概要

最近一段时间，因为需要开发一款包含zigbee 3.0功能的融合通讯网关，所以花费了一段较长的时间来研究Silicon Labs的Host-NCP应用框架。主要的工作包括Silicon Labs官方SDK中推荐的基于Ubuntu环境下的项目搭建、代码编译、功能验证等工作。

同时，为了兼顾在不同应用场景下的开发需求，也把对应的Host部分移植到了ESP32、STM32等嵌入式环境中，中间碰到了不少困难和问题，现把一些关键内容、操作过程、注意事项进行记录，为以后相关开发做一个指引和帮助。（一些关于Silicon Labs项目的基础概念、代码生成、插件配置就不做详细记录了，网上也有很多相关的文章可以参考）。

参考文档

Host-NCP的基本架构和基于Simplicity Studio软件的项目创建，请参考以下文章（感谢相关文章作者的分享，在此借以引用参考，如有涉及版权问题，请及时联系我）

1.作者GOING BRYOND LIMITS 关于EFR32xG21搭建网关的一系列文章（建议按顺序全部阅读一次）

1）《EFR32xG21搭建网关demo - 概览》：https://blog.csdn.net/xingzhibo/article/details/104535007

2）《EFR32xG21搭建网关demo - bootloader》https://blog.csdn.net/xingzhibo/article/details/107808462

3）《EFR32xG21搭建网关demo -ncp-uart-sw》https://blog.csdn.net/xingzhibo/article/details/107841658

4）《EFR32xG21搭建网关demo - Z3GatwayHost应用》 https://blog.csdn.net/xingzhibo/article/details/107907184

2.Silicon Labs官方的gateway开发指导手册：《ug129-zigbee-gateway-ref-design-guide.pdf》

3.Silicon Labs官方在B站上的视频教学（其中LCGW-Training-Day 3-1_Intro为gateway在freeRTOS中的移植介绍）https://space.bilibili.com/605447248/channel/detail?cid=154303

4.Silicon Labs官方在github上的教学资源https://github.com/MarkDing/IoT-Developer-Boot-Camp/wiki/Zigbee

开发工具和SDK

芯科EmberZNet SDK 6.7.5.0
Simplicity Studio V4

Host软硬件环境

Host环境	型号	操作系统	编译工具链	包含功能	可用性	移植工作量
PC	虚拟机：2核CPU，4G内存，50G硬盘	Ubuntu18.04	gcc version 7.5.0 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04)	全部功能：设备入网、设备管理、命令行控制、设备绑定、OTA升级、mqtt对接等	非常稳定，可用性高。	无
ESP32	ESP32-WROOM-32D Flash：8MB SRAM ：536KB	freeRTOS	xtensa-esp32-elf-gcc gcc version 8.2.0 (crosstool-NG esp-2019r2)	大部分功能：设备入网、设备管理、命令行控制、设备绑定、OTA升级、mqtt对接等	比较稳定，可用性高。	较小。生成给ESP32调用的静态库，大概需要调整10几处
STM32	STM32F407VGT6 核心版 Flash：1MB SRAM ：192+4KB	freeRTOS	gcc version 10.2.1 20201103 (release) (GNU Arm Embedded Toolchain 10-2020-q4-major)	部分功能：设备入网、设备管理、命令行控制、设备绑定、mqtt对接	不稳定，主要引发异常的地方是使用esp8266连接互联网、mqtt部分。	较多。生成给STM32调用的静态库，大概需要调整20几处；如果需要连接mqtt，需要引入带mqtt功能的esp8266模块。

NCP软硬件环境

使用EFR32MG21A020F768IM32模组（某宝上购买）作为NCP

在Silicon Labs官方的开发指导文档中，操作过程一般都是基于他们的开发板来进行的；所以如果没有开发板，直接使用模组进行开发的，需要做以下调整

1）bootloader-uart-xmodem项目Plugin中的GPIO activation 需要配置BTL_BUTTON的管脚，否则可能编译时会出现错误信息，无法编译通过。（我这里是随便配的，只要和host-ncp的串口通讯管脚不冲突即可）

2）ncp-uart-sw项目Plugin中的NCP-Uart需要配置ncp通讯使用的uart端口和uart管脚。

配置uart通讯端口

配置uart管脚

备注：如果后续要把模组用于其他项目的测试，不再作为NCP使用；例如测试官方的Z3LightSoc、Z3SwitchSoc例子，记得要先重新烧录合适的bootloader进行替换，例如bootloader-storage-internal-single固件；否则可能出现模组没有响应，或Z3LightSoc、Z3SwitchSoc应用无法正常加载的情况。

Host工程配置注意事项

1.默认的Host工程生成后，是不带mqtt功能的，所以需要手工在plugin中增加以下组件

- Paho MQTT
- cJSON
- Gateway MQTT transport
- Gateway Relay Mqtt
- Device Table
- Command Relay

在Host的工程介绍里面有提到

2.mqtt服务器的地址和端口以及订阅主题前缀，可以在Gateway MQTT transport插件中配置，它们的宏定义在工程目录下的“Z3GatewayHost.h”

3.项目工程目录和SDK目录尽量放在相对较近的位置，如下图所示。因为芯科的SDK目录、文件较多，嵌套较深，在编译的时候相对路径较长，可能导致操作系统或者Simplicity Studio找不到对应的资源文件。

工程将以相对路径方式链接编译资源

Ubuntu环境的调整

按照前面的“参考文档”的步骤说明，在Ubuntu下进行项目编译，基本是没问题的，但为了后续更加方便地迁移到ESP32和STM32平台，也做了相关调整，记录如下：

1.采用虚拟机的方式快速搭建编译环境。

1）利用乐鑫开源的一个AT项目中提供的虚拟机，直接导入Ubuntu18.04环境，虚拟机中已经安装好标准的gcc环境、乐鑫交叉编译环境、esp-idf、esp8266 sdk等，省去很多编译环境安装工作。（后续编译esp32静态库、修改esp8266 at命令都比较简单）。

2）乐鑫开源项目esp-at地址如下：https://gitee.com/EspressifSystems/esp-at

3）虚拟机下载地址如下：http://download.espressif.com/esp_share/env/ubuntu1804.ova

虚拟机加载后，桌面背景有基本的使用说明

4）通过gcc –v命令可以看到虚拟机中gcc版本是7.5.0，因此后续的编译生成将是基于gcc 7.5.0进行。

2.调整Makefile文件

1）不使用readline库、ncurses库：查看Makefile 文件416行附近，可以看到项目默认会引用两个外部lib，“readline”和“ncurses”。因为大部分linux环境下默认都没有这两个lib（MCU环境更加没有），使用的话需要另外安装。但在测试的时候，可以不使用这两个lib，也能正常跑起来使用全部功能。所以，我们在Makefile的顶部，定义NO_READLINE宏NO_READLINE ?= 1，编译的时候不使用这两个库。

备注：“readline”和“ncurses”库的使用，主要在SDK的“protocol/zigbee/app/util/serial/linux-serial.c ”文件中体现，可以看到SDK已经预留不使用这两个库的功能实现。

以上为Ubuntu环境下host应用编译的注意事项和调整的地方，在其他Linux环境，如centOS 7环境，也是类似。

把项目文件和sdk复制到虚拟机中（保持项目目录和sdk目录的相对路径一致）；然后进入工程目录。

使用make命令，编译项目。

项目成功编译后（虚拟机大概需要几分钟，编译的时候最好暂时关闭杀毒软件），在Z3GatewayHost项目目录下，生成了build/exe目录；里面有Z3GatewayHost的可执行文件。

进入exe目录，执行./Z3GatewayHost –help命令，可以看到程序的帮助说明。

至此，Z3GatewayHost程序生成成功。

Host应用简单测试

1.用USB-串口线，将已经烧录好bootloader、ncp程序的模组与电脑连接。（确保串口线的TX、RX接到正确的NCP管脚）

2.如果是采用ESP32虚拟机的，需要将USB映射到virtualBox虚拟机上，如下图所示：

3.进入Z3GatewayHost可执行目录，运行 sudo ./Z3GatewayHost -n 0 -p /dev/ttyUSB0 命令，启动网关应用。其中/dev/ttyUSB0 为串口线USB设备在linux中的名称（可在/dev目录下查询）。

4.启动后，看到以下信息，代表网关启动成功。

5.直接在命令行中输入info命令，会输出NCP相关的Zigbee信息（和芯科SOC应用一样，可以通过cli命令行来进行各种插件功能操作）

关于日志输出

1.可以在启动host应用的时候，通过-t参数指定不同的日志输出，如下图所示：

2.SDK中提供了将Host-NCP串口通讯的数据记录到文件的功能，但需要在代码级别打开此功能。具体是在"\protocol\zigbee\app\ezsp-host\ezsp-host-io.c"中，如下图所示

取消宏

//#define ENABLE_HOSTIO_DEBUG // must define to enable any debug option
//#define IO_LOG "ezspuart.log" // log serial data read or written to a file

的注释后，重新make编译项目，启动应用后，会在exe目录中生成ezspuart.log日志文件，里面会清晰记录host和NCP之间的通讯流程。

这个日志文件可以作为后续将网关移植到其他平台时，Host与NCP之间串口通讯数据传输正确与否的重要依据。

接下来，将记录如果通过cli命令行方式或芯科提供的gateway-management-ui（基于nodejs、reactui的web应用）方式，测试ZigBee主要功能。

gateway-management-ui也是一大堆坑，必须认真记录一下。

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