ZStack基本工作原理

目錄
ZStack基本工作原理 1
摘要 1
前言 2
1、ZStack協議棧介紹 2
1.1、ZStack 2
1.2、ZStack協議棧的架構 2
2、 ZStack協議棧工作 4
2.1、ZStack的實現 4
2.2、ZStack OSAL API 介紹 5
2.3、ZStack的工作函式 6
參考 8

ZStack基本工作原理
摘要
ZStack是下一代開源的雲端計算IaaS（基礎架構即服務）軟體。它主要面向的是未來的智慧資料中心，通過提供的API來管理包括計算、儲存和網路在內的資料中心的各種資源，ZStack可以做到15分鐘完成安裝部署，版本間5分鐘無縫升級，全API交付，零手工配置；可以單節點管理十萬物理機、百萬級虛擬機器，同時響應數萬併發API呼叫； API層面提供SQL級別的查詢，擁有單項查詢條件超過400萬個，組合查詢條件為400萬階乘；內建工作流引擎，可以在錯誤發生時隨時回滾，維護系統一致性。
前言
ZStack於2015年4月首發0.6版本後，迅速獲得技術圈關注。國內CSDN、InfoQ、國外The New Stack、51CTO及IT168都對ZStack的架構和技術進行了報導。阿里雲(5月13日)、百度開放雲（9月5日）、金山雲（10月8日）和網易研究院（2016年1月26日）分別邀請ZStack創始團隊進行技術交流，為他們的工程師團隊講解ZStack架構和技術。
1、ZStack協議棧介紹
1.1、ZStack
Z-Stack協議棧是一個基於任務輪詢方式的作業系統，其任務排程和資源分配由作業系統抽象層OSAL管理著。即Z-Stack協議棧=OSAL作業系統+CC2530硬體模組+AF無線網路應用。
1.2、ZStack協議棧的架構
整個協議棧的架構，如圖所示：

APP：應用層目錄，這是使用者建立各種不同工程的區域，在這個目錄中包含了應用層的內容和這個專案的主要內容，在協議棧裡面一般是以作業系統的任務實現的。
HAL：硬體層目錄，包含有與硬體相關的配置和驅動及操作函式。
MAC：MAC層目錄，包含了MAC層的引數配置檔案及其MAC的LIB庫的函式介面檔案。
MT：監控除錯層，主要用於除錯目的的，即實現通過串列埠除錯各層，與各層進行直接互動。
NWK：網路層目錄，涵網路層配置引數檔案及網路層庫的函式介面檔案，APS層庫的函式介面。
OSAL：協議棧的作業系統。
Profile：AF層目錄，包含AF層處理函式檔案。
Security：安全層目錄，安全層處理函式介面檔案，比如加密函式等。
Services：地址處理函式目錄，包括著地址模式的定義及地址處理函式。
Tools：工程配置目錄，包括空間劃分和Zstack相關的配置資訊。
ZDO：ZDO目錄。
ZMac：MAC層目錄，包括MAC層引數配置及MAC層LIB庫函式回撥處理函式。
ZMain：主函式目錄，包括入口函式main（）及硬體配置檔案。
Output：輸出檔案目錄層，這個EW8051 IDE自主設計的。
2、ZStack協議棧工作
2.1、ZStack的實現
ZigBee無線網路的實現，是建立在ZigBee協議棧的基礎上的，協議棧採用分層的結構協議分層的目的是為了使各層相對獨立，每一層都提供一些服務，服務由協議定義，程式設計師只需關心與他的工作直接相關的那些層的協議，它們向高層提供服務，並由低層提供服務。
在ZigBee協議棧中，PHY、MAC層位於最低層，且與硬體相關；NWK、APS, APL層以及安全層建立在PHY和MAC層之上，並且完全與硬體無關。分層的結構脈絡清晰、一目瞭然，給設計和除錯帶來極大的方便。
整個Z-Stack採用分層的軟體結構，硬體抽象層（HAL）提供各種硬體模組的驅動，包括定時器Timer，通用I/O口GPIO，通用非同步收發傳輸器UART，模數轉換ADC的應用程式介面API，提供各種服務的擴充套件集。作業系統抽象層OSAL實現了一個易用的作業系統平臺，通過時間片輪轉函式實現任務排程，提供多工處理機制。使用者可以呼叫OSAL提供的相關API進行多工程式設計，將自己的應用程式作為一個獨立的任務來實現。
2.2、ZStack OSAL API 介紹
OSAL層是與協議棧獨立的，但是整個協議都要基於OS才能執行。OSAL提供如下服務和管理：資訊管理、任務同步、時間管理、中斷管理、任務管理、記憶體管理、電源管理以及非易失儲存管理。[28][29]
一、資訊管理API
資訊管理為任務間的資訊交換或者外部處理事件（例如：中斷服務程式或一個控制迴圈內的函式呼叫等）提供一種管理機制。包括允許任務分配或不分配資訊快取、傳送命令資訊到其他任務、接受應答資訊等API函式。
二、同步任務API
該API允許一個任務等待某個事件的發生並返回等待期間的控制。該API的功能是為某個任務設定事件，一旦任何一個事件被設定就修改該任務。
三、時間管理API
該API允許定時器被內部（Z-Stack）任務和外部任務使用。該API提供開始和停止一個定時器的功能，這些定時器能用毫秒（ms）設定。
四、中斷管理API
這些API是外部中斷和任務的介面。這些API函式允許一個任務為每個中斷分配指定服務程式。這些中斷能被允許或禁止。在服務程式內，可為其他的任務設定事件。
五、任務管理API
該API用在管理OSAL中的任務，包括系統任務和使用者自定義任務的建立、管理和資訊處理等。
六、記憶體管理API
該API描繪了簡單的儲存分配系統。這些函式允許動態儲存分配。
七、電源管理API
這裡描寫了OSAL的電源管理系統。當OSAL安全地關閉接收器與外部硬體並使處理器進入休眠模式時，該系統提供嚮應用/任務通告該事務的方式。
2.3、ZStack的工作函式
一．APP層

OSAL_Example.c中存放著作業系統介面檔案，並且對於不公的專案，大部分的程式碼都是相同的，只是在使用者應用層，新增了不同的任務及事件處理函式。因此一般情況下，使用者只需要額外新增上圖中的三個檔案（主檔案、標頭檔案、作業系統介面檔案）就可以完成一個專案，然後編寫自己的額任務處理函式就可以了。
二．HAL層目錄

common目錄下的檔案是公用檔案，基本上與硬體無關，hal_assert.c檔案是斷言檔案，用於除錯，hal_drivers.c是驅動檔案，抽象出於硬體無關的驅動函式，包含有與硬體相關的配置和驅動及操作函式。Include目錄下主要包含各個硬體模組的標頭檔案，Target目錄下的檔案是跟硬體平臺相關的，可以看到有兩個平臺，其中我們正在用的是CC2530EB平臺。
三．MAC層目錄

MAC分為高層和低層，Include目錄下包含了MAC層的引數配置檔案及LIB庫的函式介面檔案。
四．ZMac目錄

Zmac.c是ZStack MAC層介面檔案，Zmac_cb.c是ZMAC需要呼叫的網路層函式。
五．ZMain目錄

Z-Stack有main（）函式開始執行，main（）中Zmain.c中該函式共做了兩件事：一是系統初始化，另外是開始執行輪訓查詢式作業系統，OnBoard.c中包含了對硬體開發平臺各類外設進行控制的介面函式。
參考
[1].杜軍朝、ZigBee技術原理與實踐、機械工業出版社
[2].https://blog.csdn.net/kangerdong/article/details/86523286
[3].https://blog.csdn.net/weilexuexi12/article/details/71374307