实验7—TIZ-Stack2007协议栈入门实验

实验题目：实验7—TI Z-Stack2007协议栈入门实验实验时间：2015.12.24

一、实验目的：

学习TI Z-Stack2007协议栈软件架构，掌握TI Z-Stack协议栈软件开发流程。有关Z-Stack2007协议栈的具体内容，请参考TI官方文档。

安装TI Z-Stack2007协议栈，学习协议栈相关IAR工程的配置，及常见软件工具的使用方法。

二、实验原理及程序分析：

a)Z-Stack概述

图1 ZigBee规范的版本

目前TI的Z-Stack协议栈实际上已经成为了ZigBee联盟认可并推广的指定软件规范。因此，掌握Z-Stack协议栈相关的软件架构及开发

流程，是我们学习ZigBee无线网络的关键步骤。

b)Z-Stack软件架构

图2 Z-Stack软件架构

协议栈定义了通信硬件和软件在不同层次如何协调工作。在网络通信领域，在每个协议层的实体通过对信息打包与对等实体通信。在通信的发送方，用户需要传递的数据包按照从高层到低层的顺序依次通过各个协议层，每一层的实体按照最初预定消息格式在数据信息中加入自己的信息，比如每一层的头信息和校验等，最终抵达最低层的物理层，变成数据位流，在物理连接间传递。在通信的接收方数据包依次向上通过协议栈，每一层的实体能够根据预定的格式准确的提取需要在本层处理的数据信息，最终用户应用程序得到最终的数据信息并进行处理。

ZigBee无线网络的实现，是建立在ZigBee协议栈的基础上的，协议栈采用分层的结构。协议分层的目的是为了使各层相对独立，每一层都提供一些服务，服务由协议定义，程序员只需关心与他的工作直接相关的那些层的协议，它们向高层提供服务，并由底层提供服务。在ZigBee 协议栈中，PHY、MAC层位于最低层，且与硬件相关；NWK、APS, APL层以及安全层建立在PHY和MAC 层之上，并且完全与硬件无关。分层的结构脉络清晰、一目了然，给设计和调试带来极大的方便。

整个Z-Stack采用分层的软件结构，硬件抽象层（HAL）提供各种硬件模块的驱动，包括定时器Timer，通用I/O 口GPIO，通用异步收发传输器UART，模数转换ADC 的应用程序接口API，提供各种服务的扩展集。

操作系统抽象层OSAL实现了一个易用的操作系统平台，通过时间片轮转函数实现任务调度，提供多任务处理机制。用户可以调用OSAL提供的相关API进行多任务编程，将自己的应用程序作为一个独立的任务来实现。

c)Z-Stack软件流程

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。

图3 Z-Stack软件流程图

系统初始化

系统上电后，通过执行ZMain文件夹中ZMain.c的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CC2530EB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，例如本文档配套硬件模块与TI官方的I/O 口配置略有不同，需要参考硬件原理图进行相应修改。

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。程序流程如图所示。osal_start_system()一旦执行，则不再返回Main()函数。

图4 OSAL任务循环

OSAL任务初始化

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osalInitTasks()函数创建OSAL任务，其中TaskID为每个任务的唯一标识号。任何OSAL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