zigbee协议栈各层的功能.doc

zigbee协议栈各层的功能 篇一：Zigbee 协议栈 各层分析 3.4.2 协议栈概况 本课题研究的系统ZigBee协议栈设计基于MSSTATE_LRWPAN。MSSTATE_LRWPAN是由美国密西西比州立大学的Robert B. Reese教授开发的一套ZigBee协议的简化实现。该协议栈可用于多种硬件平台，实现了协调器、路由器和精简功能节点之间的树路由、直接消息传输并用静态绑定方法实现了间接路由[[xxxix]]。 课题在对该协议栈进行深入分析的基础上，根据本课题中使用硬件平台的实际情况进行修改，将其移植到MSP430 + CC2420的硬件平台上来。程序使用C语言编写，使用IAR公司的EW430工具作为集成开发环境，编译后下载到目标板的MSP430芯片中。 协议栈使用有限状态机（FSM，Finite State Machine）的编程方式，在协议的每一层实现单独的有限状态机来跟踪该层的工作状态，整个协议栈采用嵌套调用的方式，上层调用下层的有限状态机，实现完整协议栈的运行。最顶层的有限状态机是应用程序支持子层（APS）的apsFSM（），需要周期性的调用，以维持整个协议栈正常运行。 经过对MSSTATE_LRWPAN协议各层源程序的原理和实现方法进行分析后发现，在将协议栈从一种硬件平台移植到另外一种硬件平台时，需要修改的主要是物理层（PHY）和媒体接入控制层（MAC），这两层与硬件联系紧密，需要针对节点硬件的实际连接方式作较大的修改，涉及的文件主要有cc2420.c、clockhal.c和 halStack.c等。PHY层和MAC层屏蔽了硬件的差异，上层协议通过服务接入点（SAP，Service Access Point）使用下层协议提供的服务，透明地完成对硬件的控制，所以网络层（NWK）和应用层（APS）等文件要作的改动较小。 3.4.3 物理层PHY 物理层是协议的最底层，承担着和外界直接作用的任务。该层定义了物理无线信道和MAC子层之间的接口，提供物理层数据服务和管理服务。数据服务负责控制射频收发器的工作，从物理无线信道上收发数据，主要有以下几个方面的功能 [[xl],[xli]]： （1）激活和休眠射频收发器； （2）信道能量检测； （3）检测接收到数据包的链路质量指示（LQI，Link Quality Indication）； （4）空闲信道评估（CCA，Clear Channel Assessment）； （5）收发数据。 为了提高协议栈的可移植性，让它可以灵活方便地应用于其它类型的硬件平台，从物理层中划分出一部分与硬件联系极为紧密的操作，形成硬件抽象层（HAL，Hardware Abstract Layer），这一层中的函数大多涉及到对硬件器件端口和寄存器的直接操作，包含对一部分硬件的初始化和一些中断函数入口定义。 硬件抽象层中的主要函数有： （1）halInit(void)：对硬件抽象层的初始化。包含了对串口UART和计时器MACTimer的初始化。 （2）halInitUart(void)：对串口UART的初始化。对连接UART的管脚设置I/O方向和功能，选择时钟信号源为SMCLK，设置波特率为57600，打开USART1的发送和接收使能并打开接收中断。 （3）halGetch(void)：从接收缓存中读取数据。 （4）halGetchRdy(void)：根据头指针和尾指针的位置判断是否接收到数据。 （5）halPutch(char c)：等待发送缓存可用时，向其中写入一个字节的数据进行发送。 （6）halInitMACTimer(void)：初始化计时器。 （7）halGetProcessorIEEEAddress(BYTE *buf)：获取节点的64位IEEE长地址，存在buf指向的数组内。 （8）halWaitMs(UINT32 msecs)：等待毫秒级的一段时间。 （9）halSleep(UINT32 msecs)：在看门狗溢出时间内处于LPM1低功耗模式。 （10） uart1_intr(void)：UART1中断处理函数，从接收缓存RXBUF1中读取接收到的数据。 （11） watchdog_timer(void)：看门狗中断处理函数，从LPM1低功耗休眠模式中退出。 在物理层PHY中实现的主要是初始化函数和物理层有限状态机phyFSM。物理层的初始化函数phyInit(void )对存储区域进行了初始化，将堆栈清空，并指示物理层有限状态机进入空闲状态。 物理层有限状态机设计如图3-10所示。 图3-10 物理层有限状态机phyFSM 物理层有限状态机接收上层指令，做初始化射频模块RF和向RF发送数据包的工作。数据包发送给R