引言

Z-STACK是TI公司推出的符合Zigbee2006規(guī)范且可支持多種平臺（包括CC2430/1）的協(xié)議棧。因其采用分布式尋址方案及簡化的AODV路由，故能適應無線傳感器網絡特點，并能在有移動節(jié)點、鏈路失效和丟包的環(huán)境下工作。為了方便任務管理，Z-STACK協(xié)議棧定義了完全構建在應用層上的OS-AL層（OperationSystemAbstractionLayer,操作系統(tǒng)抽象層），該層可以隔離Z-STACK協(xié)議棧和特定硬件系統(tǒng),并采用輪詢及優(yōu)先級控制方式實現(xiàn)任務調度,也支持IAR交互式及命令行編譯配置。其強大的協(xié)議棧功能使Z-STACK在競爭激烈的ZigBee領域占有很重要的地位，但Z-STACK協(xié)議棧相對復雜、開發(fā)周期較長。本文主要介紹Z-STACK協(xié)議棧的層次結構、任務調度流程，同時結合具體案例分析了基于Z-STACK協(xié)議棧的應用開發(fā)流程。

1  Z-STACK協(xié)議棧的層次結構

Z-STACK協(xié)議?？傮w上由硬件抽象層（HAL）,操作系統(tǒng)抽象層（OSAL）和ZigBee協(xié)議各層組成"。HAL層提供Timer,I/O.UART等資源的API；OSAL層負責任務管理，它采用輪詢機制，并且引入了優(yōu)先級控制，可以隔離協(xié)議棧和特定硬件系統(tǒng)，因而用戶無須過多了解具體平臺的底層，就可以利用OSAL提供的豐富工具實現(xiàn)各種功能，包括任務注冊、初始化和啟動，同步任務，多任務間的消息傳遞，中斷處理，定時器控制，內存定位等^：2：;ZigBee協(xié)議各層集成有任務事件。從程序執(zhí)行角度看,一般主要接觸的是HAL層和OSAL層。

2  Z-STACK協(xié)議棧的任務調度流程

Z-STACK的任務管理主要由OSAL層完成。在OSAL中判斷事件發(fā)生是通過tasksEvents[idx]任務事件數(shù)組來進行的在OSAL初始化時，tasksEvents[]數(shù)組被初始化為零，一旦系統(tǒng)中有事件發(fā)生，就用osal_set_event（）函數(shù)把tasksEvents[taskID]賦值為對應的事件。不同的任務有不同的taskID,這樣，任務事件數(shù)組tasksEvents中就會表示系統(tǒng)中哪些任務存在沒有處理的事件,然后調用各任務處理對應的事件。

3  基于Z-STACK協(xié)議棧的應用開發(fā)流程

3.1  初始化應用服務變量及分配任務ID

以Z-STACK自帶的OSAL_GenericApp.c文件為例,tasksArr[]和osallnit Tasks()主要完成應用服務變量的初始化及任務ID的分配。

tasksArr[]數(shù)組里存放了所有任務事件處理函數(shù)的指針(默認有6個任務)，可標識與其對應的任務。tasksArr[]定義如下：

constpTaskEventHandlerFntasksArr[]={

...

ZDApp_event_loop,};

osallnitTasks()是OSAL的任務初始化函數(shù)，所有任務的初始化工作都在這里面完成,并且自動給每個任務分配一個ID。osallnitTasks()的定義如下：

void osallnitTasks(void){uint8taskID=0； 

tasksEvents=(uintl6*)osal  mem  alloc(sizeof(uintl6)*tasksCnt)；

osal_memset(tasksEvents,0,(sizeof(uintl6)*task-sCnt))；

...

ZDApp_Init(taskID++)；}

添加新任務GenericApp時，首先需將事件處理函數(shù)GenericApp ProcessEvent的指針加入task-sArr[],然后在osallnitTasks()中調用此任務的初始化函數(shù)GenericApp Init(tasked)^；。 應當注意的是,TaskArr[]里各任務函數(shù)的排列順序要與osalln-itTasks()函數(shù)中調用各任務初始化的函數(shù)相一致，以保證各任務能通過初始化函數(shù)接收到正確的任務ID。

在系統(tǒng)運行時，OSAL如何將事件分配給任務osallnitTasks()中使用的全局變量tasksCnt保存有當前的任務個數(shù)，tasksEvents是一個指向數(shù)組的指針，此數(shù)組保存了當前任務的狀態(tài)。由此可以看出,osallnitTasks()中將所有任務的狀態(tài)都被初始化為0,這代表了當前任務沒有需要響應的事件。之后，在main。函數(shù)中調用死循環(huán)函數(shù)osal_start_sys-tem()，再通過代碼do(if(tasksEvents[idx])break；}while(十十idxVtasksCnt)；完成所有的事件分配。若tasksEvents[]這個數(shù)組中的某個元素不為0,即代表此任務有事件需要響應，事件類型取決于這個元素的值。這個do-while循環(huán)會選出當前優(yōu)先級最高的需要響應的任務，events=(tasksArr[idx])(idx,events);語句將調用tasksArr[]數(shù)組里面相應的事件處理函數(shù)來響應事件。如果新添加的任務有了需要響應的事件，那么此任務的事件處理程序就會被調用。這樣,OSAL就會將需要響應的事件傳遞給了對應的任務處理函數(shù)進行處理。

3.2  在AF層中注冊應用服務

要將ZigBee節(jié)點加入ZigBee網絡，通常需要在任務中做以下兩件事情

其一是定義此任務為ZigBee應用服務對象所需要的信息。其二是將這些信息注冊到應用程序框架之中。通過在AF層注冊應用對象的信息，可以告知系統(tǒng)afAddr_Type_t地址類型數(shù)據包的路由端點。通過填入endPointDesc_t數(shù)據格式的EndPoint變量，便可調用afRegister()在AF層注冊EndPoint應用對象(afRegister(&-GenericApp  MANAGE  epDesc)；)。

3.3  注冊相應的OSAL或HAL系統(tǒng)服務

由于任何Z-STACK任務均不自行注冊系統(tǒng)服務，因此，包括串口活動響應在內的任何任務都需要由應用程序注冊官。例如，應用程序中需要使任務能夠接收到按鍵消息，因而必須在應用程序框架中進行注冊，告訴應用程序框架，如有按鍵消息即請傳遞過來。可通過代碼RegisterForKeys(GenericApp  MANAGE_TaskID)在GenericApp_MANAGE_Init函數(shù)中注冊系統(tǒng)服務。

3.4  處理任務事件

Z-STACK通過創(chuàng)建ApplicationName  Pro-cessEvent()函數(shù)來處理任務事件。一個OSAL任務除了強制事件(MandatoryEvents)之外，還可以定義包括ZDO_STATE_CHANGE在內的15個事件。當一個ZigBee節(jié)點成功加入網絡以后，ZDO就會給所有已經在應用程序框架中注冊過的任務發(fā)送一個ZDO_STATE_CHANGE消息，消息的狀態(tài)指示了當前網絡的狀態(tài)登?？梢酝ㄟ^處理此消息完成應用功能。以TIDEMO提供的鍵控LED燈為例，當一個消息被發(fā)送給任務時,SYS_EVENT_MSG事件會被傳遞給任務，通知任務有一個消息等待處理。所以，必須添加對于SYS_EVENT_MSG這個事件的響應,然后從消息隊列中取出消息，并判斷此消息是否為ZDO STATE_CHANGE,同時在處理ZDO_STATE_CHANGE消息時點亮LED燈。

4  結語

Z-STACK協(xié)議棧提供有強大的功能，這使得大部分應用設計都能基于現(xiàn)有的開放式協(xié)議進行應用開發(fā)。對于初學者而言，學習Z-STACK的關鍵是理清Z-STACK的協(xié)議棧結構以及及基于輪詢及優(yōu)先級控制的任務管理方式。文中在簡要介紹了Z-STACK協(xié)議棧層次結構的基礎上，詳細分析了任務調度流程以及基于協(xié)議棧的應用開發(fā)流程。