【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 MT(支持通過(guò)串口與PC機(jī)進(jìn)行通信)ZigBee協(xié)議棧運(yùn)行在一個(gè)稱為OSAL的操作系統(tǒng)層上，所以要進(jìn)行ZigBee開(kāi)發(fā)必須熟悉OSAL。OSAL （操作系統(tǒng)描述層）基于任務(wù)調(diào)度機(jī)制，它是通過(guò)對(duì)任務(wù)的事件觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度。每個(gè)任務(wù)都包含若干個(gè)事件，每個(gè)事件都對(duì)應(yīng)一個(gè)事件號(hào)。當(dāng)一個(gè)事件產(chǎn)生時(shí)，對(duì)應(yīng)任務(wù)的Event中該事件的標(biāo)志位就被設(shè)置，這樣事件調(diào)度就會(huì)調(diào)用相應(yīng)的任務(wù)處理程序。OSAL中的任務(wù)可以通過(guò)任務(wù)API將其添加到系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)機(jī)制。2010年5月推出的ZStack OURSIOTV2平臺(tái)協(xié)同工作，該平臺(tái)基于TI的CC2530片上系統(tǒng)。該軟件提供了其所支持的應(yīng)用范例庫(kù)，其中包括智能能源、家庭自動(dòng)化以及無(wú)線下載 (OAD) 等功能。● TI ZStack 軟件架構(gòu)事實(shí)上，TI ZStack協(xié)議棧是基于一個(gè)輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)的。 ，總體上來(lái)說(shuō)，它一共做了兩件工作，一個(gè)是系統(tǒng)初始化，即由啟動(dòng)代碼來(lái)初始化硬件系統(tǒng)和軟件構(gòu)架需要的各個(gè)模塊，另外一個(gè)就是開(kāi)始執(zhí)行操作系統(tǒng)實(shí)體，如圖25所示。 圖 25 協(xié)議棧主要流程★系統(tǒng)初始化系統(tǒng)啟動(dòng)代碼需要完成初始化硬件平臺(tái)和軟件架構(gòu)所需的要的各個(gè)模塊，微操作系統(tǒng)的運(yùn)行做好準(zhǔn)備工作，主要分為初始化系統(tǒng)時(shí)鐘，檢測(cè)芯片工作電壓，初始化堆棧，初始化各個(gè)硬件模塊，初始化FLASH存儲(chǔ)，形成芯片MAC地址，初始化非易失變量，初始化MAC層協(xié)議，初始化應(yīng)用幀層協(xié)議，初始化操作系統(tǒng)等十余部分。 ★操作系統(tǒng)的執(zhí)行啟動(dòng)代碼為操作系統(tǒng)的執(zhí)行做好準(zhǔn)備工作以后，就開(kāi)始執(zhí)行操作系統(tǒng)入口程序，并由此徹底將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，完成新老更替，自己則光榮地退出舞臺(tái)。其實(shí)，操作系統(tǒng)實(shí)體只有一行代碼： Osal_start_system()； //no return from here 可以看到這句代碼有句注釋，意思是本函數(shù)不會(huì)返回，也就是說(shuō)他是一個(gè)死循環(huán)，永遠(yuǎn)不可能執(zhí)行完。即操作系統(tǒng)從啟動(dòng)代碼接到程序的控制權(quán)之后，就大全在握，不肯再把這個(gè)權(quán)利拱手相讓給別人了。這個(gè)函數(shù)就是輪轉(zhuǎn)查詢式操作系統(tǒng)的主體部分，他所做的就是不斷地查詢每個(gè)任務(wù)是否有事件發(fā)生，如果發(fā)生，執(zhí)行相應(yīng)的函數(shù)，如果沒(méi)有發(fā)生，就查詢下一個(gè)任務(wù)。 ZigBee開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)IEEE (OSI)的七層模型，每一層實(shí)現(xiàn)一部分通信功能，并向高層提供服務(wù)。本文采用TI免費(fèi)協(xié)議棧，工具采用IAR Embedded Workbench for軟件8051，在TI免費(fèi)協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，通過(guò)修改其應(yīng)用層來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。對(duì)于不同的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，大部分的代碼都是相同的，只是在用戶應(yīng)用層，添加了不同的任務(wù)及事件處理函數(shù)。無(wú)需改動(dòng)ZStack核心代碼，大大增加了項(xiàng)目的通用性和易移植性。用戶只需外加三個(gè)文件就可以完成一個(gè)項(xiàng)目。一個(gè)是主文件，存放具體的任務(wù)事件處理函數(shù)，一個(gè)是這個(gè)主文件的頭文件，另外一個(gè)是操作系統(tǒng)接口文件（以O(shè)sal開(kāi)頭） ，是專門存放任務(wù)處理函數(shù)數(shù)組tasksArr[]的文件。；；。前面講述了TI ZStack的軟件架構(gòu)，為了能進(jìn)一步地利用ZStack協(xié)議棧開(kāi)發(fā)實(shí)際的Zigbee項(xiàng)目，下面將介紹一些Zigbee的相關(guān)概念?！?設(shè)備類型在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型：協(xié)調(diào)器（coordinator），路由器（router）和終端設(shè)備（enddevice）。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)協(xié)調(diào)器以及多個(gè)路由器和多個(gè)中斷設(shè)備組成。協(xié)調(diào)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，他最主要的作用是i啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，其方法是選擇一個(gè)相對(duì)的空閑的信道，形成一個(gè)PADIN。他也會(huì)協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中的安全層及處理應(yīng)用層的綁定。當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)和配置完成之后，它的功能退化為一個(gè)普通的路由器。 路由器的主要功能是提供接力作用，能擴(kuò)展信號(hào)的傳輸范圍，因此一般情況下他應(yīng)該一直處于活動(dòng)狀態(tài)，不應(yīng)休眠。終端設(shè)備可以睡眠或者喚醒，因此用電池來(lái)供電?！?信道。每一個(gè)設(shè)備都有一個(gè)DFFAULTCHANLIST的默認(rèn)信道集。協(xié)調(diào)器掃描自己的默認(rèn)信道集并選擇噪聲最小的信道作為自己所建的網(wǎng)絡(luò)信道。終端節(jié)點(diǎn)和路由器也要掃描默認(rèn)信道集并選擇一個(gè)信道上已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)加入?！?PANIDPANID指網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，用于區(qū)分不同的ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的PANID值與ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值的設(shè)置有關(guān)。如果協(xié)調(diào)器的ZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置為0xffff，則協(xié)調(diào)器將產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的PANID，如果路由器和終端節(jié)點(diǎn)的ZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置為0xFFFF，路由器和終端節(jié)點(diǎn)將會(huì)在自己的默認(rèn)信道上隨機(jī)的選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)加入，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的PANID即為自己的PANID。如果協(xié)調(diào)器的ZDAPP_CONFIG_PAN_ID設(shè)置為非0xFFFF值，則協(xié)調(diào)器根據(jù)自身的網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)地址（IEEE地址）或ZDAPP_CONFIG_PAN_ID隨機(jī)產(chǎn)生的PANID不同的是如果路由器和終端節(jié)點(diǎn)的ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值設(shè)置為非0xFFFF，則會(huì)以ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值作為PANID。 如果協(xié)調(diào)器PANID的設(shè)置值小于等于0x3FFF的有效值，協(xié)調(diào)器就會(huì)以這個(gè)特定的PANID值建立網(wǎng)絡(luò)，但是如果在默認(rèn)信道上已經(jīng)有了該P(yáng)ANID值的網(wǎng)絡(luò)存在，則協(xié)調(diào)器會(huì)繼續(xù)搜尋其他的PANID，直到找到網(wǎng)絡(luò)不沖突為止，這樣就有可能產(chǎn)生一些問(wèn)題：如果協(xié)調(diào)器因?yàn)樵谀J(rèn)信道上發(fā)生PANID沖突而更換PANID，而終端節(jié)點(diǎn)并不知道協(xié)調(diào)器已經(jīng)更換PANID，還是繼續(xù)加入到PANID為ZDAPP_CONFIG_PAN_ID值的網(wǎng)絡(luò)中。● 描述符ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都有一些描述符，用來(lái)描述設(shè)備類型和應(yīng)用方式。描述服包含節(jié)描述符，電源描述符和默認(rèn)用戶描述符等。通過(guò)改變這些描述符可以定義自己的設(shè)備。描述符信息可以被網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備獲取。3 基于ARM微處理器的嵌入式網(wǎng)關(guān)總體設(shè)計(jì) 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的基本要求網(wǎng)關(guān)的位置位于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)之間，要具有很好的協(xié)作能力，能夠具備同一區(qū)域不同網(wǎng)關(guān)間協(xié)作、終端移動(dòng)過(guò)程中的協(xié)作管理；要具備移動(dòng)能力，網(wǎng)關(guān)本身在移動(dòng)過(guò)程中能夠保持與網(wǎng)絡(luò)的連接能力；要具備信令處理能力，能夠轉(zhuǎn)換無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)間的交互信令、數(shù)據(jù)。要具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)備能力，能夠在需要時(shí)保留終端節(jié)點(diǎn)的位置、路由、認(rèn)證、其他數(shù)據(jù)信息等。結(jié)合ZigBee和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸體系包括ZigBee網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)兩部分。網(wǎng)關(guān)是建立在傳輸層上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，連接ZigBee網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)兩個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)在整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中具有唯一性，所有無(wú)線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)均發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，并由其進(jìn)行地址、協(xié)議轉(zhuǎn)換，提取出有效信息數(shù)據(jù)重新封轉(zhuǎn)成TCP/IP數(shù)據(jù)包后發(fā)送給以太網(wǎng)；反之，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)也需由網(wǎng)關(guān)進(jìn)行地址、協(xié)議轉(zhuǎn)換后，才發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡(luò)?？傊?，嵌入式網(wǎng)關(guān)是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)與ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的中轉(zhuǎn)站。網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)中的位置如圖31所示：圖31 ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與Internet互通的體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)關(guān)功能模塊的組成網(wǎng)關(guān)是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的核心，是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為入口節(jié)點(diǎn)，它應(yīng)具有網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的功能。網(wǎng)關(guān)是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心是處于廣域網(wǎng)和外部網(wǎng)絡(luò)中間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。作為入口節(jié)點(diǎn)，它應(yīng)具有網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的功能，一方面，網(wǎng)關(guān)要支持TCP/IP協(xié)議議并能提供WEB服務(wù)，從而允許客戶遠(yuǎn)程訪問(wèn)它。以ARM微處理器為中心建立網(wǎng)關(guān)硬件平臺(tái)，對(duì)外通過(guò)以太網(wǎng)接入公共網(wǎng)絡(luò)，對(duì)內(nèi)將無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)連成一體，用戶通過(guò)遠(yuǎn)端PC就可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。整個(gè)通信系統(tǒng)可以分為三個(gè)模塊: ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信模塊，網(wǎng)關(guān)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信模塊，網(wǎng)關(guān)的因特網(wǎng)通信模塊。ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信模塊采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)協(xié)調(diào)器選擇PANID標(biāo)識(shí)符，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)，其他設(shè)備都必須通過(guò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)互相通信。網(wǎng)關(guān)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信模塊，ZigBee協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與網(wǎng)關(guān)相連，協(xié)調(diào)器收到其他ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，交給應(yīng)用層，應(yīng)用層通過(guò)調(diào)用串口API發(fā)到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)串口交給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再將數(shù)據(jù)封裝，加上ZigBee的短地址發(fā)送出去。網(wǎng)關(guān)的因特網(wǎng)通信模塊，采用以太網(wǎng)口，B/S通信模式，將網(wǎng)關(guān)設(shè)置為服務(wù)器，啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)任務(wù)等待客戶端的連接請(qǐng)求。嵌入式網(wǎng)關(guān)采用由硬件層、軟件層和應(yīng)用層構(gòu)成模塊化的分層設(shè)計(jì)方案，總體結(jié)構(gòu)如圖32所示。圖32 嵌入式網(wǎng)關(guān)的總體結(jié)構(gòu) 嵌入式網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)按模塊劃分網(wǎng)關(guān)主要由以太網(wǎng)模塊、供電模塊、主控模塊、存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊和Zigbee模塊組成。主控模塊為整個(gè)網(wǎng)關(guān)的核心模塊，負(fù)責(zé)Zigbee網(wǎng)絡(luò)及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的收發(fā)、網(wǎng)間協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)間地址解析等。選取基于ARM CortexA8內(nèi)核的TI公司新一代移動(dòng)應(yīng)用處理器OMAP3530，運(yùn)行頻率為412MHz，配置256 M SDRAM和256 M NAND Flash,以太網(wǎng)網(wǎng)卡提供100 M傳輸速率；LCD顯示模塊選用液晶觸摸屏。Zigbee模塊的射頻收發(fā)芯片選用CC2530， GHz ，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的快速組網(wǎng)。嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)如圖33所示。圖33 嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu) 嵌入式網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)嵌入式網(wǎng)關(guān)軟件主要由硬件設(shè)備底層驅(qū)動(dòng)、。通過(guò)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以完成系統(tǒng)控制及Zigbee網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)通信等。硬件設(shè)備底層驅(qū)動(dòng)是對(duì)物理硬件設(shè)備功能的軟件封裝。網(wǎng)關(guān)驅(qū)動(dòng)主要由以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、外部存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)、LCD驅(qū)動(dòng)和板載初始化等構(gòu)成。軟件平臺(tái)參考模型如圖34所示。 圖34 軟件平臺(tái)參考模型 4 物聯(lián)網(wǎng)嵌入式網(wǎng)關(guān)Cortex A8DB概述 嵌入式網(wǎng)關(guān)Cortex A8DB開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介作為物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)IOVT2530中的嵌入式網(wǎng)關(guān)，CORTEX A8DB開(kāi)發(fā)板采用TI公司新一代移動(dòng)應(yīng)用處理器OMAP3530，該處理器在單一的芯片上集成了600MHz ARM CortexA8 Core、412MHz TMS320C64x+ DSP Core、圖形引擎、視頻加速器以及豐富的多媒體外設(shè)。CortexA8內(nèi)核基于ARMv7指令架構(gòu)，是ARM公司有史以來(lái)性能最強(qiáng)勁的一款處理器，適用于復(fù)雜操作系統(tǒng)及用戶應(yīng)用，運(yùn)行速度可以達(dá)600MHz至1GHz，功耗在300mW以下，而性能卻高達(dá)2000MIPS。CortexA8處理器復(fù)雜的流水線架構(gòu)基于雙對(duì)稱的，順序發(fā)射的，13級(jí)流水線，帶有先進(jìn)的動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)， DMIPS/MHz。10級(jí)NEON媒體流水線，專用的L2緩存，帶有可編程的等待狀態(tài)，支持多項(xiàng)與L3存儲(chǔ)器之間的未完成事務(wù)，以充分利用CPU。 ● CORTEX A8DB開(kāi)發(fā)板CORTEX A8DB開(kāi)發(fā)板采用核心板外加底板的模式，提供了7寸TFT 24位液晶觸摸屏，接口資源豐富，擴(kuò)展了通用的存儲(chǔ)器、通訊接口。在很小的體積下構(gòu)成了高性能、低功耗的嵌入式最小系統(tǒng)，成為下一代智能手機(jī)、GPS系統(tǒng)、媒體播放器以及全新便攜式設(shè)備等嵌入式應(yīng)用的最佳選擇。嵌入式網(wǎng)關(guān)（CORTEX A8DB 開(kāi)發(fā)板）及核心板如圖442所示。圖41嵌入式網(wǎng)關(guān)（CORTEX A8DB 開(kāi)發(fā)板）圖42 網(wǎng)關(guān)核心板其參數(shù)如下表所示：嵌入式網(wǎng)關(guān)(CortexA8小型化開(kāi)發(fā)板，7寸液晶屏)CPUARM CortexA8 600M以上DDR 256MFLASH 256M以太網(wǎng)100M Ethernet controller SD cardSD 卡控制器USB HOST 4個(gè)USB CLIENT1個(gè)RS232接口 3路液晶屏7 寸 TFT LCD（包含觸摸屏和有機(jī)玻璃外殼） 16：9 顯示，分辨率：800 480音頻AC97 標(biāo)準(zhǔn)音頻觸摸屏電阻式觸摸屏LED顯示9 個(gè) LED 工作狀態(tài)指示按鍵4個(gè)功能按鍵 無(wú)線廣域接入模塊GPRS/3G● TI OMAP3530應(yīng)用處理器TI推出的新一代移動(dòng)應(yīng)用處理器OMAP3530，是專門為智能手機(jī)、GPS 系統(tǒng)和筆記本電腦等低功耗便攜式應(yīng)用而設(shè)計(jì)。OMAP3530 在單一的芯片上集成了 ARM CortexA8內(nèi)核、TMS320C64x+ DSP 內(nèi)核、圖形引擎、視頻加速器以及豐富的多媒體外設(shè)，其中CortexA8 內(nèi)核擁有超過(guò)當(dāng)今 300MHz ARM9 器件4倍的處理性能。 OMAP3530應(yīng)用處理器基于增強(qiáng)型OMAP 3架構(gòu)，可廣泛用于流媒體、2D/3D游戲、視頻會(huì)議、高分辨率靜態(tài)圖像、3G多媒體手機(jī)、高性能PDA等應(yīng)用，它包含高性能移動(dòng)產(chǎn)品所需的高效電源管理技術(shù)。 具有更高速度的OMAP3530應(yīng)用處理器與評(píng)估板(EVM)不但可為設(shè)計(jì)人員運(yùn)行最新應(yīng)用特性提供更高性能，而且還可為添加其自身的IP預(yù)留空間。該款最新OMAP3530處理器采用720MHz ARM CortexA8內(nèi)核與520MHz TMS320C64x+ DSP，可幫助用戶加速訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)手冊(cè)、演示文檔、電子郵件、音視頻附件、Web瀏覽以及視頻會(huì)議應(yīng)用。此外，該單芯片解決方案還支持更快的啟動(dòng)時(shí)間，是便攜式信息娛樂(lè)、銷售點(diǎn)(POS)設(shè)備、Web輸入板以及單板計(jì)算機(jī)等應(yīng)用的理想選擇。 OMAP3530處理器的720MHz ARM CortexA8內(nèi)核支持 1400 Dhrystone每秒百萬(wàn)條指令(MIPS)；520MHz C64x+ DSP可為優(yōu)化音視頻編解碼器質(zhì)量與定制IP預(yù)留更多空間；用于加速2D/3D圖形的POWERVR SGX子系統(tǒng)支持顯示與游戲特效，能更好地加速視頻和游戲等應(yīng)用中的圖形處理；全面的電源與時(shí)鐘管理方案可實(shí)現(xiàn)高性能、低功耗工作以及超低功耗待機(jī)特性，還支持SmartReflex自適應(yīng)電壓控制功能，這種針對(duì)模塊工作電壓自動(dòng)控制的電源管理技術(shù)降低了有效功耗；相機(jī)圖像信號(hào)處理器(ISP)支持多種格式以及多種接口選項(xiàng)以連接各種圖像傳感器；顯示子系統(tǒng)具備同時(shí)處理多個(gè)圖像操作的特性，可編程接口支持各種顯示器，顯示子系統(tǒng)還支持NTSC/PAL視頻輸出；3級(jí)