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TIZstack协议栈开发环境和工作流程

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TI Z-stack 协议栈开发环境和工作流程

系统软件设计是在硬件设计的基础上进行的，良好的软件设计是 实现

系统功能的重要环节，也是提高系统性能的关键所在。节点设计基丁通用 性及便丁开发的考虑，移植了 TI 公司的Z-Stack 协议栈，其主要特点就是其兼 容性，完全支持IEEE 802. 15. 4/ZigBee 的CC2430片上系统解决方案。Z-Sta ck 还支持丰富的新特性，如无线下载，可通过 ZigBee 网状网络(Mesh Networ k)下载节点更新。 Z furn gr irrc vrivci t Bfei AS JJiflll-ltC -liNri l -

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图ZigBee 节点开发环境

TI 的Z-Stack 装载在一个基丁 IAR 开发环境的工程里。强大的IAR E mbedded Workbench 除了提供编译下载功能外，还可以结合编程器进行单步跟踪 调试和监测片上寄存器、Flash 数据等。Z-Stack 根据IEEE 802. 15.4 和ZigB ee 标准分为以下几层： API (Application Programming Interface ) , HAL (H ardware Abstract Layer ) , MAC( Media Access Control) , NWK( Zigbee Ne twork Layer ) , OSAL( Operating System Abstract System ) , Security , Se rvice , ZDO(Zigbee Device Objects )。使用 IAR 打开工程文件 SampleApp.e ww 后，即可查看到整个协议栈从 HAL 层到APP 层的文件夹分布。该协议栈可以 实现复杂的网络链接，在协调器节点中实现对路由表和绑定表的非易失性存储， 因此网络具有一定的记忆功能。

Z-Stack 采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 Ri-TPr —

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T ■ E M ± -

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。这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。

整个Z-stack的主要工作流程，大致分为系统启动，驱动初始化，OSAL 初始化和启动，进入任务轮循几个阶段，下面将逐一详细分析。

图Z-Stack系统运行流程图

Figure . The Flow Chart of Z-Stack

系统初始化

系统上电后，通过执行ZMain文件夹中ZMain.c的ZSEG int main() 函数实现硬件的初始化，其中包括关总中断osal_int_disable( INTS_ALL ) 、初始化板上硬件设置HAL_BOARD_INIT( > 初始化I/O 口InitBoard( OB_COLD )、初始化HAL层驱动HalDriverInit() 、初始化非易失性存储器sal_nv_init( NULL

)、初始化MAd ZMacInit()、分配64 位地址zmain_ext_addr()、初始化操作系统osal_init_system() 等。

硬件初始化需要根据HAL文件夹中的hal_board_cfg.h 文件配置寄存器8051的寄存器。TI官方发布Z-stack的配置针对的是TI官方的开发板CC2430DB CC2 430EM溯，如采用其他开发板，则需根据原理图设计改变hal_board_cfg.h 文

件配置，例如本方案制作的实验板与TI官方的I/O 口配置略仆同，其中状态

指示LED2的需要重新设置LED2控制引脚口、通用I/O 口方向和控制函数定义华

当顺利完成上述初始化时，执行osal_start_system() 函数开始运行OSALR统。

该任务调度函数按照优先级检测各个任务是否就绪。如果存在就绪的任务则调用tasksArr[] 中相对应的任务处理函数去处理该事件，直到执行完所有就绪的任务。如果任务列表中没有就绪的任务，则可以使处理器进入睡眠状态实现低功耗。程序流程如图3-13所示。osal_start_system() —旦执行，则不再返回Main()函数。

OSALff务调度流程图

Figure . The Flow Chart of OSAL Scheduler

OSAL任务

OSA配协议栈的核心，Z-stack的任何一个子系统都作为OSAL勺一个任务，因此在开发应用层的时候，必须通过创建OSALff务来运行应用程序。通过osalI nitTasks() 函数创建OSALff务，其中TaskID为每个任务的唯一标识号。任何

OSALS务必须分为两步：一是进行任务初始化；二是处理任务事件。任务初始化主要步骤如下：

(1) 初始化应用服务变量。

const pTaskEventHandlerFn tasksArr[] 数组定义系统提供的应用服务和用

户服务变量，如MACM服务macEventLoo》用户服务SampleApp_ProcessEvent (2) 分配任务ID和分配堆栈内存

void osalInitTasks( void ) 主要功能是通过调用osal_mem_alloc()函数给

各个任务分配内存空间,和给各个已定义任务指定唯一的标识号。

(3) 在AF层注册应用对象

通过填入endPointDesc_t数据格式的EndPoint变量，调用afRegiste r()在AF层注册EndPoint应用对象。

通过在AF层注册应用对象的信息，告知系统afAddrType_t地址类型数据包的路由端点，例如用丁发送周期信息的SampleApp_Periodic_DstAddr和发送LED

闪烁指令的SampleApp_Flash_DstAddr。

(4) 注册相应的OSA或则HAL系统服务

在协议栈中，Z-stack提供键盘响应和申口活动响应两种系统服务，但是任何Z-Stask任务均不自行注册系统服务，两者均需要由用户应用程序注册。值得注意的是，有且仅有一个OSAL Task可以注册服务。例如注册键盘活动响应可调用RegisterForKeys() 函数。

(5) 处理任务事件

处理任务事件通过创建“ ApplicationName ” _ProcessEvent()函数处理。一个OSALff务除了强制事件(Mandatory Events )之外还可以定义15个事件。

SYS_EVENT_MSGx8000)是强制事件。该事件主要用来发送全局的系统信息，包括五下信息：

AF_DATA_CONFIRM_CMD言息用来指示通过唤醒AF DataRequest()函数发送的数据请求信息的情况。ZSuccess确认数据请求成功的发送。如果数据请求是通过AF_ACK_REQUEW实现的，那么ZSussess可以确认数据正确的到达目的地。否则，ZSucess仅仅能确认数据成功的传输到了下一个路由。

AF_INCOMING_MSG_CMW 指示接收到的AF信息。

KEY_ CHANG削来确认按键动作。