发布时间 : 星期六 文章Zigbee协议栈的研究更新完毕开始阅读
在Zigbee技术发展的过程中，诞生了非常多的Zigbee协议栈以及专门为嵌入式无线传感器网络设计的操作系统，比如Z-Stack协议栈，BeeStack协议栈，freakz协议栈，msstatePAN协议栈以及OSAL操作系统，TinyOS操作系统，contiki操作系统等，由于TI公司最早将其Zigbee协议栈开源，并配套了相应的SOC芯片，开发成本低等特点，所以国内主要应用的协议栈为Z-Stack协议栈，本文也将采用Z-Stack+OSAL方案，配合CC2530芯片，使用IAR EW8051软件进行开发，简述Zigbee的主要开发过程。
Z-Stack（Z-协议栈）主要有三个规范：2004年的ZigBee 1.0或ZigBee 2004；2006年的ZigBee 2006规范；2007年的ZigBee 2007规范。其中ZigBee 2007规范规定了两套高级的功能指令集（feature set）：分别是ZigBee功能命令集和 ZigBee Pro功能命令集。ZigBee 2007规范具有多播通信、多对一路由通信和 SKKE（Symmetric-key key establishment）高安全等优势，在组网技术应用中得到越来越广泛的应用。
下文将围绕ZigBee 2007规范是如何处理任务（消息）事件，分规范系统结构、任务事件如何建立及处理、任务事件在系统中如何传递、相应任务事件过程等环节讨论。
3.1 协议中文件结构
图3-1 协议文件结构
当打开具有Zigbee 2007规范结构的文件如“ApplicationName”App工程后，在 Workspace区域看到针对不同的设备类型实现的源文件：如图3-1。各文件夹说明如表3-1。
Z-Stack协议栈是用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各层初始化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，开始进入中断处理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件。这种软
14
件构架可以极大地降级系统的功耗，为zigbee技术应用在无线节点在能源方面提供了保障。
表3-1 协议文件夹说明
序号 文件夹名 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 App HAL MAC MT NWK OSAL Profile Security Services Tools ZDO 说 明 Application Programming Interface应用层，存放应用程序；应用支持层的功能包括：维持绑定表、在绑定的设备之间传送消息。 Hardware Abstract Layer硬件层，与硬件电路有关。 Media Access Control数据链路层。 监控调试层，通过串口调试各层，与各层进行直接交互。 Zigbee Network Layer网络层；ZigBee协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点、路由查找及传送数据等功能。 Operating System Abstract System操作系统抽象层。 协议栈配置文件（AF）。 安全层。 地址处理层。 工程配置。 Zigbee Device Objects设备对象，调用APP子层和NWK层服务；远程设备通过ZDO请求描述符信息，接收到这些请求时，ZDO会调用配置对象获取相应描述符值。另外，ZDO提供绑定服务。 MAC层接口函数；MAC层负责处理所有的物理无线信道访问，并产12 13 14
ZMac ZMain Output 生网络信号、同步信号；支持PAN连接和分离，提供两个对等MAC实体之间可靠的链路。 整个工程的入口。 输出文件。 整个Z-Stack的主要工作流程，大致分为系统启动、驱动初始化、操作系统抽象层OSAL初始化和启动、进入任务轮循几个阶段。对于Zigbee协议栈系统，其入口程序同C语言系统程序一样是在ZMain文件夹中ZMAIN.C的main()函数中，该函数完成系统初始化硬件、初始化网络（加入/创建网络）、初始化任务列表后，开中断，执行osal_start_system()函数，开始运行OSAL系统。osal_start_system()函数是系统任务的无限主循环函数，在循环遍历所有的任务事件，为触发事件的任务调用任务事件处理函数，它是Zigbee运行的起点与终点，即osal_start_system()一旦执行，则不再返回Main()函数，如果没有任务事件，函数将把处理器进入睡眠状态实现低功耗。
15
3.2 任务事件建立和处理程序
在Zigbee协议文件中，OSAL是协议栈的核心，其运行流程如图3-2所示。
图3-2 OSAL流程图
在 OSAL 文件夹的osal.c中： （1）首先任务需要建立：
对所有事件，包含时间、系统消息（SYS_EVENT_MSG，如Application Framework AF信息输入、按键、设备对象ZDO反馈消息）、用户定义的事件等的处理。可以在程序设置。
比如在osal夹中的comdef.h中，设置*Global System Messages，如下： #define SPI_INCOMING_ZTOOL_PORT 0x21 //设置来自ZTool端口数据事件 #define SPI_INCOMING_ZAPP_DATA 0x22 //设置来自ZAPP端口数据事件 //设置指示通过唤醒应用层DataRequest()函数发送的数据请求信息事件 #define AF_DATA_CONFIRM_CMD 0xFD
#define AF_INCOMING_MSG_CMD 0x1A //设置接收到的应用层信息事件 #define KEY_CHANGE 0xC0 //设置按键事件
#define ZDO_ NEW_ DSTADDR 0x1B //设置指示自动匹配请求事件 #define ZDO_STATE_CHANGE 0x1C //设置指示网络状态的变化事件
（2）添加任务事件
在OSAL文件夹下的osal.c中，修改成： uint8 osal_set_event(uint8 task_id,uint16 event_flag)
16
{ }
（3）添加处理任务程序 APP文件夹下，XXApp.c中：
uint16 XXApp_ProcessEvent ( uint8 task_id,uint16 events) {
if(task_id < tasksCnt) { }
else return( INVALID _TASK); //设置失败,返回一个无效任务号 return(SUCCESS); //返回成功标志
halIntState_t intState;
HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState); //暂停中断 tasksEvents[task_id] |= event_flag; //设置任务标志 HAL_EXIT_CRITICAL _SECTION ( intState); //打开中断
afIncomingMSGPacket_t *MSGpkt; (void)task_id; //不需引用参数
//若是系统消息是强制事件,该事件主要用来发送全局的系统信息。 if(events & SYS_EVENT_MSG) {
//接收消息号
MSGpkt=(afIncomingMSGPacket_t*)osal_msg_receive(SampleApp_TaskID); while(MSGpkt) {
switch(MSGpkt->hdr.cvcnt) //来自硬件层消息 {
//接收按键消息
case KEY_CHANGE: ?? break; //来自无线通信消息（OTA） case AF_INCOMING_MSG_CMD:
?? //执行SampleApp_MessageMSGCB(MSGpkt)函数 break;
?? //协调器建立、开始执行网络扫描等功能程序 /*osal_start_timerEx的作用体现在：与osal_set_event()配合，
17
case ZDO_STATE_CHANGE: //来自是否在网络中有设备状态变化