Z-Stack 概述：

Z-Stack 是德州儀器（Texas Instrument）的半開源 Zigbee 協(xié)議棧。Z-Stack 2.5.1a 是其發(fā)布的最后一個獨立發(fā)行版；所謂「獨立發(fā)行版」，即，提供的版本里，既包括了諸如智能家居的 Home Automation profile 相關(guān)內(nèi)容，也包括了諸如集中抄表的 Smart Energy profile 相關(guān)內(nèi)容，通俗地講，大雜燴。往后的 Z-Stack，則是捆綁在單獨的 profile 里，不再提供單獨下載。為何采取這種策略？（以下是個人理解）還得先說說 Zigbee 誕生的初衷。Zigbee 原本是為了解決低功耗局域網(wǎng)的互操作性問題，而誕生的一個基于 802.15.4 層的協(xié)議。假設(shè)，你家里的燈泡采取了 SmartBlub 協(xié)議（胡謅的名字），空氣凈化設(shè)備使用了私有 AirCleaner 協(xié)議，集中控制器則是 SmartController 協(xié)議，那么恭喜你，雞同鴨講的窘狀，在你家的「智能家居」之間發(fā)生了。遇上如此惱火的事情，你當(dāng)然會把這群「智能設(shè)備」罵一遍。為了避免高素質(zhì)的你受委屈，Zigbee 誕生了：燈泡們，空調(diào)們，大伙都使用 Zigbee 協(xié)議，大家好才是真的好！然而，世界是復(fù)雜的。除了智能家居，還有很多需要互聯(lián)互通互操作的領(lǐng)域，如能源管理，醫(yī)療，建筑自動化。你會問，如此多迥異的應(yīng)用場景，彼此也會有不同的拓?fù)浜?a href="http://m.1cnz.cn/v/tag/1301/" target="_blank">通信需求，同一套 Zigbee 協(xié)議，可以滿足全部的場景嗎？Zigbee 響亮地吼道「五大受損一個對策」，Zigbee 為了應(yīng)對這些不同的場景，其不得不折騰了若干不同的 profile（配置）。

Z-Stack的使用：

使用方法簡介：一般情況下用戶只需要額外添加三個文件就可以完成一個項目。一個是主文件，存放具體的任務(wù)事件處理函數(shù)；一個是這個主文件的頭文件；另外一個是以O(shè)sal開頭的操作系統(tǒng)接口文件，是專門存放任務(wù)處理函數(shù)數(shù)組tasksArr[]的文件。這樣就實現(xiàn)了Z-Stack代碼的公用，用戶只需要添加這幾個文件，編寫自己的任務(wù)處理函數(shù)就可以了。

1.學(xué)習(xí)ZigBee操作系統(tǒng)抽象層應(yīng)用程序編程接口。

2.剖析一個簡單的例程學(xué)習(xí)使用Z-Stack。

下面工作一一弄明白：

（1）頭文件----參考例程添加頭文件。

（2）系統(tǒng)初始化和使用----函數(shù)Init和ProcessEvent。

（3）任務(wù)建立，調(diào)用，切換

（4）中斷配置----熟悉編程接口即可。

（5）定時器使用----熟悉編程接口即可。

（6）驅(qū)動文件編寫和調(diào)用

（7）網(wǎng)絡(luò)建立和加入-->組網(wǎng)

（8）電源管理----節(jié)能配置----熟悉編程接口即可。

（9）編寫程序----使用五向按鍵控制四個LED燈（先看懂Simple例程）。

有選擇的讀代碼：

需要讀的代碼：APP（全部代碼）；HAL和Zmain的全部或部分代碼。

其他：熟悉編程接口和使用方法。

一、Z-Stack 操作系統(tǒng)抽象層應(yīng)用程序編程接口：

1、信息管理API：

信息管理 API 為任務(wù)和處理單元之間的信息交換提供了一種具有不同處理環(huán)境的機制（例如，在一個控制循環(huán)中調(diào)用中斷服務(wù)常規(guī)程序或函數(shù)）。這個 API 中的函數(shù)可以使任務(wù)分配或回收信息緩沖區(qū)，給其它任務(wù)發(fā)送命令信息以及接收回復(fù)信息。API包括四個函數(shù)：

（1） osal_msg_allocate ()：分配一個信息緩沖；

（2） osal_msg_deallocate()：回收一個信息緩沖區(qū)；

（3） osal_msg_send()：發(fā)送命令或數(shù)據(jù)信息；

（4） osal_msg_receive()：檢索/接收一條已收到的命令信息；

1、任務(wù)同步API：

這個 API 使得任務(wù)等待事件發(fā)生，并在等待期間返回控制。這個 API 中的函數(shù)可以用來為一個任務(wù)設(shè)置事件，并無論設(shè)置了什么事件都通知任務(wù)。僅有一個函數(shù)osal_set_event()：用來為一個任務(wù)設(shè)置事件標(biāo)志。

2、定時器管理API：

這個API使得內(nèi)部的（Z-Stack）任務(wù)和外部的（應(yīng)用層）任務(wù)都可以使用定時器。API提供了啟動和停止一個定時器的功能，這定時器可設(shè)定遞增的一毫秒。

（1）osal_start_timer()：啟動一個定時器；

（2）osal_start_timerEx()：增加了taskID參數(shù)。它允許訪問者調(diào)用程序為另一個任務(wù)設(shè)置定時器；

（3）osal_stop_timer()：調(diào)用函數(shù)用來停止一個已啟動的定時器；

（4）osal_stop_timerEx()：用來停止一個已啟動的定時器；

（5）osal_GetSystemClock()：讀取系統(tǒng)時鐘。

4、中斷管理 API：

此API使得一個任務(wù)可以與外部中斷相互交流。API 中的函數(shù)允許和每個中斷去聯(lián)絡(luò)一個具體的服務(wù)例程。中斷可以啟用或禁用。在服務(wù)例程內(nèi)部，可以為其它任務(wù)設(shè)置事件。

（1）osal_int_enable()：啟用一個中斷；

（2）osal_int_disable()：禁用一個中斷。

5、任務(wù)管理 API：

在OSAL系統(tǒng)中，API常用于添加和管理任務(wù)。每個任務(wù)由初始化函數(shù)和事件處理函數(shù)組成。OSAL調(diào)用osalInitTasks()(應(yīng)用程序提供)去初始化這任務(wù)且 OSAL 運用一個任務(wù)列表(const pTaskEventHandlerFntasksArr[])去為每個任務(wù)(也是應(yīng)用程序提供)調(diào)用事件處理程序。

（1）osal_init_system()：初始化OSAL系統(tǒng)，在使用任何其它OSAL函數(shù)之前必須先調(diào)用此函數(shù)啟動OSAL系統(tǒng)。

（2）osal_start_system()：任務(wù)系統(tǒng)中的主循環(huán)函數(shù)。它將檢查所有的任務(wù)事件且為含有該事件的任務(wù)調(diào)用任務(wù)事件處理函數(shù)。假如有特定任務(wù)的事件，這個函數(shù)將為該任務(wù)調(diào)用事件處理例程來處理事件。相應(yīng)任務(wù)的事件處理例程一次處理一個事件。一個事件被服務(wù)后，剩余的事件將等待下一次循環(huán)。如果這沒有事件(服務(wù)與所有任務(wù))，這個函數(shù)使處理器程序處于睡眠模式。

6、內(nèi)存管理 API：

該API 代表一個簡單的內(nèi)存分配系統(tǒng)。這些函數(shù)允許動態(tài)存儲內(nèi)存分配。

（1） osal_mem_alloc()：一個簡單的內(nèi)存分配函數(shù)，如果分配成功則返回一個指向緩沖區(qū)的指針；

（2） osal_mem_free()：釋放存儲空間便于再次運用。

7、電源管理 API：

當(dāng)它安全關(guān)閉接收器和外部硬件時，這個系統(tǒng)為應(yīng)用程序或任務(wù)提供了一種告知OSAL的方法。接著使處理器轉(zhuǎn)入睡眠。

（1）osal_pwrmgr_device()：當(dāng)升高電源或需要改變電源時（例如電池支持的協(xié)調(diào)器）這個函數(shù)應(yīng)由中心控制實體（比如ZDO）調(diào)用。

（2）osal_pwrmgr_task_state()：無論這個任務(wù)是否想要保護電源，每個任務(wù)都將調(diào)用此函數(shù)。任務(wù)將調(diào)用此函數(shù)來表決是否需要OSAL保護電源或推遲電源保護。默認(rèn)情況下，當(dāng)一個任務(wù)被創(chuàng)建時，它自己的電源狀態(tài)設(shè)置為保護模式。如果該任務(wù)一直想要保護電源，就根本不必調(diào)用此函數(shù)。

8、非易失性存儲器（NV）的 API：

描述了OSAL非易失性存儲器系統(tǒng)。該系統(tǒng)為應(yīng)用程序提供了一種把信息永久保存到設(shè)備內(nèi)存的方法。它還能用于ZigBee規(guī)范要求的把某些項目永久保存到協(xié)議棧。NV函數(shù)的職能是讀寫任意數(shù)據(jù)類型的用戶自定義項目，比如結(jié)構(gòu)體和數(shù)組。用戶能通過設(shè)置適當(dāng)?shù)钠坪烷L度來讀和寫一個整體的項目或元素。API獨立于NV存儲介質(zhì)，并且能用于實現(xiàn)閃存或EEPROM。

每個易失性的項目都僅有一個ID，當(dāng)一些ID值由棧或平臺保留或運用時，應(yīng)用程序中有特定一系列的ID值。假如應(yīng)用程序創(chuàng)建自己的易失性項目，它必須從應(yīng)用范圍的值內(nèi)選擇一個標(biāo)識符。參考下面的列表：

（1）osal_nv_item_init()：初始化NV項目，這個函數(shù)檢查存在NV的項目，假如不存在，它將通過這個函數(shù)去創(chuàng)建或初始化。

（2）osal_nv_read()：從NV中讀出數(shù)據(jù)。這個函數(shù)能用來從NV 中帶有偏移的索引指向的項目讀出整個項目或一個元素。讀出的數(shù)據(jù)復(fù)制到*buf中。

（3）osal_nv_write()：寫入數(shù)據(jù)到NV，這個函數(shù)用來通過帶有偏移的索引指向項目的偏移量來寫入整個NV項目。

（4）osal_offsetof()：計算一個結(jié)構(gòu)體內(nèi)元素的內(nèi)存偏移量，以字節(jié)為單位。

二、Zigbee啟動過程：

1、Zigbee啟動過程詳見前面Page3。

2、Zigbee啟動過程總結(jié)：

（1）Zmain.c文件中包含程序入口main()函數(shù)。

（2）main()函數(shù)主要做了做了兩件工作，一個是系統(tǒng)初始化，即有啟動代碼來初始化硬件系統(tǒng)和軟件架構(gòu)需要的各個模塊，另一個作用是執(zhí)行操作系統(tǒng)實體---main函數(shù)最后調(diào)用函數(shù)Osal_start_system()來啟動操作系統(tǒng)。

（3）用戶如何編寫應(yīng)用程序：

一般用戶只需額外添加三個文件即可完成一個項目：主文件---SampleApp.c，存放具體的任務(wù)事件處理函數(shù)；主文件的頭文件---SampleApp.h；第三個是以O(shè)sal開頭的操作系統(tǒng)接口文件---OSAL_SampleApp.c，是專門存放任務(wù)處理函數(shù)數(shù)組tasksArr[]的文件。這樣就實現(xiàn)了Z-Stack代碼的公用，用戶只需要添加這幾個文件，編寫自己的任務(wù)處理函數(shù)就可以了。

（4）SampleApp例程中分為四個部分：DemoEB、CoordinatorEB、RouterEB和EndDeviceEB，在按鍵發(fā)送閃爍試驗中僅僅使用了DemoEB。

3、一個完整的初始化過程（按鍵發(fā)送閃爍實驗）：

main()-->osal_init_system()-->osalInitTasks()-->SampleApp_Init(task_id)

涉及的文件為：ZMain.c、OSAL.c、OSAL_SampleApp.c和SampleApp.c，也就是啟動文件-->系統(tǒng)文件-->系統(tǒng)接口文件-->應(yīng)用程序。

4、一個完整的任務(wù)/事件處理過程（按鍵發(fā)送閃爍實驗）：

main() --> osal_start_system() --> osal_run_system() --> tasksArr --> SampleApp_ProcessEvent()；同樣是：啟動文件-->系統(tǒng)文件-->系統(tǒng)接口文件-->應(yīng)用程序；其中osal_start_system是個無限循環(huán)：for(;;)。

1、操作系統(tǒng)接口文件---OSAL_SampleApp.c（按鍵發(fā)送閃爍實驗）：

主要是定義了結(jié)構(gòu)體：函數(shù)指針數(shù)組tasksArr（包含SampleApp_ProcessEvent）和任務(wù)初始化函數(shù)osalInitTasks；其中tasksArr在OSAL.c中被調(diào)用：events=(tasksArr[idx])(idx,events)à此語句就是調(diào)用了函數(shù)指針數(shù)組中的一個函數(shù)，(tasksArr[idx])為函數(shù)名，(idx,events)位函數(shù)的參數(shù)（任務(wù)號和事件），events為返回值。

2、SampleApp_Init()---按鍵發(fā)送閃爍實驗：

（1）通用應(yīng)用程序任務(wù)初始化函數(shù)，這個函數(shù)在初始化過程中被調(diào)用，該函數(shù)應(yīng)該包含任何特定于應(yīng)用程序的初始化（即硬件初始化/設(shè)置，表的初始化，電源初始化等等）。

（2）自己編寫應(yīng)用初始化函數(shù)可以在這個函數(shù)基礎(chǔ)上添加其他初始化函數(shù)。

3、SampleApp_ProcessEvent()---按鍵發(fā)送閃爍實驗：

（1）通用應(yīng)用程序任務(wù)事件處理函數(shù)。這個函數(shù)被調(diào)用處理任務(wù)的所有事件。事件類型包括定時器、信息和其他用戶定義的事件（如Key事件）。

（2）自己編寫事件處理函數(shù)可以在這個函數(shù)基礎(chǔ)上添加其他用到的事件。

7、SimpleApp：

（1）分為四部分：ControllerEB、CollectorEB、SensorEB和SwitchEB；其中按鍵控制LED例程使用了ControllerEB（協(xié)調(diào)器）和SwitchEB（終端節(jié)點）；無線測溫實驗使用了SensorEB（終端節(jié)點）和CollectorEB（協(xié)調(diào)器）；

（2）sapi.c和sapi.h：相當(dāng)于操作系統(tǒng)接口文件---OSAL_SampleApp.c；

（3）按鍵控制LED全過程：

按下SimpleControllerEB的up鍵建立zigbee網(wǎng)絡(luò)-->按下SimpleControllerEB的up鍵允許別的模塊對其綁定-->按下SimpleSwitchEB的up鍵搜索網(wǎng)絡(luò)并加入到網(wǎng)絡(luò)-->再次按下SimpleSwitchEB的up鍵與SimpleControllerEB建立綁定-->交替按下SimpleSwitchEB的right鍵來控制SimpleControllerEB模塊的LED1的交替亮滅。

（4）按鍵控制LED程序解讀：

---SimpleControllerEB的zb_AllowBind(myAllowBindTimeout ) -->允許綁定

---SimpleSwitchEB的zb_BindDevice()-->建立綁定

---SimpleSwitchEB的zb_SendDataRequest（0xFFFE, TOGGLE_LIGHT_CMD_ID, ******）-->發(fā)送閃燈指令

---sapi.c中的SAPI_ProcessEvent調(diào)用osal_msg_receive-->接收指令并執(zhí)行

---SAPI_ProcessEvent函數(shù)位于函數(shù)數(shù)組tasksArr中被輪詢調(diào)用。

---AF_INCOMING_MSG_CMD-->SAPI_ReceiveDataIndication-->zb_ReceiveDataIndication-->最終調(diào)用HalLedSet(HAL_LED_1, HAL_LED_MODE_TOGGLE)使LED1閃爍

8、網(wǎng)絡(luò)建立（組網(wǎng)—建立網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)）：

osal_init_system()-->osalInitTasks()-->ZDApp_Init(taskID++)--> ZDOInitDevice(0)--> ZDApp_NetworkInit( extendedDelay )用于啟動連接網(wǎng)絡(luò) --> osal_start_timerEx --> osal_start_system() --> osal_run_system()--> tasksArr --> ZDApp_event_loop(位于函數(shù)數(shù)組tasksArr中)--> ZDO_StartDevice --> NLME_NetworkFormationRequest（路由器或終端節(jié)點請求）--> ZDO_NetworkFormationConfirmCB（協(xié)調(diào)器確認(rèn)）--> osal_set_event --> 回到ZDApp_event_loop--> ZDO_UpdateNwkStatus -->網(wǎng)絡(luò)已建立。

9、按鍵發(fā)送閃爍實驗---先看懂再改寫：

（1） SampleApp_Init：初始化讀跳線（IO口電平）判斷節(jié)點/設(shè)備類型。

（2） SampleApp_ProcessEvent：事件處理函數(shù)，會被循環(huán)調(diào)用；功能是接收其他節(jié)點發(fā)來的消息或指令，其中包括按鍵指令（有按鍵按下），然后調(diào)用按鍵處理函數(shù)進行相應(yīng)的操作；接收消息事件是指接收到消息或者指令。

（3） SampleApp_HandleKeys：按鍵操作函數(shù)，處理所有的按鍵事件（按鍵是指本節(jié)點的按鍵）。

（4） SampleApp_SendFlashMessage(SAMPLEAPP_FLASH_DURATION)：此函數(shù)發(fā)送閃爍命令（組播），調(diào)用函數(shù)AF_DataRequest發(fā)送數(shù)據(jù)。

（5） aps_FindGroup ( SAMPLEAPP_ENDPOINT,SAMPLEAPP_FLASH_GROUP )：該節(jié)點是否位于本組之中；

aps_RemoveGroup(SAMPLEAPP_ENDPOINT, SAMPLEAPP_FLASH_GROUP )：如果節(jié)點位于本組，則從本組中移除。

（6）SampleApp_MessageMSGCB：調(diào)用HalLedBlink函數(shù)實現(xiàn)閃燈，閃爍四次，周期為250ms，占空比50%。

（7）按鍵操作總結(jié)：

KEY_CHANGE事件：按鍵按下也被封裝成一條消息，但并非是其他節(jié)點發(fā)送的消息；消息不代表無線通信接收到數(shù)據(jù)。

10、無線測溫實驗---先看懂再改寫：

（1）發(fā)送流程：main() --> osal_start_system() --> osal_run_system() --> tasksArr -->SAPI_ProcessEvent --> zb_HandleOsalEvent --> myApp_ReadTemperature --> zb_SendDataRequest --> AF_DataRequest。

（2）接收流程：main() --> osal_start_system() --> osal_run_system() --> tasksArr -->SAPI_ProcessEvent --> AF_INCOMING_MSG_CMD --> SAPI_ReceiveDataIndication --> zb_ReceiveDataIndication --> osal_memcpy --> MT_ProcessEvent --> MT_ProcessIncomingCommand --> 串口發(fā)送函數(shù)HalUARTWrite。

（3）函數(shù)解讀：

11、透明傳輸實驗---先看懂再改寫：

（1）初始化：

main() --> osal_init_system() --> osalInitTasks() --> SerialApp_Init()

（2）發(fā)送流程：

main() --> osal_start_system() --> osal_run_system() --> tasksArr --> SerialApp_ProcessEvent -->SerialApp_Send()--> HalUARTRead--> AF_DataRequest

（3）接收流程：

main() --> osal_start_system() --> osal_run_system() --> tasksArr --> SerialApp_ProcessEvent --> AF_INCOMING_MSG_CMD --> SerialApp_ProcessMSGCmd

編輯：黃飛