【经验】关于NCP+Host架构接收不到IAS Zone设备状态上报的问题排查
SILICON LABS的EFR32MG21是一款多协议无线SoC ，是实现物联网设备能源友好型多协议、多频段网络的理想选择。笔者在实际项目中，实现了一套基于ZigBee3.0的智能家居系统，协调器模组使用的是EFR32MG21A20。下面就详细介绍项目中遇到的一个隐藏较深的问题以及排查和解决过程。
项目背景：
ZigBee协议在智能家居领域中应用非常广泛，至今已发展到3.0版本。本文背后的项目就是基于ZigBee3.0开发的智能家居产品。
项目概述：
项目方案的功能分层框图如下图所示。网关侧为安卓系统，ZigBee模组使用芯科的EFR32MG21系列，软件采用芯科的NCP+Host架构；设备侧有各种智能设备如开关、窗帘电机、灯光、传感器等，它们都是基于ZigBee3.0标准ZCL规范实现的，其中智能传感器使用了IAS Zone簇。
NCP+Host架构是一个非常实用且高效的架构，其中NCP（Network Co-Processor）位于硬件模组之上，运行着物理层PHY和EmberZNet PRO协议栈；而Host属于应用层，可运行于（遵循POSIX标准的）操作系统中。
IAS Zone是标准ZCL规范中规定的IAS（Intruder Alarm System）簇中的一类，此外还包括IAS ACE（Ancillary Control Equipment）和IAS WD（Warning Device）。
问题描述：
网关绑定IAS Zone设备门磁（下文简称门磁）后，门磁的开关门状态不能上报至App。这是一个很隐蔽的bug，默认情况下需要网关绑定41台以上不同设备才会暴露，因此该bug躲过了常规的开发测试和质量测试环节，而是在小批试产时发现的。
问题排查：
在分析问题时，不要盲目，比较好的方式是沿着数据流进行分析，先定位问题发生的环节，然后从问题环节切入剖析。从功能分层框图可知，设备上报状态需要经由设备（发起者）→网关（NCP→Host→网关应用）→IoT云平台→移动终端App。
分析流程如下：
1）先从发起者开始抓包诊断，抓包工具为Ubiqua和ZigBee USB Dongle，巧合的是，通过空口包可发现设备侧并没有上报状态。但由于该设备是第三方的标准ZigBee3.0设备，无法通过Debug手段进行分析。
2）于是采用替换法继续定位。分别替换不同设备和不同网关，快速定位出了问题环节在网关侧而非设备侧。从问题发生的现象来看，设备跟网关进行ZigBee组网之后，就不再上报状态，因此很可能是协调器（即Host+NCP）导致。
3）考虑到协调器只在组网阶段与设备有交互，因此尝试分析组网过程，看是否有不正常配置导致设备“哑火”。果然，如下图所示，在Enroll过程是有问题的，设备发起Enroll请求后，协调器回复的应答状态却为No Enroll Permit（不允许新Zone设备登记），由于网关应用不参与此过程，因此，可以断定问题节点就位于协调器侧！
问题分析：
在芯科的NCP+Host架构中，对于IAS设备的Enroll过程处理是位于Host的，也就是“功能分层框图”中的Ember Code中，因此，我们或许可以通过分析Host代码来找到问题所在。
通过打印log或者检索Enroll文字，可以快速找到相关函数emberAfIasZoneClusterZoneEnrollRequestCallback，Enroll的状态码就是在该函数中设置的。
从下图中代码片段可以看出，返回错误状态码是因为函数findIasZoneServerByNodeId返回了异常值。
这里需要先了解一下Host对IAS的维护机制，Host使用一个数组emberAfIasZoneClientKnownServers来保存当前已成功登记的IAS设备，其长度由宏EMBER_AF_PLUGIN_IAS_ZONE_CLIENT_MAX_DEVICES进行配置，默认为40（这也是为何只有绑定41个及以上的IAS设备才能引发bug）。该数组是系统运行时的内存镜像，如果深究可以找到其物理存储对象，例如可以存储在运行路径下的iaszone.txt文件中。
函数findIasZoneServerByNodeId返回异常值的原因是在数组中没有找到对应元素。通过查看文件iaszone.txt得知，emberAfIasZoneClientKnownServers数组中很多设备是已经退网了的，也就是说退网机制并不能保证及时清理数组项，这便是问题症结。
解决方法：
解决思路很简单，在每次处理IAS设备退网请求时，清理emberAfIasZoneClientKnownServers中的残留项。
至于在Host代码中何处添加清理逻辑，这是仁者见仁的。笔者是在文件device-table-discovery.c中进行修改的，函数emberAfTrustCenterJoinCallback（注意，此函数声明有多处定义，需要配合Makefile确认实际位置）中的分支EMBER_DEVICE_LEFT即是对退网请求的处理，相关代码片段如下图所示。
于是，在函数newDeviceLeftHandler中添加清理逻辑，代码片段如下图所示。
测试效果：
在下图所示的实例中，左侧为实际绑定了40个IAS设备的数组内容，尝试将编号为37的设备进行退网，则数组中的对应项清空为默认值，如右侧所示。至此，问题就解决了。
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