ZigBee協(xié)議棧TI Z-Stack分析
ZigBee術(shù)語
一、屬性屬性Attribute是一個(gè)反映物理數(shù)量或狀態(tài)的數(shù)據(jù)值，比如開關(guān)值（On/Off）,溫度值、百分比等。
二、群集群集Cluster是包含一個(gè)或多個(gè)屬性（attribute）的群組。簡單的說，群集就是屬性的集合。每個(gè)群集都被分配一個(gè)唯一的群集ID且每個(gè)群集最多有65536個(gè)屬性。
三、設(shè)備描述設(shè)備描述DeviceDescription是指一個(gè)大型目標(biāo)應(yīng)用的一部分，包括一個(gè)或多個(gè)群集，并且指定群集是輸入還是輸出。
四、端點(diǎn)端點(diǎn)EndPoint是協(xié)議棧應(yīng)用層的入口，也可以理解應(yīng)用對象（ApplicationObject）存在的地方，它是為實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)備描述而定義的一組群集。每個(gè)ZigBee設(shè)備可以最多支持240這樣的端點(diǎn)，這也意味著在每個(gè)設(shè)備上可以定義240個(gè)應(yīng)用對象。端點(diǎn)0被保留用于與ZDO接口而端點(diǎn)255被保留用于廣播，端點(diǎn)241-254則被保留用于將來做擴(kuò)展使用。
五、配置文件配置文件Profile可以理解為共同促成交互式應(yīng)用的多個(gè)設(shè)備描述項(xiàng)的集合。ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)定義了部分標(biāo)準(zhǔn)的配置文件，比如遠(yuǎn)程控制開關(guān)配置文件和光傳感器配置文件等。任何遵循某一標(biāo)準(zhǔn)配置文件的節(jié)點(diǎn)都可以與實(shí)現(xiàn)相同配置文件的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行互操作。用戶也可以創(chuàng)建自己的配置文件然后遞交ZigBee聯(lián)盟測試、審核批準(zhǔn)。配置文件是對邏輯設(shè)備及其接口描述的集合，是面向某個(gè)應(yīng)用類別的公約、準(zhǔn)則。設(shè)備描述符是為分布應(yīng)用提供的描述項(xiàng)，多種描述項(xiàng)共同組成描述集合Profile。定義Profile的目的就是使得不同廠商生產(chǎn)的ZigBee設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。
六、節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)Node也可以理解為一個(gè)容器，包含一組ZigBee設(shè)備，分享一個(gè)無線信道。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)無線信道使用。
七、綁定（Binding）ZigBee定義了一個(gè)稱為端點(diǎn)綁定的特殊過程。綁定即在源節(jié)點(diǎn)的某個(gè)端點(diǎn)（EndPoint）和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的某個(gè)端點(diǎn)之間創(chuàng)建一條邏輯鏈路。綁定可以發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)基本上包括兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)之間的邏輯鏈路的綁定表。在綁定表中，包含如下信息，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的IEEE地址、Endpoint號以及ClusterID。對于可以建立綁定關(guān)系的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們的Cluster的屬性必須一個(gè)選擇“輸入”，另一個(gè)選擇“輸出”，而且ClusterID值相等，只有這樣，它們彼此才能建立綁定。如果目標(biāo)設(shè)備的擴(kuò)展地址是已知的，則調(diào)用zb_BindDeviceRequest()函數(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)綁定條目。
八、尋址（Addressing）在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，使用兩種地址：一種是64位的IEEEAddress，也叫物理地址，64位地址在所有ZigBee設(shè)備之中是唯一，其中包含一個(gè)由IEEE分配、也是全球唯一的24位制造商特定組織標(biāo)識符OUI（OrganizationallyUniqueIdentifier）。另一種是16位的NWKAddress即網(wǎng)絡(luò)地址，當(dāng)設(shè)備加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，從允許其加入的父設(shè)備上獲取16位網(wǎng)絡(luò)地址。該地址在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中唯一，用于數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)包路由。在ZigBee中，數(shù)據(jù)包可以單點(diǎn)傳送（unicast），多點(diǎn)傳送（multicast）或者廣播傳送（broadcast），所以必須有地址模式參數(shù)。一個(gè)單點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)包只發(fā)送給一個(gè)設(shè)備，多點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)包則要傳送給一組設(shè)備，而廣播數(shù)據(jù)包則要發(fā)送給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)。當(dāng)應(yīng)用程序需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的一組設(shè)備時(shí)，還可以使用組尋址方式（GroupAddressing）。
TIZ-Stack協(xié)議棧架構(gòu)分析
協(xié)議棧定義通信硬件和軟件在不同級如何協(xié)調(diào)工作。在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，在每個(gè)協(xié)議層的實(shí)體們通過對信息打包與對等實(shí)體通信。在通信的發(fā)送方，用戶需要傳遞的數(shù)據(jù)包按照從高層到低層的順序依次通過各個(gè)協(xié)議層，每一層的實(shí)體按照最初預(yù)定消息格式向數(shù)據(jù)信息中加入自己的信息，比如每一層的頭信息和校驗(yàn)等終抵達(dá)***的物理層，變成數(shù)據(jù)位流，在物理連接間傳遞。在通信的接收方數(shù)據(jù)包依次向上通過協(xié)議棧，每一層的實(shí)體能夠根據(jù)預(yù)定的格式準(zhǔn)確的提取需要在本層處理的數(shù)據(jù)信息，最終用戶應(yīng)用程序得到最終的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，是建立在ZigBee協(xié)議棧的基礎(chǔ)上的，協(xié)議棧采用分層的結(jié)構(gòu)協(xié)議分層的目的是為了使各層相對獨(dú)立，每一層都提供一些服務(wù)，服務(wù)由協(xié)議定義，程序員只需關(guān)心與他的工作直接相關(guān)的那些層的協(xié)議，它們向高層提供服務(wù)，并由低層提供服務(wù)。在ZigBee協(xié)議棧中，PHY、MAC層位于***層，且與硬件相關(guān)；NWK、APS,APL層以及安全層建立在PHY和MAC層之上，并且完全與硬件無關(guān)。分層的結(jié)構(gòu)脈絡(luò)清晰、一目了然，給設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來極大的方便。整個(gè)Z-Stack采用分層的軟件結(jié)構(gòu)，硬件抽象層（HAL）提供各種硬件模塊的驅(qū)動，包括定時(shí)器Timer，通用I/O口GPIO，通用異步收發(fā)傳輸器UART，模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC的應(yīng)用程序接口API，提供各種服務(wù)的擴(kuò)展集。操作系統(tǒng)抽象層OSAL實(shí)現(xiàn)了一個(gè)易用的操作系統(tǒng)平臺，通過時(shí)間片輪轉(zhuǎn)函數(shù)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，提供多任務(wù)處理機(jī)制。用戶可以調(diào)用OSAL提供的相關(guān)API進(jìn)行多任務(wù)編程，將自己的應(yīng)用程序作為一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。
Z-stackOSALAPI介紹OSAL層是與協(xié)議棧獨(dú)立的，但是整個(gè)協(xié)議都要基于OS才能運(yùn)行。OSAL提供如下服務(wù)和管理：信息管理、任務(wù)同步、時(shí)間管理、中斷管理、任務(wù)管理、內(nèi)存管理、電源管理以及非易失存儲管理。
一、信息管理API信息管理為任務(wù)間的信息交換或者外部處理事件（例如：中斷服務(wù)程序或一個(gè)控制循環(huán)內(nèi)的函數(shù)調(diào)用等）提供一種管理機(jī)制。包括允許任務(wù)分配或不分配信息緩存、發(fā)送命令信息到其他任務(wù)、接受應(yīng)答信息等API函數(shù)。
二、同步任務(wù)API該API允許一個(gè)任務(wù)等待某個(gè)事件的發(fā)生并返回等待期間的控制。該API的功能是為某個(gè)任務(wù)設(shè)置事件，一旦任何一個(gè)事件被設(shè)置就修改該任務(wù)。
三、時(shí)間管理API該API允許定時(shí)器被內(nèi)部（Z-Stack）任務(wù)和外部任務(wù)使用。該API提供開始和停止一個(gè)定時(shí)器的功能，這些定時(shí)器能用毫秒（ms）設(shè)置。
四、中斷管理API這些API是外部中斷和任務(wù)的接口。這些API函數(shù)允許一個(gè)任務(wù)為每個(gè)中斷分配指定服務(wù)程序。這些中斷能被允許或禁止。在服務(wù)程序內(nèi)，可為其他的任務(wù)設(shè)置事件。
五、任務(wù)管理API該API用在管理OSAL中的任務(wù)，包括系統(tǒng)任務(wù)和用戶自定義任務(wù)的創(chuàng)建、管理和信息處理等。
六、內(nèi)存管理API該API描繪了簡單的存儲分配系統(tǒng)。這些函數(shù)允許動態(tài)存儲分配。
七、電源管理API這里描寫了OSAL的電源管理系統(tǒng)。當(dāng)OSAL安全地關(guān)閉接收器與外部硬件并使處理器進(jìn)入休眠模式時(shí)，該系統(tǒng)提供向應(yīng)用/任務(wù)通告該事務(wù)的方式。
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