1、1. 概述 OSAL (Operating System Abstraction Layer)，翻譯為“操作系統(tǒng)抽象層”。在基于ZigBee協(xié)議的應用開發(fā)中，應用程序框架中包含了最多240個應用程序對象。如果我們把一個應用程序對象看做為一個任務的話，那么應用程序框架將包含一個支持多任務的資源分配機制。于是OSAL便有了存在的必要性，它正是Z-Stack為了實現(xiàn)這樣一個機制而存在的。OSAL就是以實現(xiàn)多任務為核心的系統(tǒng)資源管理機制。所以OSAL與標準的操作系統(tǒng)還是有很大的區(qū)別的。簡單而言，OSAL實現(xiàn)了類似操作系統(tǒng)的某些功能，但并不能稱之為真正意義上的操作系統(tǒng)。2OSAL的API接口函數(shù)名稱功能

2、描述void osal_nv_init()初始化FLASH存儲器uint8 osal_init_system()初始化操作系統(tǒng)void osal_mem_init()初始化內存分配系統(tǒng)void osalTimerInit()初始化定時器void osalInitTasks()初始化系統(tǒng)任務void osal_start_system()進入操作系統(tǒng)void osal_run_system()運行操作系統(tǒng)void osalTimeUpdate()操作系統(tǒng)時間更新void Hal_ProcessPoll()硬件層檢查2.1 消息管理功能（1）uint8 * osal_msg_allocate( u

3、int16 len )：申請一個指定長度的消息緩存區(qū)，該函數(shù)調用void *osal_mem_alloc( uint16 size )函數(shù)實現(xiàn)，從堆中申請存儲空間。 （2）uint8 osal_msg_deallocate( uint8 *msg_ptr )：接收到消息的任務處理完成后釋放消息的緩存空間。 （3）uint8 osal_msg_send( uint8 destination_task, uint8 *msg_ptr )：發(fā)送消息到指定任務，將消息放入隊列，并把任務的相應事件標志置位。 （4）uint8 *osal_msg_receive( uint8 task_id )：接收發(fā)送

4、到某個消息的任務，在任務處理完消息后，必修釋放消息的存儲空間。該函數(shù)查找消息隊列，如果消息隊列中有多個發(fā)送給該任務的消息，保持事件標志位。 （5）osal_event_hdr_t *osal_msg_find(uint8 task_id, uint8 event)：尋找發(fā)送給具有某個事件的任務的消息。2.2 任務同步功能 （1）uint8 osal_set_event(uint8 task_id, uint16 event_flag )：設置某個任務的某個事件標志。event_flag為16位，只有一個系統(tǒng)事件SYS_EVENT_MSG，其余的事件都是用戶定義的事件。2.3 時間管理功能 時間

5、管理的API既可以被Z-stack協(xié)議棧中的任務使用，也可以被應用級任務使用。粒度為1ms。 （1）uint8 osal_start_timerEx( uint8 taskID, uint16 event_id, uint16 timeout_value)：為某個任務設置一個定時器，taskID為任務ID，event_id為用戶指定的事件標志位，timeout_value為超時時間，以ms為單位。 （2）uint8 osal_start_reload_timer( uint8 taskID, uint16 event_id, uint16 timeout_value )：設置定時器，與上一個函

6、數(shù)不同的是該函數(shù)設置的定時器超時后被重新裝載。 （3）uint8 osal_stop_timerEx( uint8 task_id, uint16 event_id )：停止一個已經開始的定時器。 （4）uint32 osal_GetSystemClock( void )：獲取系統(tǒng)時間，返回值以ms為單位。2.4 中斷管理功能 （1）uint8 osal_int_enable( uint8 interrupt_id ) ：使能某個中斷 （2）uint8 osal_int_disable( uint8 interrupt_id ) ：禁止某個中斷2.5 任務管理功能const pTaskEven

7、tHandlerFn tasksArr = macEventLoop, nwk_event_loop, Hal_ProcessEvent, MT_ProcessEvent, APS_event_loop, APSF_ProcessEvent, ZDApp_event_loop, ZDNwkMgr_event_loop, GenericApp_ProcessEvent; const uint8 tasksCnt = sizeof( tasksArr ) / sizeof( tasksArr0 ); 數(shù)組tasksArr定義了各個任務的事件回調函數(shù)，如果有用戶自己定義的任務，必須將其事件回調函數(shù)加

8、入到該數(shù)組中。void osalInitTasks( void ) uint8 taskID = 0; tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt); /分配內存 osal_memset( tasksEvents, 0, (sizeof( uint16 ) * tasksCnt); /清零 macTaskInit( taskID+ ); nwk_init( taskID+ ); Hal_Init( taskID+ ); MT_TaskInit( taskID+ ); APS_Init( taskID+

9、); APSF_Init( taskID+ ); ZDApp_Init( taskID+ ); ZDNwkMgr_Init( taskID+ ); GenericApp_Init( taskID ); 以上函數(shù)在osal_init_system() 函數(shù)中被調用。2.6 電源管理功能 （1）void osal_pwrmgr_init( void )：初始化電源管理模塊的變量，被 osal_init_system()調用。 （2）void osal_pwrmgr_powerconserve( void )：使系統(tǒng)進入節(jié)電模式，已經在系統(tǒng)的主循環(huán)中被調用，不能調用。 （3）void osal_pw

10、rmgr_device( uint8 pwrmgr_device )：全局設備電源的開關。 （4）uint8 osal_pwrmgr_task_state(uint8 task_id, uint8 state )：控制任務節(jié)電狀態(tài)。2.7 非易失性存儲器管理功能 非易失性存儲器的操作很耗時，并且將暫時關閉中斷，因此最好在收發(fā)器關閉的時候調用這些函數(shù)。不要頻繁的寫NV mem，因為這非常耗時耗電。 （1）uint8 osal_nv_item_init( uint16 id, uint16 len, void *buf )：初始化一個NV item （2）uint8 osal_nv_read( u

11、int16 id, uint16 offset, uint16 len, void *buf )：讀取NV （3）uint8 osal_nv_write( uint16 id, uint16 offset, uint16 len, void *buf )：寫入NV （4）osal_offsetof(type, member)：計算一個結構體中某個成員的偏移。2.8 內存管理功能 （1）void *osal_ mem_alloc( uint16 size)：在堆上分配指定大小的緩沖區(qū)。 （2）void osal mem_free( void *ptr)：釋放使用osal_mem_alloc()分

12、配的緩沖區(qū)。以上兩個函數(shù)要成對使用，防止產生內存泄露。3Zigbee 協(xié)議棧OSAL 分析3.1 OSAL運行機理OSAL是事件驅動的操作系統(tǒng)(Event-driven OS) ，負責調度各個任務的運行，如果有事件發(fā)生了，則會調用相應的事件處理函數(shù)進行處理。ZigBee協(xié)議棧的實時性要求并不高，因此在設計任務調度程序時，OSAL只采用了輪詢任務調度隊列的方法來進行任務調度管理。那么，事件和任務的事件處理函數(shù)是如何聯(lián)系起來的昵？ZigBee 中采用的方法是：建立一個事件表，保存各個任務的對應的事件，建立另一個函數(shù)表，保存各個任務事件處理函數(shù)的地址，然后將這兩張表建立某種對應關系，當某一事件發(fā)生時

13、則查找函數(shù)表找到對應的事件處理函數(shù)即可。ZigBee 協(xié)議棧中，有三個變量至關重要。（1） tasksCnt-該變量保存了任務的總個數(shù)。（2） tasksEvents-這是一個指針，指向了事件表的首地址。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相應，事件類型取決于這個元素的值。（3） tasksArr-這是一個數(shù)組，該數(shù)組的每一項都是一個函數(shù)指針，指向了事件處理函數(shù)。該數(shù)組的聲明為：const pTaskEventHandlerFn tasksArr。其中pTaskEventHandlerFn 的定義為：typedef unsigned short (*pTaskEventHandl

14、erFn) ( unsigned char task_id, unsigned short event )。這是定義了一個函數(shù)指針。因此，tasksArr 數(shù)組的每一項都是一個函數(shù)指針，指向了事件處理函數(shù)。 總結一下OSAL 的工作原理：通過tasksEvents 指針訪問事件表的每一項，如果有事件發(fā)生，則查找函數(shù)表找到相應事件處理函數(shù)進行處理，處理完后，繼續(xù)訪問事件表，查看是否有事件發(fā)生，無限循環(huán)。通常用關中斷的方式保護共享資源。從這種意義上說， OSAL 是一種基于事件驅動的輪詢式操作系統(tǒng)。事件驅動是指發(fā)生事件后采取相應的事件處理方法，輪詢指的是不斷地查看是否有事件發(fā)生。不過接下來就有了更

15、加深入的問題了，事件是如何被捕獲的？直觀一些來說就是，tasksEvents這個數(shù)組里的元素是什么時候被設定為非零數(shù)，來表示有事件需要處理的？在OSAL的死循環(huán)中，各個事件只是在某些特定的情況下發(fā)生，所以這里就引入了心跳的概念，也就是OS的時鐘節(jié)奏。在Zstack OSAL中這個節(jié)奏定義為1ms, 由8 bits HW_TIMER4來控制。每當1ms心跳來臨時，Timer4的中斷標志置位，這樣在OSAL的死循環(huán)中檢測到這個標志置位后，就通過osalTimerUpdate（）函數(shù)去輪詢Timer事件鏈表，沒有檢測到這個標志位則繼續(xù)死循環(huán)。其中，Timer事件鏈表通常在各任務事件的初始化時建立。T

16、imer事件鏈表是下面這樣一個結構，next指向下一個Timer事件，timeout值表明本Timer事件還需要timeout個心跳才需要被處理，因為此處心跳是1ms，所以也就是說還需要timeout個ms才處理。所謂的處理也就是檢測timeout是否小于1ms,如果小于1ms, 則通過osal_set_event（）將tasksEvents相應位置置為event_flag。如果大于1ms,說明該Timer事件還不到處理的時候，則 Timeout = Timeout-1,然后繼續(xù)耐心等待下一次心跳。Timer事件鏈表結構體定義如下：typedef struct void *next; UINT

17、16 timeout; UINT16 event_flag; byte task_id; osalTimerRec_t;3.2 OSAL消息隊列事件是驅動任務去執(zhí)行某些操作的條件，當系統(tǒng)中產生了一個事件，OSAL 將這個事件傳遞給相應的任務后，任務才能執(zhí)行一個相應的操作（調用事件處理函數(shù)去處理）。通常某些事件發(fā)生時，又伴隨著一些附加信息的產生，例如：從天線接收數(shù)據后，會產生AF_INCOMING_MSG_CMD 事件，但是任務的事件處理函數(shù)在處理這個事件的時候，還需要得到所收到的數(shù)據。因此，這就需要將事件和數(shù)據封裝成一個消息，將消息發(fā)送到消息隊列，然后在事件處理函數(shù)中就可以使用osal_msg

18、_receive，從消息隊列中得到該消息。如下代碼可以從消息隊列中得到一個消息：MSGpkt = (afIncomingMSGPacket_t *)osal_msg _receive (GenericApp_TaskID)。OSAL 維護了一個消息隊列，每一個消息都會被放到這個消息隊列中去，當任務接收到事件后，可以從消息隊列中獲取屬于自己的消息，然后調用消息處理函數(shù)進行相應的處理即可。通常在不同任務間通訊時使用消息機制。3.4 OSAL添加任務tasksArr數(shù)組里存放了所有任務的事件處理函數(shù)的地址；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。因此，要添加新任務，只需要編寫兩個函數(shù)：新任務的初始化函數(shù)和新任務的事件處理函數(shù)。將新任務的初始化函數(shù)添加在osallnitTasks 函數(shù)的最后，如下代碼所示。 將事件處理函數(shù)的地址加