数据传输的基本功能：两个Zigbee节点进行点对点通信，Zigbee节点2发送"LED"三个字符，Zigbee节点1收到数据后，对接收到的数据进行判断，如果收到的数据是"LED"，则使开发板上的LED灯闪烁。数据传输实验原理如下图所示：
协调器节点编程：
在Zigbee无线传感器网络中有三种设备类型：协调器、路由器和终端节点，设备类型是由Zigbee协议栈不同的编译选项来选择的。协调器主要负责网络组建、维护、控制终端节点的加入等。路由器主要负责数据包的路由选择，终端节点负责数据的采集，不具备路由功能。
在本实验中，Zigbee节点1配置为一个协调器，负责Zigbee网络的组件，Zigbee节点2配置为一个终端节点，上电后加入Zigbee节点1建立的网络，然后发送"LED"给节点1。
打开ZStack-CC2530-2.5.1a协议栈中的GenericApp工程，在此工程的中创建3个文件，分别保存到source目录并命名为Coordinator.h、Coordinator.c、Enddevice.c，其中两个文件用于协调器中，而最后一个Enddevice.c用于终端节点中。然后将这三个文件都添加到App目录下，右击App->Add->Add Files...
将App目录下的Enddevice.c、GenericApp.c以及GenericApp.h隐藏编译到整个工程，具体操作如下：
右击Enddevice.c->Options...
同样的方法将GenericApp.c以及GenericApp.h隐藏编译到整个工程，最后这三个文件变成灰色了，如下图所示：
Coordinator.h
#ifndef _COORDINATOR_H_Coordinator.c
#define _COORDINATOR_H_
#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
/*********************************************************************
* INCLUDES 头文件
*/
#include "ZComDef.h"
/*********************************************************************
* CONSTANTS 常量
*/
#define GENERICAPP_ENDPOINT 10
#define GENERICAPP_PROFID 0x0F04
#define GENERICAPP_DEVICEID 0x0001
#define GENERICAPP_DEVICE_VERSION 0
#define GENERICAPP_FLAGS 0
#define GENERICAPP_MAX_CLUSTERS 1
#define GENERICAPP_CLUSTERID 1
/*********************************************************************
* FUNCTIONS 函数
*/
/*
* Task Initialization for the Generic Application 通用应用程序的初始化
*/
extern void GenericApp_Init( byte task_id );
/*
* Task Event Processor for the Generic Application 通用应用程序的任务事件处理
*/
extern UINT16 GenericApp_ProcessEvent( byte task_id, UINT16 events );
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
/*********************************************************************Coordinator.h和Coordinator.c是分别对GenericApp.h、GenericApp.c文件进行裁剪的，把一些暂时不需要的都却掉了。协调器编程最后一步还得修改OSAL_GenericApp.c文件，将OSAL_GenericApp.c的头文件GenericApp.h改为Coordinator.h。
* INCLUDES 头文件
*/
#include "OSAL.h"
#include "AF.h"
#include "ZDApp.h"
#include "ZDObject.h"
#include "ZDProfile.h"
#include "DebugTrace.h"
#include <string.h>
#include "Coordinator.h"
#if !defined( WIN32 )
#include "OnBoard.h"
#endif
/* HAL */
#include "hal_lcd.h"
#include "hal_led.h"
#include "hal_key.h"
#include "hal_uart.h"
/*********************************************************************
* GLOBAL VARIABLES 全局变量
*/
/*
* typedef uint16 cId_t;
* #define GENERICAPP_MAX_CLUSTERS 1
* #define GENERICAPP_CLUSTERID 1
*/
// This list should be filled with Application specific Cluster IDs.
const cId_t GenericApp_ClusterList[GENERICAPP_MAX_CLUSTERS] =
{
GENERICAPP_CLUSTERID
};
/*在AF.h中定义此结构体的
typedef struct
{
uint8 EndPoint;
uint16 AppProfId;
uint16 AppDeviceId;
uint8 AppDevVer:4;
uint8 Reserved:4; // AF_V1_SUPPORT uses for AppFlags:4.
uint8 AppNumInClusters;
cId_t *pAppInClusterList;
uint8 AppNumOutClusters;
cId_t *pAppOutClusterList;
} SimpleDescriptionFormat_t;
描述zigbee设备节点*/
const SimpleDescriptionFormat_t GenericApp_SimpleDesc =
{
GENERICAPP_ENDPOINT, // int Endpoint; 该宏在Coordinator.h中定义为10
GENERICAPP_PROFID, // uint16 AppProfId[2]; 该宏在Coordinator.h中定义为0x0F04
GENERICAPP_DEVICEID, // uint16 AppDeviceId[2]; 该宏在Coordinator.h中定义为0x0001
GENERICAPP_DEVICE_VERSION, // int AppDevVer:4; 该宏在Coordinator.h中定义为0
GENERICAPP_FLAGS, // int AppFlags:4; 该宏在Coordinator.h中定义为0
GENERICAPP_MAX_CLUSTERS, // byte AppNumInClusters; 该宏在Coordinator.h中定义为1
(cId_t *)GenericApp_ClusterList, // byte *pAppInClusterList;
0, // byte AppNumOutClusters;
(cId_t *)NULL // byte *pAppOutClusterList;
};
/*在AF.h中定义此结构体的
typedef struct
{
uint8 endPoint;
uint8 *task_id; // Pointer to location of the Application task ID.
SimpleDescriptionFormat_t *simpleDesc;
afNetworkLatencyReq_t latencyReq;
} endPointDesc_t;
*/
endPointDesc_t GenericApp_epDesc; //节点描述符
/*********************************************************************
* LOCAL VARIABLES 局部变量
*/
byte GenericApp_TaskID; //任务ID，也是任务的优先级，ID越小优先级越高
byte GenericApp_TransID; //数据发送序列号
/*********************************************************************
* LOCAL FUNCTIONS 局部函数
*/
static void GenericApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pckt ); //消息处理函数
/*任务初始化*/
void GenericApp_Init( uint8 task_id )
{
GenericApp_TaskID = task_id; //初始化任务ID以及优先级
GenericApp_TransID = 0; //初始化数据发送序列号为0，在Zigbee协议栈中每发送一次数据包，发送序列号自动加1
/*节点描述符初始化*/
GenericApp_epDesc.endPoint = GENERICAPP_ENDPOINT;
GenericApp_epDesc.task_id = &GenericApp_TaskID;
GenericApp_epDesc.simpleDesc
= (SimpleDescriptionFormat_t *)&GenericApp_SimpleDesc;
GenericApp_epDesc.latencyReq = noLatencyReqs;
/*
* Register the endpoint description with the AF
* 将节点描述符注册，只有注册了才可以使用OSAL提供的系统服务
*/
afRegister( &GenericApp_epDesc );
}
uint16 GenericApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
afIncomingMSGPacket_t *MSGpkt; //指向接收消息结构体的指针MSGpkt
if ( events & SYS_EVENT_MSG )
{
/*
* osal_msg_recevice函数是从消息队列上接收消息，该消息中包含了接到到的无线数据包
* 准确地说是包含了指向接收到的无线数据包的指针
*/
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( GenericApp_TaskID );
while ( MSGpkt )
{
switch ( MSGpkt->hdr.event ) //对接收到的消息进行判断，如果是接收到了无线数据，则对数据进行相应的处理
{
case AF_INCOMING_MSG_CMD: //接受到新数据的消息的ID是AF_INCOMING_MSG_CMD,这个宏是在协议栈中定义好的值为0x1A
{
GenericApp_MessageMSGCB( MSGpkt );
}
break;
default:
break;
}
/*
* 接收到的消息处理完成后，需要释放消息所占据的存储空间，因为Zigbee协议栈中，
* 接收到的消息是存放在堆上的，所有需要调用osal_msg_deallocate函数将其占据的堆内存释放，
* 否则容易引起“内存泄漏”
*/
osal_msg_deallocate( (uint8 *)MSGpkt );
/*
* 处理完一个消息后，再从消息队列里接收消息，然后对其进行相应的处理，直到所有消息都处理完为止
*/
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( GenericApp_TaskID );
}
// return unprocessed events
return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
}
return 0;
}
static void GenericApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
{
uint8 buffer[4] = " ";
switch (pkt->clusterId)
{
case GENERICAPP_CLUSTERID:
{
osal_memcpy(buffer,pkt->cmd.Data,3);
if ((buffer[0] == 'L') || (buffer[1] == 'E') || (buffer[2] == 'D'))
{
HalLedBlink(HAL_LED_2,0,50,500);//使某个LED闪烁
}
else
{
HalLedSet(HAL_LED_2,HAL_LED_MODE_ON);//设置某个LED的状态，点亮、熄灭、翻转
}
}
break;
}
}
最后在工程工作空间的下拉列表框选择协调器CoordinatorEB，所下图所示：
单击Download and Debug下载和调试
终端节点编程：
将Coordinator.c隐藏编译到工程中，而恢复Enddevice.c编译到工程中，并在工程工作空间的下拉列表框选择协调器EedDeviceEB，所下图所示：
Eeddevice.c
/*********************************************************************
* INCLUDES 头文件
*/
#include "OSAL.h"
#include "AF.h"
#include "ZDApp.h"
#include "ZDObject.h"
#include "ZDProfile.h"
#include "DebugTrace.h"
#include <string.h>
#include "Coordinator.h"
#if !defined( WIN32 )
#include "OnBoard.h"
#endif
/* HAL */
#include "hal_lcd.h"
#include "hal_led.h"
#include "hal_key.h"
#include "hal_uart.h"
#define SEND_DATA_EVENT 0x01
/*********************************************************************
* GLOBAL VARIABLES 全局变量
*/
/*
* typedef uint16 cId_t;
* #define GENERICAPP_MAX_CLUSTERS 1
* #define GENERICAPP_CLUSTERID 1
*/
// This list should be filled with Application specific Cluster IDs.
const cId_t GenericApp_ClusterList[GENERICAPP_MAX_CLUSTERS] =
{
GENERICAPP_CLUSTERID
};
/*在AF.h中定义此结构体的
typedef struct
{
uint8 EndPoint;
uint16 AppProfId;
uint16 AppDeviceId;
uint8 AppDevVer:4;
uint8 Reserved:4; // AF_V1_SUPPORT uses for AppFlags:4.
uint8 AppNumInClusters;
cId_t *pAppInClusterList;
uint8 AppNumOutClusters;
cId_t *pAppOutClusterList;
} SimpleDescriptionFormat_t;
描述zigbee设备节点*/
const SimpleDescriptionFormat_t GenericApp_SimpleDesc =
{
GENERICAPP_ENDPOINT, // int Endpoint; 该宏在Coordinator.h中定义为10
GENERICAPP_PROFID, // uint16 AppProfId[2]; 该宏在Coordinator.h中定义为0x0F04
GENERICAPP_DEVICEID, // uint16 AppDeviceId[2]; 该宏在Coordinator.h中定义为0x0001
GENERICAPP_DEVICE_VERSION, // int AppDevVer:4; 该宏在Coordinator.h中定义为0
GENERICAPP_FLAGS, // int AppFlags:4; 该宏在Coordinator.h中定义为0
0, // byte AppNumInClusters; 该宏在Coordinator.h中定义为1
(cId_t *)NULL, // byte *pAppInClusterList;
GENERICAPP_MAX_CLUSTERS, // byte AppNumOutClusters;
(cId_t *)GenericApp_ClusterList // byte *pAppOutClusterList;
};
/*在AF.h中定义此结构体的
typedef struct
{
uint8 endPoint;
uint8 *task_id; // Pointer to location of the Application task ID.
SimpleDescriptionFormat_t *simpleDesc;
afNetworkLatencyReq_t latencyReq;
} endPointDesc_t;
*/
endPointDesc_t GenericApp_epDesc; //节点描述符
/*********************************************************************
* LOCAL VARIABLES 局部变量
*/
byte GenericApp_TaskID; //任务ID，也是任务的优先级，ID越小优先级越高
byte GenericApp_TransID; //数据发送序列号
/*在ZDApp.h中定义了此结构体
typedef enum
{
DEV_HOLD, // Initialized - not started automatically
DEV_INIT, // Initialized - not connected to anything
DEV_NWK_DISC, // Discovering PAN's to join
DEV_NWK_JOINING, // Joining a PAN
DEV_NWK_REJOIN, // ReJoining a PAN, only for end devices
DEV_END_DEVICE_UNAUTH, // Joined but not yet authenticated by trust center
DEV_END_DEVICE, // Started as device after authentication
DEV_ROUTER, // Device joined, authenticated and is a router
DEV_COORD_STARTING, // Started as Zigbee Coordinator
DEV_ZB_COORD, // Started as Zigbee Coordinator
DEV_NWK_ORPHAN // Device has lost information about its parent..
} devStates_t
*/
devStates_t GenericApp_NwkState; //保存节点状态
/*********************************************************************
* LOCAL FUNCTIONS 局部函数
*/
static void GenericApp_SendTheMessage( void ); //数据发送函数
/*任务初始化*/
void GenericApp_Init( uint8 task_id )
{
GenericApp_TaskID = task_id; //初始化任务ID以及优先级
GenericApp_NwkState = DEV_INIT; //将设备状态初始化为DEV_INIT，表示该节点没有连接到zigbee网络
GenericApp_TransID = 0; //初始化数据发送序列号为0，在Zigbee协议栈中每发送一次数据包，发送序列号自动加1
/*节点描述符初始化*/
GenericApp_epDesc.endPoint = GENERICAPP_ENDPOINT;
GenericApp_epDesc.task_id = &GenericApp_TaskID;
GenericApp_epDesc.simpleDesc
= (SimpleDescriptionFormat_t *)&GenericApp_SimpleDesc;
GenericApp_epDesc.latencyReq = noLatencyReqs;
/*
* Register the endpoint description with the AF
* 将节点描述符注册，只有注册了才可以使用OSAL提供的系统服务
*/
afRegister( &GenericApp_epDesc );
}
uint16 GenericApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
afIncomingMSGPacket_t *MSGpkt; //指向接收消息结构体的指针MSGpkt
if ( events & SYS_EVENT_MSG )
{
/*
* osal_msg_recevice函数是从消息队列上接收消息，该消息中包含了接到到的无线数据包
* 准确地说是包含了指向接收到的无线数据包的指针
*/
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( GenericApp_TaskID );
while ( MSGpkt )
{
switch ( MSGpkt->hdr.event ) //对接收到的消息进行判断，如果是接收到了无线数据，则对数据进行相应的处理
{
case ZDO_STATE_CHANGE: //状态改变，这里即是连上网了
{
GenericApp_NwkState = (devStates_t)(MSGpkt->hdr.status);
if (DEV_END_DEVICE == GenericApp_NwkState)//对节点类型判断，是终端节点往下执行
{
//osal_set_event(GenericApp_TaskID, SEND_DATA_EVENT);
GenericApp_SendTheMessage();
}
}
break;
default:
break;
}
/*
* 接收到的消息处理完成后，需要释放消息所占据的存储空间，因为Zigbee协议栈中，
* 接收到的消息是存放在堆上的，所有需要调用osal_msg_deallocate函数将其占据的堆内存释放，
* 否则容易引起“内存泄漏”
*/
osal_msg_deallocate( (uint8 *)MSGpkt );
/*
* 处理完一个消息后，再从消息队列里接收消息，然后对其进行相应的处理，直到所有消息都处理完为止
*/
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( GenericApp_TaskID );
}
// return unprocessed events
return (events ^ SYS_EVENT_MSG);
}
/* if (events & SEND_DATA_EVENT)
{
GenericApp_SendTheMessage();
osal_start_timerEx(GenericApp_TaskID,SEND_DATA_EVENT,1000);
return (events ^ SEND_DATA_EVENT);
}*/
return 0;
}
static void GenericApp_SendTheMessage( void )
{
uint8 theMessageData[4] = "LED";
afAddrType_t my_DstAddr;
my_DstAddr.addrMode = (afAddrMode_t)Addr16Bit;//将发送地址模式设置为单播
my_DstAddr.endPoint = GENERICAPP_ENDPOINT;//初始化端口号
/*在zigbee网络中，协调器的网络地址是固定的为0x0000，因此向协调器发送时，可以直接指定协调器的网络地址*/
my_DstAddr.addr.shortAddr = 0x0000;
/*无线发送*/
AF_DataRequest(&my_DstAddr,
&GenericApp_epDesc,
GENERICAPP_CLUSTERID,
3,
theMessageData,
&GenericApp_TransID,
AF_DISCV_ROUTE,
AF_DEFAULT_RADIUS);
HalLedBlink(HAL_LED_1,0,50,500);//使某个LED闪烁
}
单击Download and Debug下载和调试终端节点程序到Zigbee节点2上。
重启协调器节点1电源开关，然后重启终端节点2电源开关。将看到终端节点2的LED1灯先闪烁，说明终端节点已经加入协调器节点1组建的网络中并且将数据已经发送个协调器了，几秒过后将看到协调器节点1的LED2灯已经闪烁起来了，这说明协调器已经收到了终端节点发送的数据，并且进行判断数据了。
Zigbee数据传输剖析
1、实验原理及流程图
协调器流程图如图4-19所示，终端节点流程图如4-20所示
协调器上电后，会按照编译时给定的参数，选择合适的信道、合适的网络号，建立Zigbee无线网络，这部门代码不需要我们来实现，Zigbee协议栈已经实现了，在Zigbee协议栈的ZDO层实现的，即ZDApp_init任务初始化。
终端节点上电后，回进行硬件电路的初始化，然后搜索是否有Zigbee无线网络，如果有Zigbee无线网络再自动加入(这是最简单的情况，当然可以控制节点加入网络时要符合编译时确定的网络号等)，然后发送数据到协调器，最后使LED闪烁。
2、数据发送
在ZigBee协议栈中进行数据发送可以调用AF_DataRequest函数实现，该函数会调用协议栈里面与硬件相关的函数最终将数据通过无线发送出去，这里面涉及对射频模块的操作，例如：打开发射机，调整发射机的发送功率等内容，这些部分协议栈已经实现了，不需自己写代码实现，只需要掌握AF_DATARequest函数的使用方法即可。
下面简要讲解一下AF_DATARequest数据发送函数中各个参数的具体含义
afStatus_t AF_DataRequest( afAddrType_t *dstAddr, endPointDesc_t *srcEP,(1)、afAddrType_t *dstAddr——该参数包含了目的节点的网络地址以及发送数据的格式，如广播、单播或多播等。
uint16 cID, uint16 len, uint8 *buf, uint8 *transID,
uint8 options, uint8 radius )
(2)、endPointDesc_t *srcEP——在Zigbee无线网络中，通过网络地址可以找到某个具体的节点，如协调器的网络地址是0x0000，但是具体到某一个节点上，还有不同的端口(endPoint)，每个节点上最多支持240个端口。
节点和端口的关系如下图所示，每个节点上最后又240个端口，端口0是默认的ZDO，端口1~240用户可以自己定义，引入端口只要是由于TI实现的Zigbee协议栈中加入一个小的操作系统(OSAL)，这样，每个节点上的所有端口公用一个发射/接收天线，不同节点上的端口之间可以进行通信，如节点的端口1可以给节点2的端口1发送控制命令来点亮LED，节点1的端口1也可以给节点2端口2发送命令进行数据采集操作，但是节点2上端口1和端口2的网络地址是相同，所以仅仅通过网络地址无法区分，所以，在发送数据时不但要指定网络地址，还要指定端口地址。
因此，通过上面的论述可以得到如下的结论：
- 使用网络地址来区分不同的节点
- 使用端口号来区分同一个节点上的端口
(3)、uint16 cID——这个参数描述的是命令号，在Zigbee协议里的命令主要用来标示不同的控制操作，不同的命令号代表了不同的控制命令，如节点1的端口1可以给节点2的端口1发送控制命令，当该命令的ID为1是表示点亮LED，当该命令的ID为0时表示熄灭LED，因此，该参数主要是为了区别不同的命令。
(4)、uint16 len——该参数标识了发送数据的长度
(5)、uint8 *buf——该参数是指向发送数据缓冲区的指针，发送数据时只需要将所要发送的数据缓冲区的地址传递给该参数即可，数据发送函数会从该地址开始按照指定的数据长度取得发送数据并进行发送
(6)、uint8 *transID——该参数是一个指向发送序列的指针，每次发送数据时，发送序号会自动加1(协议栈里面实现此功能)，在接收端可以通过发送序列号来判断是否丢包，同时可以计算出丢包率。通过此参数传递的是一个指针类型，我猜想协调器也是通过访问此指针所指向的变量来计算丢包率的，通过此参数来计算发送了多少个数据。
(7)、uint8 options和uint radius——这两个参数去默认值即可，options参数可以取AF_DISCV_ROUTE，radius参数可以取AF_DEFAULT_RADITUS。
数据接收
终端节点发送数据后，协调器会收到该数据，但是协议栈里面是如果得到通过无线接收到的数据的呢？
前面提到，TI公司实现Zigbee协议栈时添加了一个小的操作系统(OSAL)，正是由于这个操作系统，才使得对协议栈的开发变得容易。当协调器接收到数据后，操作系统会将数据封装成一个消息，然后放入消息队列中，每个消息都有自己的消息ID，标识接到新消息的消息的ID是AF_INCOMING_MSG_CMD，其中AF_INCOMING_MSG_CMD的值是0x1A，这是在Zigbee协议栈中定义好了，不需要更改。Zigbee协议栈中AF_INCOMING_MSG_CMD宏的定义如下(Zcomdef.h文件中定义的)：
因此，在协调器代码中有如下代码段：
/*首先使用osal_msg_receive函数从消息队列中接收一个消息，然后使用switch-case语句对消息类型 进行判断(判断消息ID)，如果消息ID是AF_INCOMING_MSG_CMD则进行相应的数据处理。
* osal_msg_recevice函数是从消息队列上接收消息，该消息中包含了接到到的无线数据包
* 准确地说是包含了指向接收到的无线数据包的指针
*/
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( GenericApp_TaskID );
while ( MSGpkt )
{
switch ( MSGpkt->hdr.event ) //对接收到的消息进行判断，如果是接收到了无线数据，则对数据进行相应的处理
{
case AF_INCOMING_MSG_CMD: //接受到新数据的消息的ID是AF_INCOMING_MSG_CMD,这个宏是在协议栈中定义好的值为0x1A
{
GenericApp_MessageMSGCB( MSGpkt );
}
break;
default:
break;
}
/*
* 接收到的消息处理完成后，需要释放消息所占据的存储空间，因为Zigbee协议栈中，
* 接收到的消息是存放在堆上的，所有需要调用osal_msg_deallocate函数将其占据的堆内存释放，
* 否则容易引起“内存泄漏”
*/
osal_msg_deallocate( (uint8 *)MSGpkt );
/*
* 处理完一个消息后，再从消息队列里接收消息，然后对其进行相应的处理，直到所有消息都处理完为止
*/
MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg_receive( GenericApp_TaskID );
}