zigbee协议与开发－ZStack协议栈结构的初步解析

伊海

在阅读了Zigbee及IEEE802.15.4协议的理论知识后，接下来看一下TI公司开发的基于Zigbee的协议实现ZStack。

我们仍然从TI提供的温度监测程序开始，首先查看一下，程序的主函数在ZMain.c文件中,从程序的说明看出,是ZStack的startup和shutdown代码.

以下是其中的main()函数，其实英文注释已经很清楚说明每一步，这里翻译一下:

1. int main( void )
   
2. {
   
3.   // Turn off interrupts(关中断)
   
4.   osal_int_disable( INTS_ALL );
   
5.   // Initialization for board related stuff such as LEDs(初始化板上组件，如LED)
   
6.   HAL_BOARD_INIT();
   
7.   // Make sure supply voltage is high enough to run（电压检查）
   
8.   zmain_vdd_check();
   
9.   // Initialize board I/O（初始化I/O接口）
   
10.   InitBoard( OB_COLD );
    
11.   // Initialze HAL drivers(初始化HAL设备，在hal_drivers.c中实现)
    
12.   HalDriverInit();
    
13.   // Initialize NV System(初始化NV系统，即非易失设备，如Flash)
    
14.   osal_nv_init( NULL );
    
15.   // Initialize the MAC（初始化MAC）
    
16.   ZMacInit();
    
17.   // Determine the extended address（确定设备的长地址）
    
18.   zmain_ext_addr();
    
19.   // Initialize basic NV items(初始化ZStack的全局变量，如果在NV内存中不存在，则写入缺省值)
    
20.   zgInit();
    
21. #ifndef NONWK
    
22.   // Since the AF isn't a task, call it's initialization routine
    
23.   afInit();
    
24. #endif
    
25.   // Initialize the operating system(初始化操作系统)
    
26.   osal_init_system();
    
27.   // Allow interrupts（开中断）
    
28.   osal_int_enable( INTS_ALL );
    
29.   // Final board initialization（最后初始化板）
    
30.   InitBoard( OB_READY );
    
31.   // Display information about this device（显示设备信息，比如CollectorEB板的IEEE地址就是在这个函数里面显示出来的。）
    
32.   zmain_dev_info();
    
33.   /* Display the device info on the LCD */（显示LCD设备信息）
    
34. #ifdef LCD_SUPPORTED
    
35.   zmain_lcd_init();
    
36. #endif
    
37. #ifdef WDT_IN_PM1
    
38.   /* If WDT is used, this is a good place to enable it. */（开WatchDog）
    
39.   WatchDogEnable( WDTIMX );
    
40. #endif
    
41.   osal_start_system(); // No Return from here（启动操作系统，实际上进入一个死循环）
    
42.   return 0;  // Shouldn't get here.
    
43. } // main()

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说明：以上初始化有的跟硬件相关，有的跟操作系统(以osal开头)相关，最后系统调用osal_start_system进入循环，然后在循环中处理消息，下面是这个函数的主体（见osal.c）：

1. void osal_start_system( void )
   
2. {
   
3. #if !defined ( ZBIT ) && !defined ( UBIT )
   
4.   for(;;)  // Forever Loop (死循环)
   
5. #endif
   
6.   {
   
7.     uint8 idx = 0;
   
8.     osalTimeUpdate();  //更新时间
   
9.     Hal_ProcessPoll();  // This replaces MT_SerialPoll() and osal_check_timer().（轮询UART和Timer等设备消息）
   
10.    
    
11.     do {
    
12.       if (tasksEvents[idx])  // Task is highest priority that is ready.
    
13.       {
    
14.         break;
    
15.       }
    
16.     } while (++idx < tasksCnt);
    
17.     if (idx < tasksCnt)
    
18.     {
    
19.       uint16 events;
    
20.       halIntState_t intState;
    
21.       HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);   //加锁防上访问事件队列充突
    
22.       events = tasksEvents[idx];
    
23.       tasksEvents[idx] = 0;  // Clear the Events for this task.
    
24.       HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);
    
25.       events = (tasksArr[idx])( idx, events );                 //处理当前要处理的事件，并返回事件ID
    
26.       HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);
    
27.       tasksEvents[idx] |= events;  // Add back unprocessed events to the current task.(更新事件状态)
    
28.       HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);
    
29.     }
    
30. #if defined( POWER_SAVING )
    
31.     else  // Complete pass through all task events with no activity?
    
32.     {
    
33.       osal_pwrmgr_powerconserve();  // Put the processor/system into sleep(没有事件处理，进入休眠状态)
    
34.     }
    
35. #endif
    
36.   }
    
37. }

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需要特别解析的是上面红色标注的行，这个地方看起来象是一个函数指针的形式，查看taskArr定义（见SAPI.c）如下：

1. #if OSAL_SAPI
   
2. // The order in this table must be identical to the task initialization calls below inosalInitTask.
   
3. const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] = {
   
4.   macEventLoop,
   
5.   nwk_event_loop,
   
6.   Hal_ProcessEvent,
   
7. #if defined( MT_TASK )
   
8.   MT_ProcessEvent,
   
9. #endif
   
10.   APS_event_loop,
    
11.   ZDApp_event_loop,
    
12.   SAPI_ProcessEvent
    
13. };

复制代码

伊海

上面基本上是***EventLoop，可以推测是处理不同层的信息，如mac, NWK, Hal, APS, ZDAPP的事件处理函数。以macEventLoop为例，可以在mac_api.h文件中找到这个函数的定义如下：

1. extern uint16 macEventLoop(uint8 taskId, uint16 events);

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但是，没有跟踪到上述函数的实现在哪个文件中。但是对于温度监测应用DEMo来讲，上述的SAPI_ProcessEvent（）函数在SAPI.c中实现如下：

1. UINT16 SAPI_ProcessEvent( byte task_id, UINT16 events )
   
2. {
   
3.   osal_event_hdr_t *pMsg;
   
4.   afIncomingMSGPacket_t *pMSGpkt;
   
5.   afDataConfirm_t *pDataConfirm;
   
6. 
   
7.   if ( events & SYS_EVENT_MSG )          //系统事件消息，只有定义了SAPI_CB_FUNC 的似乎才会被上层应用处理。
   
8.   {
   
9.     ...
   
10. case KEY_CHANGE:
    
11. #if ( SAPI_CB_FUNC )
    
12.           zb_HandleKeys( ((keyChange_t *)pMsg)->state, ((keyChange_t *)pMsg)->keys );
    
13. #endif
    
14.           break;
    
15.   ...
    
16.   // Return unprocessed events
    
17.     return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
    
18.   }
    
19.   if ( events & ZB_ALLOW_BIND_TIMER )   //ZB_ALLOW_BIND_TIMER
    
20.   {
    
21.     afSetMatch(sapi_epDesc.simpleDesc->EndPoint, FALSE);
    
22.     return (events ^ ZB_ALLOW_BIND_TIMER);
    
23.   }
    
24.   if ( events & ZB_BIND_TIMER )  //ZB_BIND_TIMER
    
25.   {
    
26.     // Send bind confirm callback to application
    
27.     SAPI_BindConfirm( sapi_bindInProgress, ZB_TIMEOUT );
    
28.     sapi_bindInProgress = 0xffff;
    
29.     return (events ^ ZB_BIND_TIMER);
    
30.   }
    
31.   if ( events & ZB_ENTRY_EVENT )   //ZB_ENTRY_EVENT
    
32.   {
    
33.     uint8 startOptions;
    
34.     // Give indication to application of device startup
    
35. #if ( SAPI_CB_FUNC )
    
36.     zb_HandleOsalEvent( ZB_ENTRY_EVENT );
    
37. #endif
    
38.     // LED off cancels HOLD_AUTO_START blink set in the stack
    
39.     HalLedSet (HAL_LED_4, HAL_LED_MODE_OFF);
    
40.     zb_ReadConfiguration( ZCD_NV_STARTUP_OPTION, sizeof(uint8), &startOptions );
    
41.     if ( startOptions & ZCD_STARTOPT_AUTO_START )
    
42.     {
    
43.       zb_StartRequest();
    
44.     }
    
45.     else
    
46.     {
    
47.       // blink leds and wait for external input to config and restart
    
48.       HalLedBlink(HAL_LED_2, 0, 50, 500);
    
49.     }
    
50.     return (events ^ ZB_ENTRY_EVENT );
    
51.   }
    
52.   // This must be the last event to be processed
    
53.   if ( events & ( ZB_USER_EVENTS ) )
    
54.   {
    
55.     // User events are passed to the application
    
56. #if ( SAPI_CB_FUNC )
    
57.     zb_HandleOsalEvent( events );
    
58. #endif
    
59.     // Do not return here, return 0 later
    
60.   }
    
61.   // Discard unknown events
    
62.   return 0;
    
63. }

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上述代码中，只有黑色标注的才被上传到应用层APL进行处理，而这些代码正好是用户需要实现的，分别在DemoSensor.c和DemoCollector.c中实现。以路由器的代码为例，显示如下，其作用主要是对按键进行处理：

1. void zb_HandleKeys( uint8 shift, uint8 keys )
   
2. {
   
3.   static uint8 allowBind=FALSE;
   
4.   static uint8 allowJoin=TRUE;
   
5.   uint8 logicalType;
   
6.   
   
7.   
   
8.   // Shift is used to make each button/switch dual purpose.
   
9.   if ( shift )
   
10.   {
    
11.     if ( keys & HAL_KEY_SW_1 )
    
12.     {
    
13.     }
    
14.     if ( keys & HAL_KEY_SW_2 )
    
15.     {
    
16.     }
    
17.     if ( keys & HAL_KEY_SW_3 )
    
18.     {
    
19.     }
    
20.     if ( keys & HAL_KEY_SW_4 )
    
21.     {
    
22.     }
    
23.   }
    
24.   else
    
25.   {
    
26.     if ( keys & HAL_KEY_SW_1 )     //Joystick Up key (Set as cordinator，设置为协调器)
    
27.     {
    
28.       if ( appState == APP_INIT  )
    
29.       {
    
30.         // Key 1 starts device as a coordinator
    
31.         logicalType = ZG_DEVICETYPE_COORDINATOR;
    
32.         zb_WriteConfiguration(ZCD_NV_LOGICAL_TYPE, sizeof(uint8), &logicalType);
    
33.                
    
34.         // Reset the device with new configuration
    
35.         zb_SystemReset();
    
36.       }
    
37.     }
    
38.     if ( keys & HAL_KEY_SW_2 )    //Joystick Right key (Allow bind，允许绑定，一个网络中只有一个节点，即协调器有此设置。)
    
39.     {
    
40.       allowBind ^= 1;
    
41.       if (allowBind)
    
42.       {
    
43.         // Turn ON Allow Bind mode infinitly
    
44.         zb_AllowBind( 0xFF );
    
45.         HalLedSet( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_ON );
    
46.         //This node is the gateway node
    
47.         isGateWay = TRUE;
    
48.         
    
49.         // Update the display
    
50.         #if defined ( LCD_SUPPORTED )
    
51.         HalLcdWriteString( "Gateway Mode", HAL_LCD_LINE_2 );
    
52.         #endif
    
53.       }
    
54.       else
    
55.       {
    
56.         // Turn OFF Allow Bind mode infinitly
    
57.         zb_AllowBind( 0x00 );
    
58.         HalLedSet( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_OFF );
    
59.         isGateWay = FALSE;
    
60.         
    
61.         // Update the display
    
62.         #if defined ( LCD_SUPPORTED )
    
63.         HalLcdWriteString( "Collector", HAL_LCD_LINE_2 );
    
64.         #endif
    
65.       }
    
66.     }
    
67.     if ( keys & HAL_KEY_SW_3 )    //Joystick down key(路由器有效，用于定时向协调器报告事件，以生成拓扑图)
    
68.     {
    
69.       // Start reporting
    
70.       osal_set_event( sapi_TaskID, MY_REPORT_EVT );
    
71.     }
    
72.     if ( keys & HAL_KEY_SW_4 )      //Joystick Left key(用于禁止/允许节点加入，此功能用于协调器设置禁止或允许节点加入，但是不知为何无效！！？)
    
73.     {
    
74.       // Key 4 is used to control which routers
    
75.       // that can accept join requests
    
76.       allowJoin ^= 1;
    
77.       if(allowJoin)
    
78.       {
    
79.         NLME_PermitJoiningRequest(0xFF);
    
80.       }
    
81.       else {
    
82.         NLME_PermitJoiningRequest(0);
    
83.       }
    
84.     }
    
85.   }
    
86. }

复制代码

对应的另一个处理函数如下：

1. void zb_HandleOsalEvent( uint16 event )
   
2. {
   
3.   uint8 logicalType;
   
4.   
   
5.   if(event & SYS_EVENT_MSG)  //系统消息，多数在底层已经处理，因此此处为空。
   
6.   {
   
7.    
   
8.   }
   
9.   
   
10.   if( event & ZB_ENTRY_EVENT )          //系统启动事件，需要做一些设置。
    
11.   {  
    
12.     // Initialise UART
    
13.     initUart(uartRxCB);
    
14.    
    
15.     // blind LED 1 to indicate starting/joining a network
    
16.     HalLedBlink ( HAL_LED_1, 0, 50, 500 );
    
17.     HalLedSet( HAL_LED_2, HAL_LED_MODE_OFF );
    
18.    
    
19.     // Read logical device type from NV
    
20.     zb_ReadConfiguration(ZCD_NV_LOGICAL_TYPE, sizeof(uint8), &logicalType);
    
21.    
    
22.     // Start the device
    
23.     zb_StartRequest();
    
24.   }
    
25.   
    
26.   if ( event & MY_START_EVT )
    
27.   {
    
28.     zb_StartRequest();
    
29.   }
    
30.   
    
31.   if ( event & MY_REPORT_EVT )
    
32.   {
    
33.     if (isGateWay)
    
34.     {
    
35.       osal_start_timerEx( sapi_TaskID, MY_REPORT_EVT, myReportPeriod );
    
36.     }
    
37.     else if (appState == APP_BINDED)
    
38.     {
    
39.       sendDummyReport();
    
40.       osal_start_timerEx( sapi_TaskID, MY_REPORT_EVT, myReportPeriod );
    
41.     }
    
42.   }
    
43.   if ( event & MY_FIND_COLLECTOR_EVT )
    
44.   {
    
45.     // Find and bind to a gateway device (if this node is not gateway)
    
46.     if (!isGateWay)
    
47.     {
    
48.       zb_BindDevice( TRUE, DUMMY_REPORT_CMD_ID, (uint8 *)NULL );
    
49.     }
    
50.   }
    
51.   
    
52. }

复制代码

杨玉玺

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