。

【示例6-3】f8wRouter.cfg

/*路由器設置*/

-DRTR_NWK

4.

f8wEndev.cfg文件

此文件為終端節(jié)點的配置文件，在此文件中既沒有編譯協(xié)調器的功能也沒有編譯路由器的功能，因此，此文件一般不需要配置。

Profile對應Zigbee軟件架構中的應用程序框架AF層，其結構如圖6-9所示。Profile文件夾下面包含兩個文件：AF.c和AF.h。

AF層提供應用支持子層APS到應用層的接口，AF層主要提供兩種功能：端點的管理和數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。6.6Profile層分析

圖6-9Profile文件

6.6.1端點的管理

在Zigbee協(xié)議中每個設備都被看作一個節(jié)點，每個節(jié)點都有物理地址(長地址)和網絡地址(短地址)，長地址或短地址用來作為其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地址。另外，每一個節(jié)點都有241個端點，其中端點0預留，端點1～240被應用層分配，每個端點是可尋址的。端點的主要作用可以總結為以下兩個方面。

數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收：當一個設備發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須指定發(fā)送目的節(jié)點的長地址或短地址以及端點來進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，并且發(fā)送方和接收方所使用的端點號必須一致。綁定：如果設備之間需要綁定，那么在Zigbee的網絡層必須注冊一個或者多個端點來進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以及綁定表的建立。

端點的實現(xiàn)由端點描述符來完成，每一個端點描述符由一個結構體來實現(xiàn)，在端點描述符中又包含了一個簡單描述符，它們的定義在AF.h中，具體講解如下。

1.端點描述符

節(jié)點中的每一個端點都需要一個端點描述符，此端點描述符結構體定義在AF.h文件中，如下所示。

【結構體6-1】endPointDesc_t

typedefstruct

{

byteendPoint;

byte*task_id;

SimpleDescriptionFormat_t*simpleDesc;

afNetworkLatencyReq_tlatencyReq;

}endPointDesc_t;

其中，endPointDesc_t結構體中每個成員所代表的含義如表6-4所示。

表6-4endPointDesc_t結構體成員

2.簡單描述符

每一個端點必有一個Zigbee簡單描述符，其他設備通過查詢這個端點的簡單描述符來獲得設備的一些信息，端點的簡單描述符結構體在AF.h文件中定義。

【結構體6-2】SimpleDescriptionFormat_t

typedefstruct

{

byteEndPoint;

uint16AppProfId;

uint16AppDeviceId;

byteAppDevVer:4;

byteReserved:4;

byteAppNumInClusters;

cId_t*pAppInClusterList;

byteAppNumOutClusters;

cId_t*pAppOutClusterList;

}SimpleDescriptionFormat_t;

其中，SimpleDescriptionFormat_t結構體中每個成員所代表的含義如表6-5所示。

表6-5SimpleDescriptionFormat_t結構體成員含義在實際數(shù)據(jù)收發(fā)的過程中，參與通信的兩個設備之間簡單描述符的輸入/輸出簇要相對應，即發(fā)送方的輸出簇對應接收方的輸入簇。例如，在Zstack官方的例程SampleAPP中，發(fā)送方所用的輸入/輸出簇都為SampleApp_ClusterList[]，具體如示例6-4所示。

【示例6-4】收發(fā)雙方的輸入/輸出簇

constcId_t

SampleApp_ClusterList[SAMPLEAPP_MAX_CLUSTERS]=

{

SAMPLEAPP_PERIODIC_CLUSTERID,

SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID

};

3.端點的注冊

在端點配置成功后，需要在AF層注冊端點，用到的函數(shù)是afRegister()，此函數(shù)在AF.c文件中定義，應用層將調用此函數(shù)注冊一個新的端點到AF層，其函數(shù)原型為：

【函數(shù)6-8】afRegister

afStatus_tafRegister(endPointDesc_t*epDesc)。

參數(shù)描述：epDesc—指向端點描述符的指針。

返回值：afStatus_t—如果注冊成功則返回ZSuccess，否則返回ZcomDef.h中定義的錯誤。

6.6.2數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收

Zstack協(xié)議棧數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是通過數(shù)據(jù)發(fā)送和接收API來實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的API在AF層定義。

1.數(shù)據(jù)的發(fā)送

數(shù)據(jù)的發(fā)送只要通過調用數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)即可實現(xiàn)，數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)為AF_DataRequest()，此函數(shù)在AF.c文件中定義，數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)原型為：

【函數(shù)6-9】AF_DataRequest()

afStatus_tAF_DataRequest

(

afAddrType_t*dstAddr,

endPointDesc_t*srcEP,

uint16cID,

uint16len,

uint8*buf,

uint8*transID,

uint8options,

uint8radius

)；

各參數(shù)描述如下：

destAddr：指向發(fā)送目的的地址指針，地址類型為一個結構體。

srcEP：指向目的端點的端點描述符指針。

cID：發(fā)送端點的輸出簇ID。

len：發(fā)送字節(jié)數(shù)。

buf：指向發(fā)送數(shù)據(jù)緩存的指針。

transID：發(fā)送序列號指針，如果消息緩存發(fā)送，這個序列號將增加1。

options：發(fā)送選項，options的詳細配置如表6-6所示。其中options可以由表6-6中的一項或幾項相或得到。

radius：最大條數(shù)半徑。

表6-6options選項

返回值是一個afStatus_t類型的數(shù)據(jù)，發(fā)送成功將返回“Zsuccess”，發(fā)送失敗將返回ZcomDef.h中定義的“Errors”。

當設備要發(fā)送數(shù)據(jù)時，在應用層直接調用此函數(shù)即可，發(fā)送信息代碼如示例6-5所示。

【示例6-5】發(fā)送信息

voidMySendtest_SendPeriodicMessage(void)

{//發(fā)送的數(shù)據(jù)

chartheMessageData[]="LED1";

if(AF_DataRequest(//發(fā)送目的地址

&MySendtest_Periodic_DstAddr,

//發(fā)送的端點描述符

&MySendtest_epDesc,

//簇ID號

MySendtest_PERIODIC_CLUSTERID,

//發(fā)送的字節(jié)長度

(uint16)osal_strlen(theMessageData)+1,

//發(fā)送的數(shù)據(jù)

(uint8*)theMessageData,

//發(fā)送的數(shù)據(jù)ID序號

&MyfirstAppCoordManage_TransID,

//設置路由發(fā)現(xiàn)

AF_DISCV_ROUTE,

//設置路由域

AF_DEFAULT_RADIUS)==ZSUCCESS)

{

}

else

{

}

}

2.發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地址

發(fā)送函數(shù)AF_DataRequest()中的第一個參數(shù)是發(fā)送目的地址的信息，目的地址的信息為一個結構體，此結構體在AF.h中定義。

【結構體6-3】afAddrType_t

typedefstruct

{

union

{

uint16shortAddr;

ZLongAddr_textAddr;

}addr;

afAddrMode_taddrMode;

byteendPoint;

uint16panId;

}afAddrType_t;

其中，結構體afAddrType_t中有四個成員，每個成員所代表的含義如表6-7所示。

表6-7afAddrType_t結構體成員其中，addrMode被定義為枚舉類型afAddrMode_t，afAddrMode_t成員定義了發(fā)送信息的四種地址模式，afAddrMode_t在AF.h中定義。

【枚舉6-1】afAddrMode_t

typedefenum

{//間接尋址

afAddrNotPresent=AddrNotPresent,

//單點尋址，指定短地址

afAddr16Bit=Addr16Bit,

//單點尋址，指定長地址

afAddr64Bit=Addr64Bit,

//組尋址

afAddrGroup=AddrGroup,

//廣播尋址