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本文首先介紹Zigbee的若干基本概念，然后針對TI Zigbee解決方案中的Zigbee網(wǎng)絡(luò)處理器（ZNP）應(yīng)用形式，介紹如何創(chuàng)建一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，并與已有的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。

基本概念

Zigbee

Zigbee是一種短距離、低速率、低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包含了從底層網(wǎng)絡(luò)到上層應(yīng)用的完整定義，標(biāo)準(zhǔn)由Zigbee聯(lián)盟制定，最新規(guī)格為Zigbee 3.0。
多個(gè)IC廠商提供包含Zigbee技術(shù)的產(chǎn)品，本文只討論TI的解決方案。

信道

Zigbee可以在Sub-1GHz、2.4GHz等多個(gè)頻率范圍工作，一般選擇在2.4GHz頻率范圍，這個(gè)范圍中又劃分出16個(gè)具體的頻點(diǎn)（信道），對應(yīng)編號(hào)從11（0x0B）到26（0x1A）。當(dāng)同一個(gè)或相鄰近的物理空間中有多個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要錯(cuò)開信道。

設(shè)備類型

Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分為三種類型：協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由（Router）和終端節(jié)點(diǎn)（End Device）。其中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)，并為新加入的節(jié)點(diǎn)分配地址（當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建立、節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后，即使去掉協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)也能正常工作）；路由負(fù)責(zé)將收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)，以拓展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍；終端節(jié)點(diǎn)只能接收和發(fā)送自身的數(shù)據(jù)，不能轉(zhuǎn)發(fā)。
需要說明的是：（1）路由本身也具有終端節(jié)點(diǎn)的功能，可以收發(fā)自身的數(shù)據(jù)；（2）終端節(jié)點(diǎn)可以不依賴路由，直接通過協(xié)調(diào)器入網(wǎng)。所以，一個(gè)完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò)，可以沒有終端節(jié)點(diǎn)，只有協(xié)調(diào)器和路由；也可以沒有路由，只有協(xié)調(diào)器和終端節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)地址

Zigbee設(shè)備在出廠時(shí)都有一個(gè)唯一的8字節(jié)MAC地址，但在加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)被協(xié)調(diào)器分配一個(gè)兩字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址，后續(xù)以這個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址通信。協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)地址是0x0000。0xFFFF是廣播地址，如果將通信的目的地址設(shè)為0xFFFF，那么所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到。

PANID

PANID是Zigbee網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)，即使同一信道里有多個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，只要它們的PANID不同，也可以共存并獨(dú)立工作。

Z-Stack

Z-Stack是TI的Zigbee協(xié)議棧，包含文檔、源代碼和預(yù)編譯的庫，可以從TI網(wǎng)站上下載。Z-Stack使用IAR編譯和調(diào)試，生成的hex文件通過燒寫器燒寫進(jìn)Zigbee芯片當(dāng)中。

ZNP

ZNP，即Zigbee網(wǎng)絡(luò)處理器，是TI的Zigbee解決方案的一種應(yīng)用形式。在這種形式下，Zigbee芯片只負(fù)責(zé)處理底層網(wǎng)絡(luò)的功能，而將上層應(yīng)用交給主機(jī)處理，ZNP與主機(jī)之間通過USB或UART連接。Zigbee芯片實(shí)現(xiàn)ZNP功能所需的固件及其源碼，以及接口API的說明都包含在Z-Stack中。所謂接口API，指主機(jī)通過USB或UART與ZNP通信的幀格式，以及命令和參數(shù)的定義。在主機(jī)側(cè)，TI提供了對接口API的包裝，即znp-host-framework，C語言實(shí)現(xiàn)，開源，代碼托管在TI的Git網(wǎng)站上，另外在GitHub上還有適用于Node.js的版本。

安全

Zigbee網(wǎng)絡(luò)支持安全加密機(jī)制，通信數(shù)據(jù)采集AES加密。密鑰的分發(fā)有兩種方法：一種是預(yù)先配置在所有需要加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上；另一種是只配置在協(xié)調(diào)器上，節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)分發(fā)到節(jié)點(diǎn)。

配置ZNP

TI有多款芯片可以用作ZNP，我們選擇CC2538，通過其自帶的USB接口連接主機(jī)，硬件dongle可以從淘寶采購。對應(yīng)的工程文件在Z-Stack的Projects\zstack\ZNP\CC2538目錄當(dāng)中。
Z-Stack中默認(rèn)開啟了安全加密，可以通過修改代碼禁用：

Projects/zstack/Tools/CC2538DB/f8wConfig.cfg

21（修改宏定義）: DSECURE=0

Components/stack/bdb/bdb_touchlink.h

50（注釋掉此行）: //#error SECURE must be globally defined to TRUE.

如果按照TI提供的參考設(shè)計(jì)，配置了CC2592作為PA，還需要使能它：

Components/hal/target/CC2538ZNP/hal_board_cfg.h

84（增加一行）: #define HAL_PA_LNA_CC2592

使用ZNP創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)

將CC2538 USB dongle連接到主機(jī)，就可以從主機(jī)上發(fā)命令控制它了。CC2538的USB接口是一個(gè)CDC設(shè)備，在Windows上無需安裝驅(qū)動(dòng)，會(huì)被識(shí)別成一個(gè)串口；在Linux系統(tǒng)上，需要確保內(nèi)核包含USB CDC設(shè)備驅(qū)動(dòng)，會(huì)被識(shí)別成/dev/ttyACMx（x是序號(hào)，從0開始）。

Z-Tool

Z-Tool是Z-Stack附帶的一個(gè)測試工具，可以用它給ZNP發(fā)送指令。在安裝Z-Stack以后，在安裝目錄下找到Tools\Z-Tool\Z-Tool.exe，雙擊打開，它會(huì)自動(dòng)搜索并連接ZNP。

Z-Tool

如上圖所示，界面左上角是Z-Tool支持的各種命令，分為System、AF等多個(gè)類別。下面介紹使用這些命令控制ZNP創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的步驟。

配置啟動(dòng)選項(xiàng)，在下次復(fù)位前清除網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和所有配置

命令：SimpleAPI/ZB_WRITE_CONFIGURATION
參數(shù)：ConfigId: 3（ZCD_NV_STARTUP_OPTION），Len: 1，Value: [3]
復(fù)位

命令：SimpleAPI/ZB_SYSTEM_RESET
配置設(shè)備類型

命令：SimpleAPI/ZB_WRITE_CONFIGURATION
參數(shù)：ConfigId: 135（ZCD_NV_LOGICAL_TYPE），Len: 1，Value: [0]（協(xié)調(diào)器）
設(shè)置PANID

命令：Util/UTIL_SET_PANID
參數(shù)：PanId: 6
設(shè)置信道（復(fù)位后生效）

命令：Util/UTIL_SET_CHANNELS
參數(shù)：Channels: 0x00020000（即17信道，計(jì)算方法：1<<17 = 0x00020000）
設(shè)置信道（立即生效）

命令：AppConfig/APP_CNF_BDB_SET_CHANNEL
參數(shù)：isPrimary: TRUE, Channels: 0x00020000（計(jì)算方法同上一條命令）
注冊應(yīng)用程序（對于創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)來說，這一步不是必需的，但后面收發(fā)數(shù)據(jù)需要）

命令：AF/AF_REGISTER
參數(shù)：
EndPoint: 11
AppProfID: 3845
AppDeviceId: 256
AppDevVer: 0
LatencyReq: 0
AppNumInClusters: 1
AppInClusterList: [1]
AppNumOutClusters: 1
AppOutClusterList: [1]
啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

命令：ZDO/ZDO_STARTUP_FROM_APP
配置啟動(dòng)選項(xiàng)，在下次復(fù)位后保持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和配置

命令：ZB_WRITE_CONFIGURATION
參數(shù)：ConfigId: 3（ZCD_NV_STARTUP_OPTION），Len: 1, Value: 0

Node.js

以上步驟可以通過Node.js腳本實(shí)現(xiàn)：

const znp = require('cc-znp')
znp.request('SAPI', 'writeConfiguration', {
            configid: 3,
            len: 1,
            value: [0x03]
        })
znp.request('SAPI', 'systemReset', {})
znp.request('SAPI', 'writeConfiguration', {
                configid: 0x87,
                len: 1,
                value: [0] //coordinator
            })
znp.request('UTIL', 'setPanid', {
                panid: 6
            })
znp.request('UTIL', 'setChannels', {
                channels: 0x00020000
            })
znp.sendCmd(1, 'RPC_SYS_DEBUG', 0x08, new Buffer([1, 0, 0, 2, 0]))
znp.request('AF', 'register', {
                endpoint: 0x0B, 
                appprofid: 0xF05, 
                appdeviceid: 0x100, 
                appdevver: 0, 
                latencyreq: 0, 
                appnuminclusters: 1, 
                appinclusterlist: [1], 
                appnumoutclusters: 1, 
                appoutclusterlist: [1] 
            })
znp.request('ZDO', 'startupFromApp', {
                startdelay: 0
            }
znp.request('SAPI', 'writeConfiguration', {
            configid: 3,
            len: 1,
            value: [0]
        })

發(fā)送數(shù)據(jù)（待發(fā)送的數(shù)據(jù)放在buffer變量中）：

znp.request('AF', 'dataRequest', {
                dstaddr: 0xFFFF,
                destendpoint: 0x0B,
                srcendpoint: 0x0B,
                clusterid: 0x0001,
                transid: 1,
                options: 0,
                radius: 0x7,
                len: buffer.length,
                data: buffer
            })

接收數(shù)據(jù)：

znp.on('AREQ', function (msg) {
    if(msg.ind === 'incomingMsg') {
        var srcaddr = msg.data.srcaddr;
        var data = msg.data.data;
    }
});

C語言

在Linux上，可以使用TI提供的znp-host-framework來操作ZNP。其中提供了一個(gè)cmdLine例程，可以在命令行中交互式地設(shè)置創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，主要步驟與上文大體一致，缺少了AppConfig/APP_CNF_BDB_SET_CHANNEL這條命令（設(shè)置信道并立即生效），可以自行添加：

/*
 * mtAppCnf.c
 *
 * This module contains the API for the MT App Config Interface
 *
 */
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "mtAppCnf.h"
#include "mtParser.h"
#include "rpc.h"
#include "dbgPrint.h"

extern uint8_t srspRpcBuff[RPC_MAX_LEN];

uint8_t appCnfBdbSetChannel(mtBdbSetChannelFormat_t *req)
{
    uint8_t status;
    uint8_t cmInd = 0;
    uint32_t cmdLen = 5;
    uint8_t *cmd = malloc(cmdLen);

    if (cmd)
    {
        cmd[cmInd++] = req->isPrimary;
        memcpy((cmd + cmInd), req->channelMask, 4);
        cmInd += 4;

        status = rpcSendFrame((MT_RPC_CMD_SREQ | MT_RPC_SYS_APP_CNF),
        MT_APP_CNF_BDB_SET_CHANNEL, cmd, cmdLen);

        if (status == MT_RPC_SUCCESS)
        {
            rpcWaitMqClientMsg(50);
            status = srspRpcBuff[2];
        }

        free(cmd);
        return status;
    }
    else
    {
        dbg_print(PRINT_LEVEL_WARNING, "Memory for cmd was not allocated\n");
        return 1;
    }
}

TODO

新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)：需要在Zigbee協(xié)調(diào)器上控制是否允許新節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)。

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Zigbee網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用簡介

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基本概念

Zigbee

信道

設(shè)備類型

網(wǎng)絡(luò)地址

PANID

Z-Stack

ZNP

安全

配置ZNP

使用ZNP創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)

Z-Tool

Node.js

C語言

TODO

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