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Zigbee协议栈简介
Zigbee
协议分为2
部分:
IEEE 802.15.4
定义了PHY
(物理层)和MAC
(介质访问层)技术规范。Zigbee
联盟定义了NWK
(网络层)、APS
(应用程序支持层)、APL
(应用层)技术规范。
Zigbee
协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起,以函数的形式实现,并给用户提供API
,用户可以直接调用。
如何理解Zigbee协议栈
TI
推出的ZigBee 2007
协议栈也称为Z-Stack
,它是Chipcon
推出其CC2430
开发平台时,开发的一款商业级协议栈软件。
Chipcon
公司为自己设计的Z-Stack
协议栈中提供了一个名为操作系统抽象层OSAL
的协议栈调度程序。
下图是TI
公司的基于ZigBee 2007
的协议栈Z-Stack-CC2530-2.3.0
,所有文件目录如红色框所示,我们可以把它看做一个小型的操作系统,采用任务轮询的方法运行。
如何使用Zigbee协议栈
以简单的无线数据通信为例,其一般步骤为:
- 组网:调用协议栈组网函数、加入网络函数,实现网络的建立和节点的加入。
- 发送:发送节点调用协议栈的发送函数,实现数据无线发送。
- 接收:接收节点调用协议栈的无线接收函数,实现无线数据接收。
由于协议栈都把这些函数都封装好了,因此我们用起来比较方便。大家可以了解一下下面的关键字:
CCM
:Counter with CBC-MAC
(Mode of Operation
)HAL
:Hardware Abstraction Layer
(硬件抽象层)PAN
:Personal Area Network
(个人局域网)RF
:Radio Frequency
(射频)RSSI
:Received Signal Strength Indicator
(接收信号强度指示)
CC2530 BasicRF
文件夹结构如下图:
docs
文件夹:打开文件夹,里面仅有一个名为CC2530_Software_Examples
的PDF
文档,文档的主要内容是介绍Basic RF
的特点、结构及使用。从中我们可以知道,里面Basic RF
包含三个实验例程:无线点灯、传输质量检测、谱分析应用。Ide
文件夹:打开文件夹后会有三个文件夹,以及一个cc2530_sw_examples.eww
工程,这个工程是上面提及的三个实验例程工程的集合。在IAR
环境中打开该工程,在workspace
看到如下文件夹:Ide\Settings
文件夹是在每个基础实验的文件夹里都会有的,它用于保存读者自己的IAR环境设置;Ide\srf05_CC2530
文件夹里面放有三个工程,即light_switch.eww
、per_test.eww
和spectrum_analyzer.eww
。Source
文件夹:该文件夹里面有apps
文件夹和components
文件夹。Source\apps
文件夹存放Basic RF
三个实验的应用实现的源代码;Source\components
文件夹包含着Basic RF
的应用程序使用不同组件的源代码。
打开文件夹WeBee CC2530 BasicRF\ide\srf05_cc2530\iar
路径里面的工程light_switch.eww
(无线点灯),我们的实验就是对它进行修改的。在介绍Basic RF
之前,来看看这个实验例程设计的大体结构。
Hardware layer
:这是实现数据传输的基础。Hardware Abstraction layer
:它提供了一种接口来访问TIMER
、GPIO
、UART
、ADC
等,这些接口都通过相应的函数进行实现。Basic RF layer
:为双向无线传输提供一种简单的协议。Application layer
:它是用户应用层,相当于用户使用Basic RF
层和HAL
的接口。我们通过在Application layer
就可以使用到封装好的Basic RF
和HAL
的函数。
Basic RF
由TI
公司提供,它包含了IEEE 802.15.4
标准的数据包的收发功能,但并没有使用到协议栈,仅仅让两个结点进行简单的通信。也就是说,Basic RF
仅仅是包含IEEE 802.15.4
标准的一小部分。其主要特点有:
- 不会自动加入协议,也不会自动扫描其他节点也没有组网指示灯(
LED3
)。 - 没有协议栈里面所说的协调器、路由器或者终端的区分,节点的地位都是相等的。
- 没有自动重发的功能。
Basic RF
的工作过程有启动、发射和接收。使用Basic RF
实现无线传输只要学会使用这些过程的相应函数就可以了。
启动的要求如下:
1. 确保外围器件没有问题。
2. 创建一个basicRfCfg_t
的数据结构,并初始化其中的成员,在basic_rf.h
代码中可以找到:
typedef struct {
uint16 myAddr; /* 16位的短地址(就是节点的地址) */
uint16 panId; /* 节点的“PAN ID” */
uint8 channel; /* RF通道(必须在11至26之间 */
uint8 ackRequest; /* 目标确认就置为true */
#ifdef SECURITY_CCM /* 是否加密,预定义里取消了加密 */
uint8 *securityKey;
uint8 *securityNonce;
#endif
} basicRfCfg_t;
3. 调用basicRfInit
函数进行协议的初始化,在basic_rf.c
代码中可以找到:
uint8 basicRfInit ( basicRfCfg_t *pRfConfig );
函数功能是对Basic RF
的数据结构初始化,设置模块的传输通道、短地址和PAD ID
。
发送过程如下:
1. 创建一个buffer
,把payload
放入其中,Payload
不大于103
个字节。
2. 调用basicRfSendPacket
函数发送,并查看其返回值。在basic_rf.c
中可以找到:
uint8 basicRfSendPacket ( uint16 destAddr, uint8 *pPayload, uint8 length )
参数destAddr
是目的短地址,pPayload
是指向发送缓冲区的指针,length
是发送数据长度。函数功能是给目的短地址发送指定长度的数据,发送成功刚返回SUCCESS
,失败则返回FAILED
。
接收过程如下:
1. 上层通过basicRfPacketIsReady
函数来检查是否收到一个新数据包。在basic_rf.c
中可以找到:
uint8 basicRfPacketIsReady ( void );
函数功能是检查模块是否已经可以接收下一个数据,如果准备好了,则返回TRUE
。
2. 调用basicRfReceive
函数,把收到的数据复制到buffer
中。代码可以在basic_rf.c
中找到:
uint8 basicRfReceive ( uint8 *pRxData, uint8 len, int16 *pRssi );
函数功能是接收来自Basic RF
层的数据包,并为所接收的数据和RSSI
值配缓冲区。
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