TI_Z-stack协议栈开发环境和工作流程

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 Embed ded 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ZigBee标准分为以下几层：API（Application Programming Interface），HAL （Hardw are Abstract Layer），MAC（Media Access Control)， NWK（Zigbee Networ k Layer），OSAL（Operating System Abstract System），Security，Servic e，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 afRegister( )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。