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如何使用ZigBee协议栈?

什么是ZigBee协议栈?

如何使用ZigBee协议栈?
zigbee协议栈的工作流程是怎样的?

回帖(1)

孙琳

2021-10-9 15:58:19
一.ZigBee 协议栈简介

什么是ZigBee 协议栈呢?它和ZigBee 协议有什么关系呢?协议是一系列的通信标准,通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据发射和接收。协议栈是协议的具体实现形式,通俗点来理解就是协议栈是协议和用户之间的一个接口,开发人员通过使用协议栈来使用个协议的,进而实现无线数据收发。
ZigBee 的协议分为两部分,IEEE 802.15.4 定义了PHY(物理层)和MAC(介质访问层)技术规范;ZigBee 联盟定义了NWK(网络层)、APS(应用程序支持子层)、APL(应用层)技术规范。ZigBee 协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一直,以函数的形式实现,并给用户提供API(应用层),用户可以直接调用。
                                                                                                 Z-Stack协议栈体系结构                                                                 




二.如何使用ZigBee 协议栈

协议栈是协议的实现,可以理解为代码,函数库,供上层应用调用,协议较底下的层与应用是相互独立的。你需要关心的就是你的应用逻辑,数据从哪里到哪里,怎么存储,处理;还有系统里的设备之间的通信顺序什么的.至于初始化等等工作不需要我们考虑。我们只需要调用相关的API函数就可以了。
三.了解zigbee协议栈的应用文件夹

安装好zigbee协议栈,打开目录Texas Instruments





(一)Components:顾名思义这个是放我们的库的文件夹,里面放了一些我们用到的ZDO,driver,hal,zcl 等库的代码
(二)Documents:这里放的是TI 的开发文档的,里面很多都是讲述协议栈的API
(三)Projects:这个文件夹放的是TI 协议栈的例子程序。
(四)Tools:这个文件夹是放TI 的例子程序的一些上位机之类的程序,作为工具使用。
接下来介绍的东西均需要打开示例工程在这里我们打开ZStack-CC25302.5.1aProjectszstackSamplesSampleAppCC2530DB进入zigbee的协议栈中





为了确保程序没问题我们在这里重新编译一下协议栈。
这是我们协议栈的汇总目录





这里是我们zigbee的文件夹,里面写好的代码都分为很多的group
(一)APP:应用层目录,这里用户可以创建不同的工程目录,这里包含项目工程主要内容
(二)HAL:硬件层目录,包含有与硬件相关的配置和驱动及操作函数。
(三)MAC: MAC 层目录,包含了MAC 层的参数配置文件及其MAC 的LIB 库的函数接口文件。
(四)MT:实现通过串口可控各层,于各层进行直接交互。
(五)NWK:网络层目录,含网络层配置参数文件及网络层库的函数接口文件,APS 层库的函数接口
(六)OSAL:协议栈的操作系统。
(七)Profile: AF层目录,包含AF 层处理函数文件。
(八)Security:安全层目录,安全层处理函数,比如加密函数等。
(九)Services:地址处理函数目录,包括着地址模式的定义及地址处理函数。
(十)Tools:工程配置目录,包括空间划分及ZStack 相关配置信息。
(十一)ZDO: ZDO目录。
(十二)ZMac: MAC 层目录,包括MAC 层参数配置及MAC 层LIB 库函数回调处理函数。
(十三)Output:输出文件目录,这个EW8051 IDE 自动生成的。





点击DemoEB可以进行设备类型工作空间选择,必须要选好,不然不可以使用。
CoordinatorEB:为协调器的工作空间。
ROuterEB:为路由器的工作空间。
EndDeviceEB:为无线终端的设备选择。
四.zigbee协议栈的工作流程

在我们这个版本的来说在我们使用者的路径流程是:main()---> osal_init_system()---> osalInitTasks()---> SampleApp_Init()
(一)打开ZMain.c 找到main 函数
学过C语言的都知道,C语言函数是在一直执行main文件里面的内容,首先我们先查看main.c的内容



int main( void )
{
  // Turn off interrupts
  osal_int_disable( INTS_ALL ); //关闭协议栈所有中断


  // Initialization for board related stuff such as LEDs
  HAL_BOARD_INIT();             //初始化协议栈系统时钟


  // Make sure supply voltage is high enough to run
  zmain_vdd_check();            //检查芯片电压是否正常


  // Initialize board I/O
  InitBoard( OB_COLD );         //初始化I/O


  // Initialze HAL drivers
  HalDriverInit();              //初始化芯片硬件


  // Initialize NV System
  osal_nv_init( NULL );         //初始化Flash 存储器


  // Initialize the MAC
  ZMacInit();                   //初始化MAC 层


  // Determine the extended address
  zmain_ext_addr();             //确定IEEE 64位设备地址


  // Initialize basic NV items
  zgInit();                     //初始化非易失变量


#ifndef NONWK
  // Since the AF isn't a task, call it's initialization routine
  afInit();
#endif


  // Initialize the operating system
  osal_init_system();           //初始化协议栈操作系统


  // Allow interrupts
  osal_int_enable( INTS_ALL );  //使能全部中断


  // Final board initialization
  InitBoard( OB_READY );        //最终板载初始化


  // Display information about this device
  zmain_dev_info();             //LCD显示设备信息


  /* Display the device info on the LCD */
#ifdef LCD_SUPPORTED
  zmain_lcd_init();             //初始化LCD
#endif


#ifdef WDT_IN_PM1
  /* If WDT is used, this is a good place to enable it. */
  WatchDogEnable( WDTIMX );
#endif


  osal_start_system(); // No Return from here 执行操作系统,这里进入将不会退出,一直执行osal_start_system


  return 0;  // Shouldn't get here.
} // main()
我们接着看一下osal_start_system在这里我们可以点击选中然后goto到函数里面查看。






void osal_start_system( void )
{
#if !defined ( ZBIT ) && !defined ( UBIT )
  for(;;)  // Forever Loop //这是个死循环
#endif
  {
    osal_run_system();  //协议栈一直执行这个函数
  }
}
这个是任务系统轮询的主要函数。他会查找发生的事件然后调用相应的事件执行函数, 如果没有事件登记要发生那就将进入睡眠模式。在协议栈中,所有将要处理的内容定义为事件,这个函数就是查找事件的函数,每个事件都有自己的事件号,根据事件号大小判断优先级,一个一个执行,例如按键按键,就触发按键事件,这个现在知道就可以,在后面我们会介绍。
在这里我们知道了协议栈一直执行事件扫面函数,那我们如何根据需求开发呢,我们要做的就是设置一个自己要监测的事件,然后写交互逻辑。 // 一个任务可以有多个事件

void osal_run_system( void )
{
  uint8 idx = 0;


  osalTimeUpdate();//更新事件
  Hal_ProcessPoll();


  do {
    if (tasksEvents[idx])  // Task is highest priority that is ready.
    {
      break;
    }
  } while (++idx < tasksCnt);


  if (idx < tasksCnt)
  {
    uint16 events;
    halIntState_t intState;


    HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);
    events = tasksEvents[idx];
    tasksEvents[idx] = 0;  // Clear the Events for this task.
    HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);


    activeTaskID = idx;
    events = (tasksArr[idx])( idx, events );
    activeTaskID = TASK_NO_TASK;


    HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);
    tasksEvents[idx] |= events;  // Add back unprocessed events to the current task.
    HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);
  }
#if defined( POWER_SAVING )
  else  // Complete pass through all task events with no activity?
  {
    osal_pwrmgr_powerconserve();  // Put the processor/system into sleep
  }
#endif


  /* Yield in case cooperative scheduling is being used. */
#if defined (configUSE_PREEMPTION) && (configUSE_PREEMPTION == 0)
  {
    osal_task_yield();
  }
#endif
}
我们接下来进行事件的初始设置。在前面main函数中 osalInitTasks(); 为初始化系统任务,我们需要将自己的需求加入其中就可以达到目的。 goto一下进入函数 //osalInitTasks这个是设置任务的函数,然后任务里面也定义了很多事件

void osalInitTasks( void )
{
  uint8 taskID = 0;


  // 分配内存,返回指向缓冲区的指针
  tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt);
  // 设置所分配的内存空间单元值为0
  osal_memset( tasksEvents, 0, (sizeof( uint16 ) * tasksCnt));


  // 任务优先级由高向低依次排列,高优先级对应taskID 的值反而小
  macTaskInit( taskID++ );  // taskID 0
  nwk_init( taskID++ );     // taskID 1
  Hal_Init( taskID++ );     //taskID 2
#if defined( MT_TASK )
  MT_TaskInit( taskID++ );
#endif
  APS_Init( taskID++ );      //taskID 3
#if defined ( ZIGBEE_FRAGMENTATION )
  APSF_Init( taskID++ );
#endif
  ZDApp_Init( taskID++ );    //taskID 4
#if defined ( ZIGBEE_FREQ_AGILITY ) || defined ( ZIGBEE_PANID_CONFLICT )
  ZDNwkMgr_Init( taskID++ );  
#endif
//SampleApp_Init为用户创建任务,我们需要在这里进行任务的添加 现在进入函数我们查看一下
  SampleApp_Init( taskID );  // taskID 5
}
在这里我们看一下用户应用任务的事件处理函数进入SampleApp_ProcessEvent函数在这里我们可以看到在协议栈初始的时候定义的事件,和处理函数,在后面我们再详细介绍如何使用。

uint16 SampleApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
  afIncomingMSGPacket_t *MSGpkt;
  (void)task_id;  // Intentionally unreferenced parameter


  if ( events & SYS_EVENT_MSG )//如果是SYS_EVENT_MSG 这个事件进入这里
  {
    MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID );//类型转换
    while ( MSGpkt )
    {
      switch ( MSGpkt->hdr.event )
      {
        // Received when a key is pressed
        case KEY_CHANGE:  //如果是按键按下进入下面这个函数
          SampleApp_HandleKeys( ((keyChange_t *)MSGpkt)->state, ((keyChange_t *)MSGpkt)->keys );
          break;


        // Received when a messages is received (OTA) for this endpoint
        case AF_INCOMING_MSG_CMD://如果是接受到RF消息进入这里
          SampleApp_MessageMSGCB( MSGpkt );
          break;


        // Received whenever the device changes state in the network
        case ZDO_STATE_CHANGE: //如果网络状态改变,这个绝壁进入,
          SampleApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt->hdr.status);
          if ( (SampleApp_NwkState == DEV_ZB_COORD)
              || (SampleApp_NwkState == DEV_ROUTER)
              || (SampleApp_NwkState == DEV_END_DEVICE) )
          {
            // Start sending the periodic message in a regular interval.
            osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID,
                              SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,
                              SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT );
          }
          else
          {
            // Device is no longer in the network
          }
          break;


        default:
          break;
      }


      // Release the memory释放消息占用的内存
      osal_msg_deallocate( (uint8 *)MSGpkt );


      // Next - if one is available
    //  返回while ( MSGpkt )重新处理事件,直到缓冲区没有等待处理事件为止
      MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( SampleApp_TaskID );
    }


    // return unprocessed events  返回未处理的事件
    return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
  }


  // Send a message out - This event is generated by a timer
  //  (setup in SampleApp_Init()).
  if ( events & SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT ) //如果是 SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT 事件进入这里 这里是网络状态改变之后标志位值1的
  {
    // Send the periodic message
    SampleApp_SendPeriodicMessage();


    // Setup to send message again in normal period (+ a little jitter)
    osal_start_timerEx( SampleApp_TaskID, SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT,
        (SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_TIMEOUT + (osal_rand() & 0x00FF)) );


    // return unprocessed events
    return (events ^ SAMPLEAPP_SEND_PERIODIC_MSG_EVT);
  }


  // Discard unknown events
  return 0;
}
了解以上的流程我们就可以了解到协议栈的整体运行机制了。并且大概的概念。
下面我们介绍本节涉及zigbee协议栈的函数;
函数名:osal_start_timerEx
函数声明uint8 osal_start_timerEx( uint8 taskID, uint16 event_id, uint16 timeout_value )
这是一个定时器的函数,将在timeout_value毫秒之后将任务号为taskID的任务,事件号为event_id的事件标志位置为1.这个时候就可以通过evens&进行判断
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