ZigBee空中下載技術研究及其優化設計

摘要：首先介紹基于ZigBee協議的OTA系統，并在CC2530F256硬件平臺上進行驗證。在Z-Staek協議棧中，設計出一種鏡像頁請求的空中下載(Over the Air，OTA)更新方式，并通過實驗測試，與原有的鏡像塊請求方式進行了比較分析。實驗結果表明，鏡像頁請求方式可以大大減少網絡的更新流量，從而提高節點的更新效率。
關鍵詞：無線傳感網絡；ZigBee；空中下載；鏡像塊請求；鏡像頁請求；更新效率

引言
本文移植并驗證了一種基于ZigBee協議的空中下載(OTA)技術，其分發協議支持點對多傳輸更新功能，多跳網絡的代碼分發功能由路由協議支撐。在Z-Stack協議棧下，僅僅支持鏡像塊請求功能，更新效率并不理想。針對此問題，設計出一種高效的鏡像頁請求功能，能夠提高點對多的傳輸更新效率，并減少網絡流量。

1 OTA概述
ZigBee協議規范使用了IEEE 802．15．4定義的物理層(PHY)和媒體介質訪問層(MAC)，并在此基礎上定義了網絡層(NWK)和應用層(APL)。針對無線傳感網絡重編程技術的需求，ZigBee聯盟在原有協議的框架上，提出了一種OTA規范，其作為一個系統可選的功能模塊。OTA系統的結構示意圖和服務器與客戶端之間的數據交互過程略——編者注。

2 OTA系統設計
本文的OTA系統基于TI公司的ZigBee SoC芯片CC2530F256設計，包括硬件與軟件的設計。
2．1 硬件系統
CC2530F256內部集成一個增強型8051單片機，擁有8 KB SRAM和256 KB內部Flash存儲器。內部Flash主要用來保存程序代碼和常量數據。由于傳統8051代碼存儲空間尋址范圍只有64 KB，CC2530把內部256 KBFlash分成8個bank，每一個bank大小是32 KB，通過寄存器FMA P．MAP[2：0]選擇不同的bank映射到代碼存儲空間，解決了尋址空間受限的問題。
對于OTA客戶端，啟動代碼位于bank0的0x0000～0x0800地址區域，大小為2 KB。其余的254 KB的Flash空間，用來存儲當前固件和其他信息。值得注意的是，0x0888～0x088B區域存放了CRC校驗信息，0x088C～0x0897區域存放了PREAMBLE，包括鏡像大小、制造商ID、鏡像類型和鏡像版本號信息。另外，bank7最后的14 KB空間(0x7C800～0x7FFFF)用作非易失性(None Volatile，NV)變量區(12 KB)和特定信息保留區(2 KB)。
OTA系統升級方案有兩種，分別是片內Flash升級和片外Flash升級。考慮到一般程序固件大小都超過128KB和以后程序功能升級的擴展性，本文采用片外Flash的方案。采用的片外Flash(M25PE20)容量為256 KB，通過SPI總線與CC2530之間傳輸數據。
2．2 軟件系統
對于基于任務事件輪詢機制的Z-Stack工程，默認沒有添加OTA功能。如果節點需要開啟OTA功能，首先需要燒寫OTA的啟動代碼。當節點完成鏡像接收之后，對新鏡像進行CRC校驗，并清空當前鏡像的CRC信息，然后重啟。當節點重啟后，首先跳轉到啟動代碼的地址，開始執行如圖1所示的工作流程。

3 OTA的鏡像頁請求實現
根據ZigBee OTA的規范，OTA客戶端向OTA服務器請求鏡像的方式有兩種，分別是鏡像塊請求與鏡像頁請求。鏡像塊請求的OTA更新方式效率較低。
本文根據ZigBee OTA的規范，在Z-Stack協議棧上設計出鏡像頁請求的更新方式。頁請求命令與塊請求命令類似，在數據幀當中附加了鏡像頁大小與響應間隔信息。當OTA服務器收到一次頁請求后，在一定時間間隔內多次向節點發送塊響應，免去了多次塊請求。其中，塊響應的次數由鏡像頁大小決定，時間間隔由響應間隔設定。正因為請求命令的銳減，能夠大大減輕整個網絡流量的負擔，并提高節點的傳輸更新效率。