周立功教授新書《面向AMetal框架與接口的編程（上）》，對AMetal框架進行了詳細介紹，通過閱讀這本書，你可以學到高度復用的軟件設計原則和面向接口編程的開發(fā)思想，聚焦自己的“核心域”，改變自己的編程思維，實現(xiàn)企業(yè)和個人的共同進步。經周立功教授授權，即日起，致遠電子公眾號將對該書內容進行連載，愿共勉之。

第九章為BLE&zigbee 無線模塊，本文內容為9.2 zigbee 核心板。

9.2 zigbee 核心板

AW824P2EF 是由廣州致遠電子有限公司開發(fā)的，基于LPC824+JN5161 組合而成的支持Fastzigbee 組網協(xié)議和用戶二次開發(fā)的核心板，JN5161 是NXP 半導體公司提供的zigbee 芯片，其支持的頻段為IEEE802.15.4 標準ISM（2.4-2.5GHz）。該模塊最大的特點是具備完整的軟硬件生態(tài)鏈，因此可快速應用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、農業(yè)控制、礦區(qū)人員定位、智能家居和智能遙控器等場合。

>>> 9.2.1 產品簡介

AW824P2EF 核心板的特性如下：

• 工作電壓2.1V~3.6V;

• 最大發(fā)射功率20dbm；

• 最大接收靈敏度-95dbm；

• 內置zigbee 串口透傳；

• ARM Cotex-M0+處理器，內置8 KB SRAM 和32KB Flash，支持12 位ADC、SPI、I²C 和UART。

AW824P2EF 核心板將無線產品極其復雜的通訊協(xié)議集成到內置的MCU 中，極大地大幅簡化了無線產品復雜的開發(fā)過程，用戶只需通過串口就可以對核心板進行配置和透明收發(fā)數(shù)據(jù)。AW824P2EF 核心板共計35 個引腳，引腳分布詳見圖9.6，引腳功能描述詳見表9.6。

表9.6 AW824P2EF 核心板引腳功能描述

圖9.6 AW824P2EF 引腳分布圖

為了便于快速開發(fā)，在AW824P2EF 內部已經將LPC824 的串口1（PIO0_26 和PIO0_27）與內置的zigbee 芯片的串口相連，并將PIO0_28 連接到了ZM5161 的復位引腳， 示意圖詳見圖9.7 。當使用對AW824P2EF 進行二次開發(fā)時，需要將LPC824 的PIO0_26配置為串口RX 功能，PIO0_27 配置為串口TX 功能。

圖9.7 硬件連接示意圖

ZB_RST 是ZM5161 的復位引腳，當通過PIO0_28 管腳輸出大于1us 的低電平信號時，可以讓核心板可靠地復位。

在AW824P2EF 中，zigbee 核心板默認運行的是廣州致遠電子有限公司結合多年的行業(yè)應用經驗，自主研發(fā)的適合各種工業(yè)領域應用的zigbee 協(xié)議棧：Fastzigbee。為與原始芯片JN5161 進行區(qū)分，將該zigbee 模塊命名為ZM5161。

>>> 9.2.2 組網應用

ZM516x 系列模塊除支持Fastzigbee 協(xié)議外，還可以支持其它多行業(yè)的無線協(xié)議棧，比如，zigbee Pro、zigbee Pro Home Automation、zigbee Pro Smart Energy、zigbee Pro Light Link、zigbee RF4CE、JenNet-IP 等。AW824P2EF zigbee 模塊默認運行的是Fastzigbee 協(xié)議棧。Fastzigbee 具有以下特點：

• 設備啟動速度、響應速度、數(shù)據(jù)傳輸效率出眾；

• 網絡容量終端節(jié)點數(shù)真正達到65535 個；

• 終端節(jié)點功耗低至100nA，低于目前100%的zigbee 模塊；

• 支持多級中繼功能，網絡具備自調整、自修復等特性；

• 支持多路遠程I/O 和遠程ADC，支持短地址功能，可隨用戶應用自由修改；

• 具有更大的鏈路預算。

使用ZM516X 模塊搭載的健壯的Fastzigbee 組網透傳協(xié)議網絡，可構建多種型態(tài)的網絡拓撲結構，其最大的特點是實用性極強、傳輸效率高、性能可靠穩(wěn)定、二次開發(fā)簡單、工程布網靈活，F(xiàn)astzigbee 的網絡拓撲圖詳見圖9.8。

圖9.8 Fastzigbee 網絡拓撲圖

Fastzigbee 的終端節(jié)點負責傳感設備的數(shù)據(jù)采集，一般是使用電池供電間歇工作，要求設備功耗很低；Fastzigbee 的路由節(jié)點負責信號的中繼，當終端節(jié)點信號不能直接到達網關節(jié)點時，由路由節(jié)點負責終端節(jié)點信號的中繼，路由節(jié)點還有一個功能是給終端節(jié)點提供多條信號路徑，保證信號傳遞的健壯性，路由節(jié)點不能休眠；Fastzigbee 網關節(jié)點負責把終端節(jié)點采集的數(shù)據(jù)上傳到云端服務器，網關節(jié)點可使用有線的以太網絡或無線3/4G 網絡傳輸采集數(shù)據(jù)到云端服務器。組建Fastzigbee 網絡需配置幾個重要的參數(shù)。

1. 通道號

通道號決定了zigbee 網絡使用哪個無線頻率工作，zigbee 可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）、915MHz（美國流行）3 個頻段上。2.4GHz 頻段的zigbee 網絡使用的頻率范圍從2405MHz~2480MHz，共分為16 個通道，通道號從11~26，每個通道的中心頻率間隔是5MHz。同一個zigbee 網絡的所有節(jié)點必須工作在同一個通道，通過把兩個不同的zigbee 網絡分配在不同的通道上，可以把兩個不同的網絡物理上隔離，杜絕了兩個不同網絡的無線干擾。

2. 節(jié)點類型

Fastzigbee 網絡把zigbee 節(jié)點分為兩種類型：終端節(jié)點和路由節(jié)點。終端節(jié)點是負責執(zhí)行具體功能的節(jié)點，該節(jié)點需要休眠；路由節(jié)點是負責信號的中繼，當終端節(jié)點間信號不可達時，可通過加裝路由節(jié)點實現(xiàn)信號的中繼，增加無線的傳輸距離。Fastzigbee 網絡是一個對等網路，所有終端節(jié)點和路由節(jié)點都是對等的，都能相互收發(fā)數(shù)據(jù)，不需要像傳統(tǒng)的zigbee網絡一樣需要有一個協(xié)調器建立網絡，對等網絡使網絡組建更加簡單、穩(wěn)定可靠。

3. PanID

PanID 為zigbee 的網絡ID 號，通過PanID 可以把兩個不同的zigbee 網絡區(qū)分開來，跟通道號不同的是，PanID 只是邏輯上把兩個網絡區(qū)分開來，如果兩個不同PanID 的網絡工作在同一個通道下，也會造成相互的無線干擾。

4. 網絡地址

同一個zigbee 網絡下的所有節(jié)點都有一個唯一的16 位地址，通過這個地址標識每個節(jié)點和進行數(shù)據(jù)收發(fā)的尋址。

5. 數(shù)據(jù)發(fā)送模式

zigbee 數(shù)據(jù)發(fā)送模式分為單播和廣播兩種方式。單播是發(fā)送數(shù)據(jù)時需要指定一個目標網絡地址，只有這個目標網絡地址的節(jié)點能接收這個數(shù)據(jù)，廣播是一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，在同一網絡下其他所有節(jié)點都能接收這個數(shù)據(jù)。

>>> 9.2.3 zigbee 初始化

AMetal 平臺已經支持ZM516X 模塊，可以直接使用相應的API 完成相關網絡參數(shù)的配置與收發(fā)數(shù)據(jù)，用戶無需關心底層的通信協(xié)議。在使用各個功能函數(shù)前必須先完成初始化，其函數(shù)原型（am_zm516x.h）為：

該函數(shù)意在獲取ZM516X 模塊的實例句柄，其中，p_dev 為指向am_zm516x_dev_t 類型實例的指針，p_devinfo 為指向am_zm516x_devinfo_t 類型實例信息的指針，uart_handle為與zigbee 模塊通信使用的串口句柄。

• 實例

定義am_zm516x_dev_t 類型（am_zm516x.h）實例如下：

其中，g_zm516x_dev 為用戶自定義的實例，其地址作為p_dev 的實參傳遞。

• 實例信息

實例信息主要描述了與zigbee 模塊相關的信息，其類型am_zm516x_devinfo_t 的定義（am_zm516x.h）如下：

其中，rst_pin 表示模塊的復位引腳，以便程序在需要復位模塊時，通過該引腳復位zigbee模塊。在AW824P2EF 中，zigbee 的復位引腳ZB_RST 與LPC824 的PIO0_28 相連接，因此rst_pin 的值應該賦值為PIO0_28。

為了提高數(shù)據(jù)處理的效率和確保接收數(shù)據(jù)不會因為正在處理事務而丟失，zigbee 模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收都需要一個用于緩存數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)的實際大小由用戶根據(jù)實際情況指定，建議在256 字節(jié)以上，一般設置為256 字節(jié)。p_txbuf 和txbuf_size 描述了發(fā)送緩沖區(qū)的首地址和大小，p_rxbuf 和rxbuf_size 描述了接收緩沖區(qū)的首地址和大小。比如，分別定義其大小為256 字節(jié)的緩沖區(qū)供發(fā)送和接收使用：

其中，g_zm516x_txbuf[128]為用戶自定義的數(shù)組空間，供發(fā)送使用，充當發(fā)送緩沖區(qū)，其地址（數(shù)組名g_zm516x_txbuf 或首元素地址&g_zm516x_txbuf[0]）作為實例信息中p_txbuf成員的值，數(shù)組大小作為實例信息中txbuf_size 成員的值。同理，g_zm516x_rxbuf[256]充當接收緩沖區(qū)，其地址作為實例信息中p_rxbuf 成員的值，數(shù)組大小作為實例信息中rxbuf_size成員的值。基于以上信息，實例信息可以定義如下：

其中，g_zm516x_devinfo 為用戶自定義的實例信息，其地址作為p_devinfo 的實參傳遞。

• UART 句柄uart_handle

若使用LPC824 的USART2 與ZM516x 通信，則通過LPC82x 的USART2 實例初始化函數(shù)am_lpc82x_usart2_inst_init()獲得UART 句柄作為uart_handle 的實參傳遞。即：

• 實例句柄

ZM516X 初始化函數(shù)am_zm516x_init ()的返回值即為ZM516X 實例的句柄，該句柄將作為其它功能接口函數(shù)的zm516x_handle 參數(shù)的實參。

其類型am_zm516x_handle_t 類型（am_zm516x.h）定義如下：

若返回值為NULL，說明初始化失敗；若返回值不為NULL，說明返回了一個有效的handle。基于模塊化編程思想，將初始化相關的實例、實例信息等的定義存放到ZM516X 的配置文件(am_hwconf_zm516x.c)中，通過頭文件（am_hwconf_zm516x.h）引出實例初始化函數(shù)接口，源文件和頭文件的程序范例分別詳見程序清單9.34 和程序清單9.35。

程序清單9.34 ZM516X 實例初始化函數(shù)實現(xiàn)（am_hwconf_zm516x.c）

程序清單9.35 ZM516X 實例初始化函數(shù)聲明（am_hwconf_zm516x.h）

后續(xù)只需要使用無參數(shù)的實例初始化函數(shù)即可獲取到ZM516X 的實例句柄。即：

>>> 9.2.4 zigbee 配置接口

AMetal 提供了10 個ZM516X 模塊配置相關的接口函數(shù)，用戶可以直接使用這些接口函數(shù)完成zigbee 模塊的配置，詳見表9.7。

表9.7 ZM516X 模塊配置接口函數(shù)

1. 讀取本地配置

該函數(shù)用于讀取當前永久配置參數(shù)的信息，其函數(shù)原型為：

其中，p_info 是用于獲取配置信息的指針，am_zm516x_cfg_info_t 為配置信息結構體的類型，包含了ZM516X 模塊所有的永久配置參數(shù)的信息，其定義詳見程序清單9.36。

程序清單9.36 ZM516X 永久配置信息結構

各參數(shù)的詳細描述詳見表9.8。

表9.8 ZM516X 模塊永久配置參數(shù)描述

讀取 ZM516X 本地配置的范例程序詳見程序清單 9.37。

程序清單9.37 讀取ZM516X 本地配置范例程序

2. 修改本地配置

該函數(shù)用于修改當前永久配置參數(shù)的信息，修改后的配置信息在掉電后不會丟失，其函數(shù)原型為：

其中，p_info 是指向配置信息的指針。在函數(shù)執(zhí)行完畢后，如果要想配置參數(shù)生效，需要執(zhí)行模塊復位函數(shù)去復位模塊，讓模塊重新加載新的配置參數(shù)運行，修改本地配置的范例程序詳見程序清單9.38。

程序清單9.38 修改ZM516X 本地配置范例程序

3. 模塊復位

該函數(shù)用于控制ZM516X 模塊產生硬件復位，其函數(shù)原型為：

復位函數(shù)讓用戶可以對模塊執(zhí)行復位操作，如用戶使用am_zm516x_cfg_info_set()函數(shù)修改配置后，需要執(zhí)行模塊復位函數(shù)，讓模塊復位后重新加載新的參數(shù)運行。模塊復位的范例程序詳見程序清單9.39。

程序清單9.39 模塊復位范例程序

4. 恢復出廠設置

該函數(shù)用于將ZM516X 模塊的永久參數(shù)恢復為出廠的默認參數(shù)，其函數(shù)原型為：

模塊恢復出廠設置的范例程序詳見程序清單9.40。

程序清單9.40 恢復出廠設置范例程序

5. 設置通道號

該函數(shù)用于在系統(tǒng)運行過程中臨時改變ZM516X 模塊的通道號，其函數(shù)原型為：

該函數(shù)設置的通道號僅臨時有效，模塊重新啟動（掉電重啟或軟件復位）后，該設置將丟失，模塊會重新使用永久參數(shù)配置信息中的通道號。設置模塊通道號的范例程序詳見程序清單9.41。

程序清單9.41 設置模塊通道號范例程序

6. 設置目的地址

該函數(shù)用于在系統(tǒng)運行過程中臨時改變ZM516X 模塊的目的地址，其函數(shù)原型為：

其中，p_zb_addr 是指向目標節(jié)點的zigbee 模塊地址的指針，am_zm516x_addr_t 類型定義如下（am_zm516x.h）：

其中，p_addr 指向按字節(jié)存放的網絡地址的緩沖區(qū)，addr_size 指定地址的長度。如目標地址為0x2002，則其zigbee 模塊地址可以定義如下：

該函數(shù)設置的目的地址僅臨時有效，模塊重新啟動后，該設置將丟失，模塊會重新使用永久參數(shù)配置信息中的目的地址。設置模塊目的地址的范例程序詳見程序清單9.42。

程序清單9.42 設置模塊目的地址范例程序

7. 設置包頭顯示

ZM516X 模塊提供的是透明的數(shù)據(jù)傳輸通道，如果只有兩個模塊進行通信，就不用關心接收到的數(shù)據(jù)是從哪個模塊發(fā)送過來的，但如果是接收多個模塊的數(shù)據(jù)，用戶想知道當前接收到的數(shù)據(jù)到底是從哪個模塊發(fā)過來的，就可以使用該函數(shù)設置顯示接收數(shù)據(jù)的來源，其函數(shù)原型為：

其中，flag 為包頭顯示標志，當其值為TRUE 時，表示當模塊收到一幀數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包的前2 個字節(jié)為數(shù)據(jù)包源節(jié)點的網絡地址，用戶就可以區(qū)分當前接收到的數(shù)據(jù)是從哪個模塊發(fā)送過來的；反之，若值為FLASE，則不會增加前2 個字節(jié)來表示數(shù)據(jù)包源節(jié)點的網絡地址。該設置僅臨時有效，模塊重新啟動后，設置的信息將丟失。設置模塊包頭顯示的范例程序詳見程序清單9.43。

程序清單9.43 設置模塊包頭顯示范例程序

8. 進入休眠

該函數(shù)用于使ZM516X 模塊進入休眠以降低功耗，其函數(shù)原型為：

模塊進入休眠后不保存臨時的參數(shù)配置，通過復位模塊函數(shù)可以喚醒模塊。使模塊進入休眠的范例程序詳見程序清單9.44。

程序清單9.44 使模塊進入休眠范例程序

9. 設置通訊模式

ZM516X 模塊支持單播（默認）和廣播兩種通訊模式，使用該函數(shù)可以改變使用的通訊模式，其函數(shù)原型為：

其中，mode 表示通信模式，其類型am_zm516x_comm_mode_t 是枚舉類型，枚舉了所有可能的取值，am_zm516x_comm_mode_t 定義如下：

該函數(shù)設置的通訊模式僅臨時有效，模塊重新啟動后，該設置將丟失。設置模塊通訊方式的范例程序詳見程序清單9.45。

程序清單9.45 設置模塊通訊方式范例程序

10. 讀取信號強度

該函數(shù)用于讀取指定地址的節(jié)點與本地節(jié)點之間的信號強度，用于評估兩個節(jié)點間鏈路的質量，其函數(shù)原型為：

其中，*p_zb_addr 是指向目標節(jié)點的zigbee 模塊地址的指針，p_signal 用于得到信號強度。讀取模塊信號強度的范例程序詳見程序清單9.46。

程序清單9.46 讀取模塊信號強度范例程序

>>> 9.2.5 zigbee 數(shù)據(jù)傳輸接口

數(shù)據(jù)傳輸接口實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透傳，數(shù)據(jù)傳輸包含數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，其接口詳見表9.9。

表9.9 ZM516X 數(shù)據(jù)傳輸接口函數(shù)（am_zm516x.h）

3. 發(fā)送數(shù)據(jù)

ZM516X 模塊在參數(shù)配置好后提供給用戶是一個透明的通道，用戶只需往ZM516X 模塊的串口發(fā)送數(shù)據(jù)，模塊就會把數(shù)據(jù)發(fā)送到配置好的目的地址，AMetal 提供了專門的發(fā)送數(shù)據(jù)接口函數(shù)，用戶只需調用該接口即可完成用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送，該函數(shù)原型為：

ZM516X 模塊發(fā)送函數(shù)調用的是帶有環(huán)形隊列的串口發(fā)送函數(shù)，環(huán)形隊列的長度在驅動初始化函數(shù)里定義。發(fā)送的數(shù)據(jù)指針定義為void *，用戶可發(fā)送指定長度的任意類型的數(shù)據(jù)。

發(fā)送數(shù)據(jù)的范例程序詳見程序清單9.47。

程序清單9.47 發(fā)送數(shù)據(jù)范例程序

4. 接收數(shù)據(jù)

AMetal 也提供了專門的接收數(shù)據(jù)接口函數(shù)，用戶只需調用該接口函數(shù)即可完成用戶數(shù)據(jù)的接收，該函數(shù)原型為：

接收函數(shù)調用的是帶有環(huán)形隊列的串口接收函數(shù)，用戶需根據(jù)系統(tǒng)的需要在驅動初始化函數(shù)里定義環(huán)形隊列的長度。接收函數(shù)存放數(shù)據(jù)的指針定義為void *，可將接收的數(shù)據(jù)放在任意類型的數(shù)據(jù)緩存里。接收數(shù)據(jù)的范例程序詳見程序清單9.48。

程序清單9.48 接收數(shù)據(jù)范例程序

其中一個模塊配置本地網絡地址為0x2001，目標網絡地址為0x2002，另一個模塊配置本地網絡地址為0x2002，目標網絡地址為0x2001，兩個模塊間隔1s 發(fā)送一次數(shù)據(jù)，然后接收對方的數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)打印出來，詳見程序清單9.49。

程序清單9.49 兩個模塊相互收發(fā)數(shù)據(jù)范例程序

程序中ZM516X 模塊的數(shù)據(jù)接收函數(shù)接收超時時間為10ms，snd_tick 累加到100 后，既時間累加到1s 后調用一次數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，向目標節(jié)點發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

上述應用程序將本地網絡地址配置為0x2001，目標網絡地址配置為0x2002。而另一個模塊的地址恰恰是相反的，因此另一模塊的程序需要修改程序清單9.49（20 ~ 23）如下：

>>> 9.2.6 應用案例

AM824ZB 是廣州致遠電子有限公司基于AW824P2EF 開發(fā)的zigbee 二次開發(fā)評估板。評估板集成了多種實驗用的電路，如看門狗、蜂鳴器、數(shù)字溫度傳感器、熱敏電阻、按鍵等，方便用戶使用zigbee 進行無線通訊的交互實驗。

AM824ZB 開發(fā)套件包括兩塊AM824ZB 開發(fā)板、MiniCK100 仿真器和兩根天線用于遠距離組網應用。AM824ZB 開發(fā)板的示意圖詳見圖9.9，主控核心為AW824P2EF，詳見廣州致遠電子有限公司網站（www.zlg.cn）。

圖9.9 AM824ZB 開發(fā)板接口分布

其完整資料詳見www.zlg.cn（廣州致遠電子有限公司）和www.zlgmcu.com（廣州周立功單片機科技有限公司）網站，索取樣品請聯(lián)系各地辦事處。

基于開發(fā)套件中的兩塊AM824ZB 開發(fā)板，可以做一個簡單的應用：通過獨立按鍵控制對方LED0 燈狀態(tài)的翻轉，每次按鍵按下，對方LED0 的狀態(tài)就發(fā)生變化（由點亮變?yōu)橄纾蛴上缱優(yōu)辄c亮）。

1. 應用程序編寫

為了實現(xiàn)該應用案例，作為簡單的示例，我們定義，當按鍵按下時，發(fā)送一個字符串“key_pressed”到目標節(jié)點，當目標節(jié)點收到“key_pressed”字符串時，翻轉LED0。

對于兩塊模塊來講，雖然應用程序的邏輯是完全一樣的，但是在組網應用中，必須為各個節(jié)點分配不同的網絡地址，比如，它們的地址分別設定為0x2001 和0x2002。為此，需要編寫一個通用的函數(shù)，實現(xiàn)核心的應用邏輯，不同之處（比如，本地地址和目標地址），通過參數(shù)指定，詳見程序清單9.50。

程序清單9.50 使用zigbee 實現(xiàn)LED 控制的應用程序范例（app_led_control.c）

在這里，首先根據(jù)參數(shù)，完成本地地址和通信目標地址的配置，配置完成后，通過模塊復位使設置生效，然后在while(1)主循環(huán)中檢測是否有按鍵按下，按鍵按下時，則發(fā)送字符串“key_pressed”，接著接收數(shù)據(jù)，若接收到“key_pressed”，則翻轉本地LED0 的狀態(tài)。

為了便于主程序使用，將其接口聲明到app_led_control.h 文件中，詳見程序清單9.51。

程序清單9.51 應用程序接口聲明（app_led_control.h）

2. 主程序編寫

為了便于區(qū)分，特將兩塊板分別稱為A 板和B 板。其中，A 板的網絡地址為0x2001，目標地址為0x2002，詳見程序清單9.52。

程序清單9.52 A 板（網絡地址為0x2001）主程序

B 板的網絡地址為0x2002，目標地址為0x2001，詳見程序清單9.53。

程序清單9.53 B 板（網絡地址為0x2002）主程序

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