研究 Z-Stack 中ZigBee 设备的 IEEE 地址

    对于IEEE的地址，通过看理论的书籍感觉有点懂了，但是还没有真正实践，借此机会好好整理一下最近学习ZigBee IEEE地址的知识。
    下面将结合具体的Z-Stack（2.5.1.a版本）分享一下学习心得。
     首先来看一下 TI 官方的一个文档，位于Z-stack 目录下的 document -> CC2530 -> Z-Stack User's Guide - CC2530DB.pdf   从目录中可以看到 4.4 章节讲的就是 IEEE地址。
     
   4.4大致说了：CC2530芯片在TI出厂时已经预先烧写了 Primary IEEE address，这个64位地址是全球唯一的。这个地址在CC2530的FLASH信息页中，是只读的。但是用户貌似可以重新写这个预先烧写的Primary IEEE address。具体再来看看 Section 7.2
  
   7.2中说Z-STACK通过4个步骤来确定设备的IEEE地址：
        1.从Z-stack的NV中读取
        2.从Second IEEE 的位置中寻找
        3.在Primary IEEE 的位置寻找
        4.由随机数产生器产生一个临时IEEE地址。
   也就是说，ZigBee设备在上电后，首先会从NV中读取IEEE地址，如果读取失败，则从FLASH的Second IEEE 的存放位置读取IEEE地址，如果读取失败，则再从Primary IEEE 的存放位置读取IEEE，如果还是失败，则由随机数发生器产生一个临时IEEE地址。步骤2或者步骤3一旦有效并且使能了“NV_RESTORE”，就会把这个IEEE地址写入到NV中去。这样下次上电的时候，就可以通过步骤1从NV中直接读取 IEEE地址。
    接下来我们再来看看每一个步骤具体是怎么实现的：

Step1 从Z-stack的NV中读取 IEEE地址: 源代码见 Z-stack 2.5.1.a --> ZMain.c --> main( ) -->  zmain_ext_addr()

我将源代码拿上来，自己添加了注释。

1. static void zmain_ext_addr(void)
   
2. {
   
3.   uint8 nullAddr[Z_EXTADDR_LEN] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
   
4.   uint8 writeNV = TRUE;
   
5. 
   
6.   // First check whether a non-erased extended address exists in the OSAL NV.
   
7.   if ((SUCCESS != osal_nv_item_init(ZCD_NV_EXTADDR, Z_EXTADDR_LEN, NULL))  ||         //如果NV初始化失败
   
8.       (SUCCESS != osal_nv_read(ZCD_NV_EXTADDR, 0, Z_EXTADDR_LEN, aExtendedAddress)) ||//或者NV读取失败
   
9.       (osal_memcmp(aExtendedAddress, nullAddr, Z_EXTADDR_LEN)))                       //或者NV没有被写过
   
10.   {
    
11.     // Attempt to read the extended address from the location on the lock bits page
    
12.     // where the programming tools know to reserve it.
    
13.     // 若NV读取IEEE地址失败，则从Secondary IEEE中读取,在FLASH最后的偏移24个地址的地方，即0x3FFE8~0x3FFEF
    
14.     HalFlashRead(HAL_FLASH_IEEE_PAGE, HAL_FLASH_IEEE_OSET, aExtendedAddress, Z_EXTADDR_LEN);
    
15. 
    
16.     if (osal_memcmp(aExtendedAddress, nullAddr, Z_EXTADDR_LEN)) //如果Secondary IEEE 也是无效的则读取Primary IEEE
    
17.     {
    
18.       // Attempt to read the extended address from the designated location in the Info Page.
    
19.       // Primary IEEE 在信息页偏移0x0c-0x13的地方，即(0x7800+0x0c)=0x780c,这个地址是映射到Xdata上的，不是CODE地址
    
20.       if (!osal_memcmp((uint8 *)(P_INFOPAGE+HAL_INFOP_IEEE_OSET), nullAddr, Z_EXTADDR_LEN))
    
21.       {
    
22.         osal_memcpy(aExtendedAddress, (uint8 *)(P_INFOPAGE+HAL_INFOP_IEEE_OSET), Z_EXTADDR_LEN);
    
23.       }
    
24.       else  // No valid extended address was found.  如果Primary IEEE 还是无效，则产生随机地址，随机地址以0xF8开头
    
25.       {
    
26.         uint8 idx;
    
27. 
    
28. #if !defined ( NV_RESTORE )
    
29.         writeNV = FALSE;  // Make this a temporary IEEE address
    
30. #endif
    
31. 
    
32.         /* Attempt to create a sufficiently random extended address for expediency.
    
33.          * Note: this is only valid/legal in a test environment and
    
34.          *       must never be used for a commercial product.
    
35.          */
    
36.         for (idx = 0; idx < (Z_EXTADDR_LEN - 2);)
    
37.         {
    
38.           uint16 randy = osal_rand();
    
39.           aExtendedAddress[idx++] = LO_UINT16(randy);
    
40.           aExtendedAddress[idx++] = HI_UINT16(randy);
    
41.         }
    
42.         // Next-to-MSB identifies ZigBee devicetype.
    
43. #if ZG_BUILD_COORDINATOR_TYPE && !ZG_BUILD_JOINING_TYPE
    
44.         aExtendedAddress[idx++] = 0x10;
    
45. #elif ZG_BUILD_RTRONLY_TYPE
    
46.         aExtendedAddress[idx++] = 0x20;
    
47. #else
    
48.         aExtendedAddress[idx++] = 0x30;
    
49. #endif
    
50.         // MSB has historical signficance.
    
51.         aExtendedAddress[idx] = 0xF8;
    
52.       }
    
53.     }
    
54. 
    
55.     if (writeNV)
    
56.     {
    
57.       (void)osal_nv_write(ZCD_NV_EXTADDR, 0, Z_EXTADDR_LEN, aExtendedAddress);
    
58.     }
    
59.   }
    
60. 
    
61.   // Set the MAC PIB extended address according to results from above.
    
62.   (void)ZMacSetReq(MAC_EXTENDED_ADDRESS, aExtendedAddress);
    
63. }

复制代码

从代码中可以看到，第一个 if 从NV的 ZCD_NV_EXTADDR 中读取了 IEEE地址。
    如果 NV 读取IEEE成功，则直接跳到最后，执行
(void)ZMacSetReq(MAC_EXTENDED_ADDRESS, aExtendedAddress);   //将读取成功的 IEEE地址 写到MAC层的PIB属性中

   如果 NV 读取失败，或者读取出来的值全为0xFF，则说明 NV中 ZCD_NV_EXTADDR 这个元素并没有被配置过，视为无效，那就从Step2 中读取 IEEE 地址

Step2 从Second IEEE 的位置中找到 IEEE 地址
     这个Second IEEE  到底在哪里呢，Z-Stack User's Guide - CC2530DB.pdf 的 7.2 中已经提到，这个位置是在 FLASH 地址最后置偏移 0x0018个地址的地方。拿CC2530F256来说，256K的FLASH，那偏移0x18地址的位置应该是：0x3FFE8，IEEE 地址长度是8个字节，所以 Second IEEE 地址的存放地址应该是 0x3FFE8 ~ 3FFEF。
     有人可能会疑惑，为什么是偏移0x18个地址呢，这里我个人的理解是：0x18=24=16+8. 这里的8就是IEEE地址的长度，这个16应该是FLASH最后的加密位。
     再从代码来看，第一个 if 满足之后便是下面这句：
HalFlashRead(HAL_FLASH_IEEE_PAGE, HAL_FLASH_IEEE_OSET, aExtendedAddress, Z_EXTADDR_LEN);
      
      这是直接读FLASH 的函数，从 HAL_FLASH_IEEE_PAGE 这一页的 HAL_FLASH_IEEE_OSET 位置来读取 Second IEEE
      在来看看 HAL_FLASH_IEEE_PAGE 和 HAL_FLASH_IEEE_OSET 分别是什么

1. // Re-defining Z_EXTADDR_LEN here so as not to include a Z-Stack .h file.
   
2. #define HAL_FLASH_IEEE_SIZE 8
   
3. #define HAL_FLASH_IEEE_PAGE (HAL_NV_PAGE_END+1)  //127
   
4. #define HAL_FLASH_IEEE_OSET (HAL_FLASH_PAGE_SIZE - HAL_FLASH_LOCK_BITS - HAL_FLASH_IEEE_SIZE)//(2048-16-8)=2024

复制代码

从宏定义来看，HAL_FLASH_IEEE_PAGE 是NV最后一页再加1，也就是127页，是FLASH的最后一页（1也是2048 byte），地址是 HAL_FLASH_PAGE_SIZE - HAL_FLASH_LOCK_BITS - HAL_FLASH_IEEE_SIZE，也就是地址最后减去16 字节的加密位和8字节的IEEE地址，即2048-24 = 2024， 这也验证了我之前step1 中的猜想。
     第二个 if 是判断这个 Second IEEE 地址是否有效，如果有效，则到代码的最后将有效的 IEEE 地址写入 PIB 中，若无效则进入Step3

Step3 从Primary IEEE 的位置中找到 IEEE 地址
    这个 Primary IEEE 地址到底又在什么地方呢，Z-Stack User's Guide - CC2530DB.pdf 的 7.2 中已经提到，Primary IEEE 位于 FLASH 信息页偏移 0x0c ~ 0x13 个地址的地方。那么这个 FLASH 信息页到底又在哪里呢，参照 CC2530 user's guide 的 2.2.2 CPU memery space ，可以知道， 这个 FLASH information page 是映射到 XDADA的 0x7800 ~ 0x7FFF 上的，那么偏移0x0c个地址，应该就是XData 的 0x780c ~ 0x7813 地址上。
    再来看看源代码

1. if(!osal_memcmp((uint8 *)(P_INFOPAGE+HAL_INFOP_IEEE_OSET), nullAddr, Z_EXTADDR_LEN))
   
2.       {
   
3.         osal_memcpy(aExtendedAddress, (uint8 *)(P_INFOPAGE+HAL_INFOP_IEEE_OSET), Z_EXTADDR_LEN);
   
4.       }

复制代码

[/code]
  源代码中第三个if直接用osal_memcmp 将 Xdata 中 (P_INFORFAGE + HAL_INFOP_IEEE_OSET) 与 8个 0xFF作比较。这个(P_INFORFAGE + HAL_INFOP_IEEE_OSET) 到底又是什么呢，请看它的宏定义：

1. #define P_INFOPAGE  PXREG( 0x7800 )  /* Pointer to Start of Flash Information Page          */
   
2. 
   
3. #define HAL_INFOP_IEEE_OSET        0xC

复制代码

很明显，这个地址便是 0x7800 + 0xc = 0x780c，正确。如果这个地址有效，就作为 IEEE地址 使用，若无效则需要进入Step4


Step4 随机得到这个 IEEE 地址
  文档中说到，如果前面的step1 ~ step3 都失效，则只能随机产生这个 IEEE地址，随机产生的这个 IEEE 地址 是以 0XF8 开头的。并且这个 IEEE地址不会被保存到 NV 中，因此如果说这个 IEEE 地址时随机产生的，那么这个值 每次上电后都是随机产生的，即使你使能了“NV_RESTORN”也不会存到 NV 中。这样的话如果用于实际应用其实是很危险的，所以尽量不要这种情况发生。
   接下来看看是怎么产生这个随机 IEEE 地址的：

1. else  // No valid extended address was found.  如果Primary IEEE 还是无效，则产生随机地址，随机地址以0xF8开头
   
2.       {
   
3.         uint8 idx;
   
4. 
   
5. #if !defined ( NV_RESTORE )
   
6.         writeNV = FALSE;  // Make this a temporary IEEE address
   
7. #endif
   
8. 
   
9.         /* Attempt to create a sufficiently random extended address for expediency.
   
10.          * Note: this is only valid/legal in a test environment and
    
11.          *       must never be used for a commercial product.
    
12.          */
    
13.         for (idx = 0; idx < (Z_EXTADDR_LEN - 2);)
    
14.         {
    
15.           uint16 randy = osal_rand();
    
16.           aExtendedAddress[idx++] = LO_UINT16(randy);
    
17.           aExtendedAddress[idx++] = HI_UINT16(randy);
    
18.         }
    
19.         // Next-to-MSB identifies ZigBee devicetype.
    
20. #if ZG_BUILD_COORDINATOR_TYPE && !ZG_BUILD_JOINING_TYPE
    
21.         aExtendedAddress[idx++] = 0x10;
    
22. #elif ZG_BUILD_RTRONLY_TYPE
    
23.         aExtendedAddress[idx++] = 0x20;
    
24. #else
    
25.         aExtendedAddress[idx++] = 0x30;
    
26. #endif
    
27.         // MSB has historical signficance.
    
28.         aExtendedAddress[idx] = 0xF8;
    
29.       }

复制代码

这个 else 之后便是产生随机 IEEE 地址的过程。
     首先代码禁止了 NV的存储。然后通过一个 for 循环 产生了 6byte的随机地址。注意这里为什么只有6byte，我们的IEEE地址不是8byte的嘛。不要忘记，文档中说过，这个随机 IEEE 地址是要以 0xf8 开头， 那还有一个字节干嘛去了呢，代码中应该能看到，这个字节用于表示不同的设备类型了，协调器是0x10 ， 路由器是 0x20 ，终端节点则是 0x30
     所以最后这个随机 IEEE 地址的格式是： 0xF8 + (设备类型) + 6byte 随机值。

    通过以上的讲述，应该把 Z-STACK 中 IEEE 地址的由来说清楚了，我已经经过仿真验证，但是今天太晚了不能再写下去了。

最后还有几个疑问：希望高手看到了能够帮我解答一下：
1. FLASH 的信息页 映射到 Xdata的地址是 0x7800 ~ 0x7FFF, 它实际的地址在哪里
2. 在对CC2530 仿真时，怎么查看 0x3FFE8 ~ 0x3FFEF 的地址。因为51内核 CODE的最大寻址空间是64k，即0x0000~0xFFFF, CC2530通过映射的方法将FLASH分成了8个bank，每个bank 32kb，我通过仿真查看 Logic Code 区域  bank7 的flash，但是好像不对。我有空再验证一下。
4. 到底能不能修改 Primary IEEE 地址，这个问题和问题1类似，需要只要 FALSH的信息页对应地址才能修改，但是这个信息页是只读的，又需要怎么修改。                                 
written by 邦邦不耍赖

学习啦，楼主

这个很好，再顶下

ccc_ccccc 发表于 2012-12-31 14:24
这个很好，再顶下

这个帖子写了很久了，都没有人回复过，谢谢你的支持 {:soso_e113:}

受用了，很好的参考资料

学习啦，楼主

LZ辛苦啦，顶起来

楼主辛苦了，谢谢分享。

辛苦了，楼主！

一月的萧邦 发表于 2013-1-4 12:39
这个帖子写了很久了，都没有人回复过，谢谢你的支持

没人回复是因为这东西太高级了，一般人还未用到这个，楼主牛逼哄哄啊{:soso_e144:}