ZigBee协议栈简介

Zigbee协议栈简介

  Zigbee协议分为2部分：

1. IEEE 802.15.4定义了PHY(物理层)和MAC(介质访问层)技术规范。
2. 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：

1. 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)。
2. 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。
3. 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。