跟我來！用i.MX 8M和JN5189，快速實(shí)現(xiàn)Zigbee和Matter的網(wǎng)絡(luò)橋接

發(fā)布人：12345zhi 時(shí)間：2023-07-21 來源：工程師

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本文將介紹Matter對(duì)網(wǎng)絡(luò)橋接功能的支持，并探討在Matter提供的例程基礎(chǔ)上如何使用i.MX 8M和JN5189實(shí)現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)和Matter網(wǎng)絡(luò)之間的橋接，從而將Zigbee設(shè)備連接到Matter網(wǎng)絡(luò)。快來一探究竟吧！

Matter橋接原理

Matter是新一代的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)議，與傳統(tǒng)的Z-Wave或Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相比，它在安全性、互操作性方面有很大的改進(jìn)。特別是對(duì)多種物理層的支持，讓Matter幾乎能夠運(yùn)行在所有的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中。

當(dāng)然，傳統(tǒng)的Z-Wave或Zigbee產(chǎn)品并不會(huì)很快退出市場(chǎng)，如何將這些產(chǎn)品連接到Matter網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)它們和Matter產(chǎn)品之間的互連互通，是目前急需解決的一個(gè)問題。我們可以通過Matter橋接設(shè)備（Bridge）實(shí)現(xiàn)Matter和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的互連。

圖1：Matter橋接示意圖

幸運(yùn)的是，Matter開發(fā)組織已經(jīng)提供了一些Matter橋接設(shè)備的例程。在這些例程中，Matter橋接設(shè)備作為一個(gè)Matter設(shè)備可以加入到Matter網(wǎng)絡(luò)，而Z-Wave或Zigbee設(shè)備需要被映射到它的動(dòng)態(tài)端點(diǎn)（dynamic endpoint）中。這樣Matter網(wǎng)絡(luò)的其它設(shè)備就可以通過Matter橋接設(shè)備的動(dòng)態(tài)端點(diǎn)來跟Z-Wave或Zigbee設(shè)備通信，如下圖所示。這些端點(diǎn)被稱為“動(dòng)態(tài)端點(diǎn)”的原因是Zigbee設(shè)備隨時(shí)可能離網(wǎng)，原先映射端點(diǎn)也就不再有效。

本文將以Zigbee網(wǎng)絡(luò)為例，以i.MX 8M EVK和JN5189 DK6 EVK為硬件開發(fā)平臺(tái)，介紹如何在例程基礎(chǔ)上添加代碼，來實(shí)現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的橋接功能。

圖2：將Zigbee設(shè)備映射到Matter橋接設(shè)備

i.MX 8M和JN5189介紹

i.MX 8M系列應(yīng)用處理器基于Arm Cortex-A53和Cortex-M4內(nèi)核，具有業(yè)界領(lǐng)先的音頻，語音和視頻處理功能，適用于從消費(fèi)家庭音頻到工業(yè)樓宇自動(dòng)化及移動(dòng)計(jì)算機(jī)等廣泛應(yīng)用。作為Matter設(shè)備，i.MX 8M EVK配合其板載的藍(lán)牙、Wi-Fi以及LAN接口，可以輕松實(shí)現(xiàn)Matter over Wi-Fi和Matter over Ethernet通訊。借助于外掛的K32W061 USB dongle，還可以實(shí)現(xiàn)Matter over Thread通訊。本文使用其Matter over Wi-Fi方式作為Matter設(shè)備。

JN5189是為極低功耗無線設(shè)備設(shè)計(jì)的高性能超低功耗微控制器，搭載了802.15.4 PHY和MAC，以及AES 128硬件加解密模塊，支持Zigbee、Thread以及Matter等多種協(xié)議。本文使用Zigbee協(xié)議，將其作為Zigbee協(xié)調(diào)器來實(shí)現(xiàn)橋接功能。

硬件連接

本文中我們使用兩塊i.MX 8M EVK和一個(gè)Wi-Fi路由器組件Matter網(wǎng)絡(luò)，其中一塊i.MX 8M EVK作為Matter網(wǎng)絡(luò)控制器 (Commissioner) 運(yùn)行chip-tool，另外一塊i.MX 8M EVK作為Matter網(wǎng)橋設(shè)備，運(yùn)行Matter橋接設(shè)備軟件imx-chip-brige-app。

Matter網(wǎng)橋設(shè)備中通過USB端口連接了一個(gè)JN5189的Zigbee協(xié)調(diào)器，Matter橋接設(shè)備軟件需要同時(shí)支持Matter設(shè)備的功能以及管理Zigbee網(wǎng)絡(luò)的功能。另外，我們使用JN5189 DK6 EVK的OM15076-3 / OM15081-2組合板充當(dāng)Zigbee設(shè)備。

圖3：硬件搭建示意圖

軟件設(shè)計(jì)

Zigbee設(shè)備管理

本文的設(shè)計(jì)中，Matter橋接設(shè)備作為Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，因此它需要管理Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建和Zigbee設(shè)備的入網(wǎng)，離網(wǎng)，命令控制及綁定等操作。同時(shí)它需要維護(hù)一個(gè)Zigbee設(shè)備的本地?cái)?shù)據(jù)庫。如圖4中的ZCB模塊。

為了便于本文的討論，我們將Zigbee設(shè)備簡(jiǎn)單地分為兩類。一類是控制設(shè)備，它接受協(xié)調(diào)器的命令并做出動(dòng)作，這類設(shè)備通常是Zigbee 路由器（Router）。另外一類是傳感器設(shè)備，這類設(shè)備通常是Zigbee 終端設(shè)備（End Device），常常處于睡眠狀態(tài)，有時(shí)會(huì)利用喚醒的間隔發(fā)送數(shù)據(jù)包到協(xié)調(diào)器。

Matter橋接設(shè)備對(duì)Zigbee設(shè)備的控制

下面分別討論Matter橋接設(shè)備對(duì)這兩類設(shè)備的不同處理:

Matter橋接設(shè)備對(duì)Zigbee控制設(shè)備

的命令解析及傳遞

已入網(wǎng)的Zigbee設(shè)備會(huì)被映射到Matter設(shè)備的動(dòng)態(tài)端點(diǎn)中，這樣Matter網(wǎng)絡(luò)控制器對(duì)Zigbee設(shè)備的控制會(huì)發(fā)送到這些端點(diǎn)。對(duì)于Zigbee控制類設(shè)備，橋接設(shè)備需要通過Zigbee協(xié)調(diào)器正確地將這些命令轉(zhuǎn)發(fā)給它們。

如圖4中的Level Control和OnOff Control命令。需要注意的是由于Level Control Cluster里的MoveToLevel命令具有延時(shí)特性，如下圖的Transition time，我們可以利用Matter協(xié)議棧里的PreCommandCallback回調(diào)函數(shù)來獲取命令的詳細(xì)參數(shù)。

對(duì)于不帶延時(shí)特性的命令，我們可以直接從例程提供的AttributeChangeCallback接口里獲取。

圖4：Zigbee cluster規(guī)范里的MoveToLevel命令參數(shù)圖

對(duì)于這類Zigbee控制設(shè)備，設(shè)計(jì)的軟件框圖如下：

圖5：發(fā)送控制命令到Zigbee 路由設(shè)備的橋接設(shè)備軟件框圖

Matter橋接設(shè)備對(duì)Zigbee傳感器設(shè)備

屬性匯報(bào)的管理

對(duì)于Zigbee傳感器類設(shè)備，可以在設(shè)備入網(wǎng)時(shí)就進(jìn)行綁定（bind）操作，這樣Zigbee協(xié)調(diào)器就能定期收到屬性數(shù)據(jù)匯報(bào)（attribute report）。同時(shí)，Matter控制設(shè)備也需要通過subscribe命令將其映射的端點(diǎn)和Cluster綁定到Matter控制設(shè)備。這樣通過兩次綁定，Zigbee傳感器的數(shù)據(jù)最終會(huì)被推送到Matter控制設(shè)備。

對(duì)于這類Zigbee傳感器設(shè)備，設(shè)計(jì)的軟件框圖如下：