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。节点设计基于通用性及便于开发的考虑,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-Stack 还支持丰富的新特性,如无线下载,可通过ZigBee网状网络(Mesh Network)下载节点更新。
图 ZigBee节点开发环境
TI的Z-Stack装载在一个基于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ZigBe e标准分为以下几层:API(Application Programming Interface),HAL (Ha rdware Abstract Layer),MAC(Media Access Control), NWK(Zigbee Net work Layer),OSAL(Operating System Abstract System),Security,Ser vice,ZDO(Zigbee Device Objects)。使用IAR打开工程文件SampleApp.eww 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MAC层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 430EMK等,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口配置略有不同,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等。
当顺利完成上述初始化时,执行osal_start_system( )函数开始运行OSAL系统。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( )一旦执行,则不再返回Main( )函数。
OSAL任务调度流程图
Figure . The Flow Chart of OSAL Scheduler
OSAL任务
OSAL是协议栈的核心,Z-stack的任何一个子系统都作为OSAL的一个任务,因此在开发应用层的时候,必须通过创建OSAL任务来运行应用程序。通过osalIn itTasks( )函数创建OSAL任务,其中TaskID为每个任务的唯一标识号。任何O SAL任务必须分为两步: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MAC层服务macEventLoop、用户服务SampleApp_ProcessEvent等
(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,例如用于发送周期信息的SampleApp_Periodic_DstAddr和发送LED闪烁指令的SampleApp_Flash_DstAddr。
(4)注册相应的OSAL或则HAL系统服务
在协议栈中,Z-stack提供键盘响应和串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OSAL任务除了强制事件(Mandatory Events)之外还可以定义15个事件。
SYS_EVENT_MSG(0x8000)是强制事件。该事件主要用来发送全局的系统信息,包括以下信息:
AF_DATA_CONFIRM_CMD:该信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_REQUEST置位实现的,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_CMD:用来指示接收到的AF信息。
KEY_ CHANGE:用来确认按键动作。
ZDO_ NEW_ DSTADDR:用来指示自动匹配请求。
ZDO_STATE_CHANGE:用来指示网络状态的变化。