Contiki的一个demo例程
思来想去，既然是程序员，当然还是用一个程序引入比较好。当然，这个程序必须满足以下几点：
足够简单，不会把大家给吓着了 能够引入足够多的知识点，可以串起来 能够说明包如何在网络中传输
然后我就找啊找，找到了Contiki的一个demo例程：examples/rime/example-abc.c
2. 匿名广播例程
#include "contiki.h"
#include "net/rime/rime.h"
#include "random.h"
#include "dev/button-sensor.h"
#include "dev/leds.h"
#include
/*---------------------------------------------------------------------------*/
PROCESS(example_abc_process, "ABC example");
AUTOSTART_PROCESSES(&example_abc_process);
/*---------------------------------------------------------------------------*/
static void
abc_recv(struct abc_conn *c)
{
printf("abc message received '%s'\n", (char *)packetbuf_dataptr());
}
static const struct abc_callbacks abc_call = {abc_recv};
static struct abc_conn abc;
/*---------------------------------------------------------------------------*/
PROCESS_THREAD(example_abc_process, ev, data)
{
static struct etimer et;
PROCESS_EXITHANDLER(abc_close(&abc);)
PROCESS_BEGIN();
abc_open(&abc, 128, &abc_call);
while(1) {
/* Delay 2-4 seconds */
etimer_set(&et, CLOCK_SECOND * 2 + random_rand() % (CLOCK_SECOND * 2));
PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et));
packetbuf_copyfrom("Hello", 6);
abc_send(&abc);
printf("abc message sent\n");
}
PROCESS_END();
}
这个例程估计是Contiki中最简单的、能够在节点间传输数据包的例程了。
abc的全称是Anonymous Broad Cast，即匿名广播。所谓广播，是指该节点发出的广播消息，在无线覆盖范围内的其它节点都需要接收。所谓匿名，是指发出的消息中没有携带发送节点的地址。
匿名广播是Rime协议栈中最底层的子协议，其它所有协议都直接或间接地建立在该协议之上。Rime协议的框架如下图所示。
图 Rime协议栈架构
咋一看!天，这么多，全是协议吗?我要学到什么时候?我的回答是：对，这些全是协议栈中的子协议，但是不要慌，每一个子协议都非常简单。比如abc协议，代码就 六七十行，能复杂到哪儿去?。我们后面会慢慢讲述这些协议。
3. 基本分析
先讲讲我们的应用程序如何实现发送、接收匿名广播的。
整个例程的关键代码就三行：
abc_open(&abc, 128, &abc_call); // 打开一个abc连接
packetbuf_copyfrom("Hello", 6); // 将要发送的消息拷贝到buffer
abc_send(&abc); // 将buffer中的消息发送出去
整个过程是不是与传统网络编程类似呢?
abc_open，创建一个abc连接，类似于创建一个socket
packetbuf_copyfrom，将消息放到buffer
abc_send，将消息发送出去，类似于socket编程中的send
对了，socket编程中有一个receive函数，用于接收对方发送过来消息，在这个例程中为啥没有呢?其实是用的，注意看abc_open(&abc, 128, &abc_call)的第三个参数，它是一个结构体，结构体里面的成员是一个函数指针。当本节点接收到其它节点发送的匿名广播消息时，会自动调用这个函数指针所指向的函数进行接收数据!我们只用将接收函数写好，完全不用考虑在何时需要接收，这真是既高级、又简单啊!
socket中的关闭套接字，对应本例程中的什么呢?答案是PROCESS_EXITHANDLER(abc_close(&abc);)。但是要注意，这里的abc_close与socket中的close稍有不同，它是放在一个宏PROCESS_EXITHANDLER里面的，且该语句放在线程的最前面，而不是放在最后面。
简单地说，当abc进程接收到一个退出事件时，会执行函数abc_close(&abc)关闭打开的abc连接。
简单总结一下，该例程首先打开一个匿名广播连接，然后将要发送的消息拷贝到发送buffer里面，然后发送该消息。此外，程序里加了一个事件定时器，每次进入while循环时先延迟2~4秒，再发送广播消息。如果节点接收到其它节点发送的abc消息，则自动调用回调函数abc_recv()接收消息并做相应的处理。
在文章最后，我们会在cooja仿真器中运行该例程，看看运行结果。
4. 深入分析
俗话说，麻雀虽小五脏俱全，我们的abc例程就是一个小麻雀。我们需要深入跟踪代码了，很兴奋有木有!
PS: 下面很多术语，会在今后的笔记中慢慢体现，现在只是为了让大家知道今后要学些什么，在脑袋里有个框架，所以不明白也没关系
4.1 struct abc_conn
先看一个abc连接static struct abc_conn abc;的具体定义：
//相关代码位于core/net/rime/abc.[ch]
struct abc_conn {
struct channel channel; // 通道
const struct abc_callbacks *u; // 回调函数
};
struct abc_conn有两个成员变量，一个struct channel类型的channel，一个const struct abc_callbacks类型的指针u，它们分别啥意思呢?那就得先看看abc_open(&abc, 128, &abc_call)了。
4.2 abc_open
void abc_open(struct abc_conn *c, uint16_t channelno,
const struct abc_callbacks *callbacks)
{
channel_open(&c->channel, channelno); //打开一个channel
c->u = callbacks; // 将回调结构体赋值给abc连接的结构体中的回调结构体指针
channel_set_attributes(channelno, attributes); //设置通道属性
}
例程中的abc_open(&abc, 128, &abc_call);一共有三个参数：
abc: 是一个struct abc_conn类型的abc连接
128: 表示通道的通道号
abc_call: 接收到消息的回调函数
至此，我们有两个新东西：
通道(通道号) 属性
4.3 通道
Rime协议栈所有通信都是通过通道channel标识的，即两个应用进程通信需要相同的channel。类似于socket编程，两个进程通信具有相同的端口号。
struct channel
//相关代码位于core/net/rime/channel.[ch]
struct channel {
struct channel *next; // 指向下一个通道结构体
uint16_t channelno; // 通道号
const struct packetbuf_attrlist *attrlist; //属性链表
uint8_t hdrsize; // 头部尺寸
};
next：一看就知道用于链表。所有的通道会放在一个通道链表之中
channelno：通道号，16位无符号整数。类似于socket的端口号，标识一个通道
attrlist：属性链表。存放属性
hdrsize：发送、接收数据的缓冲包的头部大小
至此，我们又多了一个新的概念：
缓冲包packetbuf
4.4 包属性
Rime协议的一个与众不同之处就在于属性。其它的协议，都会定义协议头，在打包的时候安装协议规定组装协议头，在解析包的时候也安装协议规定拆分协议头。而Rime协议不定义任何头部格式，它定义了很多包属性，因此可以兼容各种已经存在的协议，甚至还未开发的协议。正式由于它是如此神奇，所以你只有在慢慢研究代码的时候才能体会到它的奥妙!
4.5 包缓冲packetbuf
在abc的例程中，我们提过：
packetbuf_copyfrom("Hello", 6);
在Rime协议栈中，存在一个包缓冲——packetbuf。在发送消息时，将包缓冲里的数据通过底层mac协议发送出去，在接收消息时，底层mac协议会将接收到的数据放到packetbuf中。packetbuf_copyfrom("Hello", 6);就是将字符串“Hello”拷贝到packetbuf中，等待发送。
4.6 缓冲队列queuebuf
Rime协议中只有一个包缓冲，但是如果多个进程想发送消息该怎么办呢?将这些消息放在缓冲队列里(PS，这是我猜的，因为我还没接触过这部分的代码，后面会慢慢接触到)。
4.8 abc_send
上面这么多的知识点，都是由abc_open引出的，abc_send会引出多少内容呢?
int abc_send(struct abc_conn *c)
{
return rime_output(&c->channel); // 直接调用rime_output
}
跟踪rime_output：
int rime_output(struct channel *c)
{
RIMESTATS_ADD(tx); // 还不知道是啥，我也没看
if(chameleon_create(c)) { // 创建一个变色龙包
packetbuf_compact(); // 使包缓冲更紧凑，在packetbuf中将会学习到
NETSTACK_LLSEC.send(packet_sent, c); // 发送!!
return 1;
}
return 0;
}
猛然间多了很多新东西：
chameleon：负责将属性链表中的属性打包到packetbuf的头部
LLSEC：利用底层协议发送packetbuf中的消息
4.9 变色龙chameleon
从Rime架构中可以看出，Rime的形状类似于一个沙漏——上下两头大、中间小，而变色龙处于整个沙漏的中心。
Rime的变色龙架构图
chameleon主要负责两件事儿，解析和打包。
当接收到数据时，chameleon的unpack_header函数会解析存放到packetbuf中的包头，将解析出来的包头属性存放到属性数组中。
当发送数据时，chameleon的pack_header函数会根据属性链表将包属性数组中的属性打包成packetbuf头。
4.10 LLSEC层
我们追踪LLSEC的代码：
// 以下代码在core/net/netstack.h
#ifndef NETSTACK_LLSEC
#ifdef NETSTACK_CONF_LLSEC
#define NETSTACK_LLSEC NETSTACK_CONF_LLSEC
#else /* NETSTACK_CONF_LLSEC */
#define NETSTACK_LLSEC nullsec_driver // 默认的LLSEC驱动
#endif /* NETSTACK_CONF_LLSEC */
#endif /* NETSTACK_LLSEC */
默认为nullsec_driver, 继续追踪：
const struct llsec_driver nullsec_driver = {
"nullsec",
init,
send,
input
};
再追踪NETSTACK_LLSEC.send(packet_sent, c);，即nullsec_driver.send：
static void send(mac_callback_t sent, void *ptr)
{
packetbuf_set_attr(PACKETBUF_ATTR_FRAME_TYPE, FRAME802154_DATAFRAME);
NETSTACK_MAC.send(sent, ptr);
}
最后，我们看到，NETSTACK_LLSEC.send会调用到NETSTACK_MAC.send
4.12 MAC层
继续追踪代码，会发现NETSTACK_MAC.send会依次调用到更底层的NETSTACK_RDC, NETSTACK_FRAME, NETSTACK_RADIO。这些底层的东西目前还没有研究过，等待后续学习再补充。
MAC层主要负责进行csma算法。
下面是一张底层的参考图：
4.13 RDC层
rdc层主要负责周期性唤醒。
4.14 FRAME层
frame层主要负责将数据包封装成帧
4.15 RADIO层
radio层主要负责将帧通过无线收发器发送出去吧
在Cooja中仿真
进入cooja仿真器目录：
cd tools/cooja/
运行cooja仿真器：
ant run
此时应该出现仿真器界面，依次点击菜单上的：File->New Semulation->，输入仿真器名，然后点击->create，出现仿真界面
添加节点。选择motes->add motes->create new motes type->然后选择一种仿真节点，比如 ->Z1 mote。
弹出节点编译、配置界面，依次完成1,2,3,4.
在number of new motes处输入2，然后点击create new motes。
>
此时在network区域将出现两个节点。单机其中一个节点，会显示该节点的覆盖范围。拖动该节点，确保另一个节点出现在其无线覆盖范围内。
点击simulation control区域的start按钮，此时两个节点都会开始运行。在左侧的network区域可以看到两个节点在收发数据。点击pause按钮暂停。在mote output区域有两个节点的打印信息。
可以在mote output区域内的Filter框内输入过滤条件，比如输入ID:1就只显示节点1的打印消息
我们可以从打印消息中看到，节点1发出了广播消息，且收到了节点2发出的广播消息(但是它不知道是节点2发出的)。
6 总结
一个最简单的发送匿名广播的消息的程序，在协议栈方面就涉及到如此多的内容。但是这不是我们的终点，而是中点。我们将走过中点，走到终点!
最后，我只能想到一句话“路漫漫其修远兮”!