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EmberZnet调试UART-NCP（基于EFR32MG）的一些实用方法

Lesun | 07/208/2017 | 11:04 PM
问题

EmberZnet调试UART-NCP（基于EFR32MG）的一些实用方法
答案

通常客户在设计Gateway的时候使用Host+NCP模式。在客户的设计中常用32Pin的EFR32MG的芯片进行Gateway设计开发，其中NCP与UART使用两线串口（Tx/Rx）相连。本文提供在该情境下调试NCP的一些实用方法。

首先，由于Silicon Labs在stack中只提供关于标准无线板（如BRD4151/BRD4161 radio board）的预制固件，包括Bootloader以及NCP firmware。任何其它型号的芯片，尤其是32Pin的EFR32MG芯片的固件都需要客户自己进行自定义编译。

在此有两篇关于如何编译自定义固件的KBA，供客户参考。

Make customized ZigBee bootloader for the EFR32MG1 QFN32 parts

Make customized ZigBee xNCP images for EFR32MG parts

注意：在编译NCP的时候，最关键的几点内容如下：

UART的GPIO管脚是否配置正确

客户版上是否使用外部的768K低频晶振。（stack中默认是不使用此外部晶振，可以在程序头文件中使用宏来控制）

NCP的Plugin中流控类型选定为software control

当编译好板子对应的固件（Bootloader以及NCP firmware）的时候，现在需要对板子进行烧录和调试。

使用Silicon Labs的WSTK主版作为烧录器，将WSTK的10Pin调试口与客户版的10Pin Mini-Simplicity Connector相连。打开Simplicity Studio，将WSTK主板的“Debug Mode”设置为OUT。

可以通过烧录RAILTest或Nodetest或自己编译的SOC程序验证串口是否正常工作。

将Bootloader先烧录到客户板中，注意：烧录的时候先擦除芯片，保证此时只烧录Bootloader。这样做的好处是芯片在上电启动之后直接进去Bootloader模式，正常情况下在串口中可以看到打印信息，以表明串口的硬件连接没有问题。

将客户板的串口连上UART转USB口模块，并连接上PC电脑（在此以Win7系统为例）。在电脑上打开串口工具，正常情况下，可以看到如下类似信息即表明串口以及Bootloader已经正常工作。

继续在客户版中烧录已经编译好的NCP固件。在Win7 PC机上面的Cygwin环境中编译Host程序验证NCP是否正常工作，可以直接使用Z3GatewayHost例程。

输入以下命令，启动Host程序：

./build/exe/Z3GatewayHost.exe -n 1 -p com44

如果能看到如下信息，表明NCP程序工作正常。
如何使用Inter-Pan消息实现两个不同网络的设备之间的单跳通信？

Lesun | 07/199/2017 | 03:39 AM
问题

如何使用Inter-Pan消息实现两个不同网络的设备之间的单跳通信？
答案

Inter-Pan消息可用于不同网络，同一信道的两个设备之间的单跳通信。Silicon Labs提供Inter-Pan Plugin，方便客户在此Plugin的基础上扩展，以在自己的应用中实现Inter-Pan消息的发送和接收。本文主要介绍如何搭建和测试Inter-Pan的功能，并以Z3Light sample（EmberZnet stack v5.10）为例，在WSTK+4151 无线板子上进行演示。

Inter-Pan Plugin的源码位于协议栈的C:\SiliconLabs\SimplicityStudio\v4\developer\sdks\gecko_sdk_suite\v1.1\protocol\zigbee_5.10\app\framework\plugin\interpan

在Z3Light sample中已经勾选该Inter-Pan Plugin。创建并编译该Z3Light sample，将固件以及对应的Bootloader烧录到两块WSTK 4151无线板。

两块无线板启动之后会自动扫描网络并加入Centralized，如果没有网络可以加入，最后会建立自己Distributed网络。在此实验中，每个板子分别建立自己的Distributed网络，确保它们处于同一个信道即可。如果比较难建立同一信道上的不同网络，也可以分别加入两个同一信道不同PANID的网络。如下所示，两个板子分别建立好自己的网络。

AppBuilder MFG Code: 0x1002 node [(>)000B57FFFE07F6E3] chan [20] pwr [3] panID [0xF052] nodeID [0xCBD9] xpan [0x(>)0D03351F0A0587C6] stack ver. [5.10.0 GA build 36] nodeType [0x02] Security level [05] network state [02] Buffs: 74 / 75

AppBuilder MFG Code: 0x1002 node [(>)000B57FFFE07F6E2] chan [20] pwr [3] panID [0x2923] nodeID [0x390E] xpan [0x(>)87461289F0783C2F] stack ver. [5.10.0 GA build 36] nodeType [0x02] Security level [05] network state [02] Buffs: 75 / 75

通过CLI命令测试Inter-Pan消息的发送和接收。在Simplicity Studio中，将两个设备对应的Console打开，在一个Console中输入如下命令：

plugin interpan fragment-test [panId:2] [eui64:8] [clusterId:2] [msgLen:2]

Sends a message of specified length of random values to target device over inter-PAN.

panId - INT16U - The PAN ID that the target is located on

eui64 - IEEE_ADDRESS - The target's EUI64 (big endian)

clusterId - INT16U - The cluster ID that the sample message should contain

msgLen - INT16U - The length of the randomly-filled message to be sent across inter-PAN

plugin interpan fragment-test 0xFFFF {000B57FFFE07F6E3} 0x0000 10

其中第一个参数是目的设备的PANID，可以设置为0xFFFF。

第二个参数是目的设备的EUI64，可以设置为NULL代表广播消息，否则为单播。

第三个参数是目的设备的Cluster。

第四个参数是发送的消息的Playload长度。

发送完上述命令，可在控制台中看到对应的输出信息：

发送端：

Z3LightSocV510MG1>Sending inter-PAN message of len 10 to (>)000B57FFFE07F6E3 with random values: T00000000:Inter-PAN TX (10) [A9 30 09 70 82 6D D1 A9 3B 14 ], 0x00 success (0x00)

接收端：

RX inter-PAN message (unicast): src pan id: 0x2923 src long id: (>)000B57FFFE07F6E2 profile id: 0x0109 cluster id: 0x0000 (Basic) ERR: Inter-PAN profile 0x0109, cluster 0x0000, command 0x09 not permitted

以上打印信息表明Inter-Pan消息发送成功。用户可根据自己的需求，构建自定义的消息。

函数流程分析：

发送流程：

当输入plugin interpan fragment-test，最调用如下函数：

void emAfInterpanFragmentTestCommand(void)

|-- emberAfSendInterPan()

|-- emberAfInterpanSendMessageCallback()

    |-- makeInterPanMessage()

    |-- emAfPluginInterpanSendRawMessage()

        |-- emberSendRawMessage()

最核心的函数是emberSendRawMessage()，其在raw-message.h中定义。

/** @brief Sends the given message over the air without higher layer * network headers. * * The first two bytes are interpreted as the 802.15.4 frame control field. * If the Ack Request bit is set, the packet will be retried as necessary. * Completion is reported via ::emberRawTransmitCompleteHandler(). * Note that the sequence number specified in this packet is not taken into * account by the MAC layer. The MAC layer overwrites the sequence number field * with the next available sequence number. * * @param message The message to transmit. * * @return ::EMBER_SUCCESS if the message was successfully submitted to * the transmit queue, and ::EMBER_ERR_FATAL otherwise. */ EmberStatus emberSendRawMessage(EmberMessageBuffer message);

如果想发送广播消息，可将emberAfSendInterPan()的参数改为如下格式：

EmberStatus status = emberAfSendInterPan( OxFFFF,                      NULL,                      EMBER_NULL_NODE_ID,                      0,      // mcast id - unused                      clusterId,                      SE_PROFILE_ID, // GBCS only                      messageLen,                      testMessage);

接收流程：

当接收到Inter-Pan消息时，emberMacPassthroughFilterHandler()会被调用，其在raw-message.h中定义。

/** @brief This function is called when the stack has received a raw MAC message that has * matched one of the application's configured MAC filters. * * @param macFilterMatchStruct This is a pointer to a structure containing information * about the matching message, including the index of the filter that was matched, * and the actual data of the message. */ void emberMacFilterMatchMessageHandler(const EmberMacFilterMatchStruct* macFilterMatchStruct);

emberMacFilterMatchMessageHandler()

   |-- emAfPluginInterpanProcessMessage()

        |-- emberAfPluginInterpanPreMessageReceivedCallback()

以上就是Inter-Pan消息的测试过程以及发送和接收流程的源码分析，更多信息请参考Inter-Pan Plugin的源码。
ZigBee 3.0 网络：如何使用install code生成的Link Key加入Z3网络？

Lesun | 07/198/2017 | 12:35 AM
问题

ZigBee 3.0 网络：如何使用install code生成的Link Key加入Z3网络？
答案

在ZigBee 3.0之前，install code只用于Smart Energy网络。现在，所有的ZigBee 3.0设备都需要支持install code，但是否在网络中使用由Trust Center决定。在本文中，你可以按照以下步骤使用命令行（CLI命令）的方式，将Z3 Light使用install code生成Link Key方式加入到Z3 Gateway中。本文适用于EM358x或者EFR32平台。

假定你已经编译了Z3 Light的示例代码，以及Z3 Gateway的示例代码。其中Z3 Light是SOC模式，Z3 Gateway的是以NCP + Host模式。在创建Z3 Gateway的示例代码时，需要设置Link Key table的大小，可在“NCP configuration” plugin中配置，设置其至少为1（默认为0）。

确保Z3 Light没有处在任何网络当中。可以使用“network leave” CLI命令使其退网。

在Z3 Light的设备中安装install code，install code可以是6/8/12/16字节。在本例子中，使用00112233445566778899AABBCCDDEEFF，将其保存到txt文本中，格式如下：

Install Code: 00112233445566778899AABBCCDDEEFF

按照AN714第4、5部分的指导，将install code安装到Z3 Light设备的Token中。我的EFR32MG1的无线板子+WSTK的套件的serial number是#440069872。在Windows系统的CMD窗口中输入以下命令：

>commander flash --tokengroup znet --tokenfile installCode.txt --serialno 440069872

你将看到窗口输出以下内容：

Writing 2048 bytes starting at address 0x0fe04000 Comparing range 0x0FE04000 - 0x0FE047FF (2 KB) Erasing range 0x0FE04000 - 0x0FE047FF (1 sector, 2 KB) Programming range 0x0FE04240 - 0x0FE0435F (288 Bytes) Verifying range 0x0FE04000 - 0x0FE047FF (2 KB) DONE

为了验证install code是否安装成功，可以使用以下命令将Token导出进行验证：

>commander tokendump --tokengroup znet --serialno 440069872

在输出的信息中包含以下重要内容：

# # The token data can be in one of three main forms: byte-array, integer, or string. # Byte-arrays are a series of hexadecimal numbers of the required length. # Integers are BIG endian hexadecimal numbers. # String data is a quoted set of ASCII characters. # # MFG_EMBER_EUI_64 : E3F607FEFF570B00 …… #'MFG_INSTALLATION_CODE (Smart Energy Install Code)' token group # Install Code Flags : 0x0006 Install Code : 00112233445566778899AABBCCDDEEFF # CRC : 0x8F52

在Z3 Gateway中，使用以下CLI命令建立Centralized网络：

>plugin network-creator start 1 NWK Creator: Form: 0x00 Z3GatewayHostv510>NWK Creator Security: Start: 0x00 NWK Creator: Form. Channel: 20. Status: 0x00 Form Centralized network complete: 0x00 NWK Creator: Stop. Status: 0x00. State: 0x00 EMBER_NETWORK_UP 0x0000

使用以下命令将install code生成Link Key，并存储在Z3 Gateway中。Z3 Gateway作为Centralized的Trust Center。

option install-code [KeyTableIndex:1] [ieeeAddress:8] [installCode:-1]

option install-code 0 {00 0B 57 FF FE 07 F6 E3} {00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 AA BB CC DD EE FF 52 8F}

其中option install-code后面第一参数是Link Key table的指引。

第二个参数是入网节点的EUI64地址。

第三个参数是install code。你可以通过使用CLI “info”来查看入网节点Z3 Light的EUI64地址（node [(>)000B57FFFE07F6E3]）。

第四个参数是install code加上其对应的CRC校验码。你可以通过第3步的tokendump命令得到install code的CRC校验码。注意：这里是以大端格式排列。

使用Network Analyzer工具对入网过程进行抓包（可选）。在Simplicity Studio视图中转到Network Analyzer，并右键单击J-Link adapter，选择capture 进行抓包。如果你处于一个噪音环境下，可以选择在指定的PAN ID上进行抓包。

使用如下CLI命令，在Z3Gateway(Trust Center)上设置临时的Link Key（与install code生成的Link Key相同）：

plugin network-creator-security set-joining-Link-Key {eui64} {LinkKey}

plugin network-creator-security set-joining-Link-Key {00 0B 57 FF FE 07 F6 E3} {9A A4 67 C7 8F 45 43 F1 BC A6 CA 03 C3 D7 3B 31}

在Z3Gateway中使用如下CLI命令设置允许加网：

plugin network-creator-security open-network

最后在Z3Light中使用Network Steering plugin命令加入网络。

plugin network-steering start 0

以上步骤就是通过install code生成的临时Link Key顺利加入到Z3网络中。如果你在第6步使用Network Analyzer进行抓包，可以看到整个入网过程。Z3 Light初始化网络使用临时的Link Key。Trust Center使用临时的Link Key将Network Key传输给Z3 Light，（请参考"Transport Key (NWK)"帧）。最后Z3 Light请求一个新的Link Key，Trust Center传输新的Link Key给Z3 Light，（请参考"Transport Key (Link)"帧）。
Burning hex file into Si4010 step-by-step

tanagy | 07/195/2017 | 12:30 PM

The basic operation flow of the NVM Programming Utility (Si4010_NVM_Burner.exe) is as follows:

1. Select the Main tab on the GUI.

2. Select the USB adapter.

3. Hit the Connect button to connect to the part.

Either:

4. Add your application code intel hex file to the User Boot section.

5. Keep the address value as it is — first line has 0xE180 address filled automatically.

6. Check "Run" checkbox only.

7. Specify the new output NVM Burn File. Choose Overwrite if desired. GUI must check the file existence before running the composer since the composer always overwrites the existing output file.

8. Hit Compose and observe the results. The gui_composer.exe is invoked behind the scenes and the NBF file gets generated.

Or:

4.Load existing, previously generated NVM Burn File. The Compose Map gets filled in from the file. Then go to Step 9.

In both cases:

9.Make sure the 6.5 V programming voltage is connected to GPIO[0] of the part. For example, slide the PROG switch on the MSC-BA4 board to the ON position.

10. Hit Burn to burn the device. The burning process loads the NBF file in the device and uses the information in the NBF file to do the actual burning. Observe the results. The burning process stops at first error encountered.
RAIL_SetStateTiming and scheduled TX

tanagy | 07/195/2017 | 12:15 PM

The scheduled transmit/receive operations are designed to start at the exact time that you specify and RAIL accounts for any transition times and ramp times it knows about. In BLE, RAIL also has Rx and Tx chain delay values that make these times very accurate. In proprietary PHYs RAIL do not have the Rx and Tx chain delays so there may be some small error, but the timings should be pretty close.

Also, RAIL is only taking the idleToTx time for transmit and idleToRx time for receive into account. If the radio happens to be in a state other than idle, it will be subjected to the rxToTx or txToRx times which could be different and cause a scheduled operation to start at the wrong time. So, for now, those numbers just need to be set the same to ensure proper behavior.
RAIL_RX_CONFIG_TIMEOUT

tanagy | 07/195/2017 | 11:58 AM

In RAIL_SchedulRx() you can configure a ‘receive window’. If you do not receive a sync word within this window, the RAIL_RX_CONFIG_TIMEOUT callback will be asserted.

当使用其它型号的外部SPI Flash时，需要如何扩展Bootloader源码？

Lesun | 07/195/2017 | 04:18 AM

问题

答案

针对于Silicon Labs EmberZNet 和Thread 协议栈，Silicon Labs的Bootloader源码中已经支持多种型号的外部SPI Flash驱动，驱动源码在如下目录：

C:\SiliconLabs\SimplicityStudio\v4\developer\sdks\gecko_sdk_suite\v1.1\platform\base\hal\micro\cortexm3\common\spiflash-class1.c

对于客户来说，不同的项目中可能会使用不同大小以及型号的外部SPI Flash，而这些Flash型号可能并不在Silicon Labs默认支持的列表中。因此，需要软件工程师对spiflash-class1.c 进行扩展，以增加对该SPI Flash的支持。本文的目的是帮助工程师理解并掌握如何扩展自己所需要的外部SPI Flash。

下表列出了Silicon Labs已经支持的SPI Flash型号。如果客户使用的型号已经在这个表格里面，则无需做任何扩展。

Macronix

· MX25L2006E (2Mbit)

· MX25L4006E (4Mbit)

· MX25L8006E (8Mbit)

· MX25R8035F (8Mbit low power)

· MX25L1606E (16Mbit)

· MX25U1635E (16Mbit 2Volt)

· MX25R6435F (64Mbit low power)

ISSI

· IS25LQ025B (256Kbit)

· IS25LQ512B (512Kbit)

· IS25LQ010B (1Mbit)

· IS25LQ020B (2Mbit)

· IS25LQ040B (4Mbit)

Numonyx/Micron

· M25P20 (2Mbit)

· M25P40 (4Mbit)

· M25P80 (8Mbit)

· M25P16 (16Mbit)

Atmel/Adesto

· AT25DF041A (4Mbit)

· AT25SF041 (4Mbit)

· AT25DF081A (8Mbit)

Winbond

· W25X20BV (2Mbit)

· W25Q80BV (8Mbit)

Spansion

· S25FL208K (8Mbit)

当客户使用的SPI Flash不属于以上表格中列出的型号时，则需通过对驱动文件spiflash-class1.c进行扩展。

首先，需要理解SPI Flash驱动文件中的结构。

第 43-155行，定义Flash芯片的各种参数，比如大小、速率、页定义以及时序。
第157-247行，定义芯片的Part number名字，注意命名时需要唯一。
第249-533行，定义HalEepromInformationType 结构体，这些参数已经在第43-155行中定义。
第535-561行，定义芯片的枚举变量。
第563行，函数实现。

接下来最主要的工作是定义HalEepromInformationType 结构体。这需要参考SPI Flash的数据手册。请在bootloader-eeprom.h中查找结构体的定义。

typedef struct {
  uint16_t version;                     /** The version of this data structure */
  uint16_t capabilitiesMask;            /** A bitmask describing the capabilites of this particular external EEPROM */
  uint16_t pageEraseMs;                 /** Maximum time it takes to erase a page. (in 1025Hz Milliseconds) */
  uint16_t partEraseMs;                 /** Maximum time it takes to erase the entire part. (in 1024Hz Milliseconds) */
  uint32_t pageSize;                    /** The size of a single erasable page in bytes */
  uint32_t partSize;                    /** The total size of the external EEPROM in bytes */
  const char * const partDescription;   /** Pointer to a string describing the attached external EEPROM */
  uint8_t wordSizeBytes;                /** The number of bytes in a word for the external EEPROM **/
} HalEepromInformationType;

如下示例所示：

 
#if defined(SPIFLASH_SPANSION_S25FL208K)
static const HalEepromInformationType spansion8MInfo = {
 EEPROM_INFO_VERSION,
 EEPROM_CAPABILITIES_ERASE_SUPPORTED | EEPROM_CAPABILITIES_PAGE_ERASE_REQD,
 TIMING_ERASE_4K_MAX_MS,
 TIMING_ERASE_SPANSION_8M_MAX_MS,
 DEVICE_SECTOR_SIZE,
 DEVICE_SIZE_8M,
 "S25FL208K",
 DEVICE_WORD_SIZE // word size in bytes
};
#endif

当填充这个结构体时，以下这些值需要使用文件中的默认值。

version
capabilitiesMask
wordSizeBytes

以下这些值需要使用Flash的数据手册中的数值。

pageEraseMs
partEraseMs
pageSize
partSize

以下这个值用于描述Part的字符串。

partDescription

将结构体定义完成后，使用#if defined宏定义将其包裹起来。一旦所有的这些完成之后，当编译项目时，能正常选择扩展的SPI驱动。如果有任何设置不正确，通常会导致初始化Flash时出现ASSERT。

AN1084: Using the Gecko Bootloader with EmberZNet and Silicon Labs Thread

AN772: Using the Ember Application Bootloader

The default header file radio_config.h of Si4362-C2 doesn't define RF_PKT_CRC_SEED_31_24_4

Yongsheng | 07/186/2017 | 05:34 AM

For Si4362-C2 part, the radio-config header file which is created by WDS doesn't define RF_PKT_CRC_SEED_31_24_4 and doesn't add it into RADIO_CONFIGURATION_DATA_ARRAY even though we set a new CRC seed in the WDS's GUI window. If the crc seed in the sender side is not all's 0, Si4362-C2 will appear crc error when it tries to receive the data.

A temporary solution is to define RF_PKT_CRC_SEED_31_24_4 and add it into RADIO_CONFIGURATION_DATA_ARRAY manually.
Why does EFR32 part appear CRC error sometimes and how to solve the problem?

Yongsheng | 07/186/2017 | 05:02 AM

Question
Why does EFR32 part appear CRC error sometimes and how to solve the problem?

Answer
Sometimes we may see EFR32 part appears CRC error if enabling CRC function, it's maddening. The reason is radio's physical detecting algorithm.

When EFR32 part is receiving a packet with all's 1 or all's 0 payload, it couldn't detect the bits correctly if the packet is long because of its physical detecting algorithm.

The solution is to enable whitening so that the data payload in the air will not be all's 1 or all's 0.

EmberZNet 以及Thread协议栈需要用哪个版本的IAR EWARM进行编译？

Lesun | 07/186/2017 | 04:33 AM

问题

EmberZNet 以及Thread协议栈需要用哪个版本的IAR EWARM进行编译？

答案

Silabs有多个版本的 EmberZNet ZigBee和SL-Thread 协议栈，以及新的Gecko Bootloader SDK。我们需要哪些版本的编译器来编译这些不同版本的协议栈？

IAR-EWARM 用来编译Silicon Labs的EM3xx以及EFR32 MCUs。使用当前最新版本的Simplicity Studio进行开发，安装完Simplicity Studio之后，需要安装IAR-EWARM，并将其导入到Simplicity Studio中，步骤如下所示：

Simplicity Studio-> Windows-> Preferences -> Simplicity Studio -> Toolchains-> click “Add” button.

对于EmberZNet 5.7以及之后的版本都必须使用Simplicity Studio进行开发。不同的协议栈对应的IAR编译器版本如下：

Stack Version	Compiler Version
EmberZNet 5.9.x; SL-Thread 2.1; SL-Thread 2.2	EWARM 7.80.2
EmberZNet 5.8.x; SL-Thread 2.0	EWARM 7.80.2
EmberZNet 5.4.x through 5.7.x; SL-Thread 2.0 and prior	EWARM 7.30.1
EmberZNet 5.0.x through 5.3.x	EWARM 6.40.2
EmberZNet 4.6	EWARM 6.21.1
EmberZNet 4.0 through 4.5	EWARM 5.40.5

Gecko Bootloader Main Bootloader v.1.0.0 可以使用 EWARM 7.80.2或者GCC (GNU ARM) versions 4.9.3/4.8.3进行编译，在Simplicity Studio 4中安装Gecko SDK之后会自动安装GCC。

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EmberZnet调试UART-NCP（基于EFR32MG）的一些实用方法

问题

答案

如何使用Inter-Pan消息实现两个不同网络的设备之间的单跳通信？

问题

答案

ZigBee 3.0 网络：如何使用install code生成的Link Key加入Z3网络？

问题

答案

Burning hex file into Si4010 step-by-step

RAIL_SetStateTiming and scheduled TX

RAIL_RX_CONFIG_TIMEOUT

当使用其它型号的外部SPI Flash时，需要如何扩展Bootloader源码？

问题

答案

The default header file radio_config.h of Si4362-C2 doesn't define RF_PKT_CRC_SEED_31_24_4

Why does EFR32 part appear CRC error sometimes and how to solve the problem?

Question

Answer

EmberZNet 以及Thread协议栈需要用哪个版本的IAR EWARM进行编译？

问题

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