Matter - 体验，灯泡（1）

news2024/9/28 15:21:01

一、前言

        Matter（当时称为 Project Connected Home over IP 或 Project CHIP）于2019年12月11日首次宣布。当时，它是由苹果、谷歌、亚马逊和联发科技等公司共同发起的一个项目，目的是创建一个开放标准，提高智能家居设备之间的互操作性。在2021年，该项目更名为 "Matter"，同时宣布了首个 Matter 1.0 版本的发布，这标志着 Matter 开始为开发者和制造商提供稳定的规范，以便构建和推出兼容的智能家居设备。

        本篇采用 nordic 的 nrf-connect-sdk v2.5.0，matter 标准1.1.0，体验 Matter over Thread 开发。

二、先决条件

  1. 带蓝牙的 Ubuntu 22.04 PC 环境。（用作 Matter Controller 控制 MAD 和 开发编译环境）
  2. 支持 IPV6 的路由器。（WiFi Access Point，因为matter基于IPV6，所以路由器必须具备IPV6地址分配的能力（DHCPV6或者可以分配地址前缀信息），否则matter运行过程中mDNS会报错）
  3. Raspberry Pi 5 + nrf52840dongle。(用作 Open Thread Border Router - OTBR)
  4. nrf5340 dk。（作为 Matter Accessory Device - MAD）

本文基于 Matter over Thread 的网络：  

三、配置环境 

Tip：下载相关操作需要梯子。

1.安装 nrf-connect-sdk，构建编译环境。

方式一：使用 vscode 编译与下载（推荐），使用 vscode 的 nrf connect sdk 扩展去下载 toolchain 和 sdk 即可。

方式二：使用 命令行 编译与下载。

方式三：使用  SEGGER Embedded Studio(SES) 编译与下载。

2. 构建 MAD。编译 Matter light hulb 示例。

配置文件选择 prj_no_dfu.conf，不需要烧录 bootloader，其他需要先编译并烧录bootloader。

3. 构建 OTBR 和 编译 coprocessor 示例。

  • OTBR 需要 radvd 服务，来进行IPV6无状态自动配置。
sudo apt update
sudo apt install radvd
  • 创建 /etc/radvd.conf，例如:其中 wlan0 为网卡名称，根据实际情况修改，运行ifconfig查看网卡名称。
interface wlan0 {
  AdvManagedFlag on;
  AdvSendAdvert on;
  MinRtrAdvInterval 30;
  MaxRtrAdvInterval 60;
  prefix fd11:33::1/64 {
      AdvOnLink on;
      AdvAutonomous on;
      AdvRouterAddr on;
      };
  };
  • 重启 rvdvd 服务
sudo systemctl restart radvd
  • 登录 Raspberry Pi 并从 GitHub 克隆 ot-br-posix：
git clone https://github.com/openthread/ot-br-posix.git --depth 1
  • OTBR 可在线程接口和基础架构网络接口（例如 Wi-Fi/以太网）上使用，通过 INFRA_IF_NAME 指定。Thread 接口默认由 OTBR 创建，名为 wlan0。如果未明确指定 INFRA_IF_NAME，则基础架构接口的默认值为 wlan0。
cd ot-br-posix
./script/bootstrap
INFRA_IF_NAME=wlan0 ./script/setup
  • 检查 OTBR 是否已成功安装： 
$ sudo service otbr-agent status
● otbr-agent.service - Border Router Agent
   Loaded: loaded (/lib/systemd/system/otbr-agent.service; enabled; vendor preset: enabled)
   Active: activating (auto-restart) (Result: exit-code) since Mon 2021-03-01 05:43:38 GMT; 2s ago
  Process: 2444 ExecStart=/usr/sbin/otbr-agent $OTBR_AGENT_OPTS (code=exited, status=2)
 Main PID: 2444 (code=exited, status=2)

对树莓派 sudo reboot 重启更改生效 

  • 对 nrf52840dongle 编译 RCP： 
west build -p always -b nrf52840dongle_nrf52840 nrf/samples/openthread/coprocessor/

 打包：

nrfutil pkg generate --hw-version 52 --sd-req=0x00 \
 --application build/zephyr/zephyr.hex --application-version 1 build/zephyr/zephyr.zip

 烧录：

nrfutil dfu usb-serial -pkg build/zephyr/zephyr.zip -p /dev/ttyACM0
  • 插入 RCP 到 Raspberry Pi，编辑文件 /etc/default/otbr-agent，改变tty端口和主干接口波特率。
OTBR_AGENT_OPTS="-I wpan0 -B wlan0 spinel+hdlc+uart:///dev/ttyUSB0?uart-baudrate=100000"
  • 启动 otbr-agent 服务。
sudo systemctl start otbr-agent.service

4. 编译 CHIP Tool（POSIX chip-tool CLI）。

使用官方的最新 chip 项目：

git clone https://github.com/project-chip/connectedhomeip.git
cd connectedhomeip
git submodule update -f --init --recursive
./scripts/examples/gn_build_example.sh examples/chip-tool BUILD_PATH

other：Android chip tool；IOS chiptool。

四、测试设备

1. 配置和启动 OpenThread（OT）网络，在 raspberry pi 终端下执行。

sudo ot-ctl dataset init new
sudo ot-ctl dataset networkkey 00112233445566778899aabbccddeeff
sudo ot-ctl dataset extpanid 1111111122222222
sudo ot-ctl dataset panid 0x1234
sudo ot-ctl dataset channel 15
sudo ot-ctl dataset commit active
sudo ot-ctl ifconfig up
sudo ot-ctl thread start
  • 初始化一个新的 OpenThread 数据集。
  • 设置网络密钥（Network Key）为给定的值。这是用于保障网络安全性的密钥。
  • 设置扩展PAN ID（Extended PAN ID）为给定的值。这是网络的唯一标识符。
  • 设置PAN ID为给定的值。这是一个短地址，用于在同一网络中唯一标识设备。
  • 设置网络通信的频道为给定的值。在 IEEE 802.15.4 网络中，通信频道的选择对于网络的性能和干扰有影响。
  • 提交对数据集的更改，并激活新的数据集。这将应用上述设置。
  • 启动 OpenThread 接口，准备进行通信。
  • 启动 OpenThread 线程栈，使设备成为网络的一部分。

2. 使用 POSIX chip-tool CLI 来配置配对 Matter Light 设备。

        Matter Light 等待配对状态下 LED1 慢闪，配对中快闪，配对后常亮（nrf5340dk 按住 button1 3s 以上恢复出厂设置）。执行编译出来的 chip-tool 应用如下命令进行配对：

sudo ./chip-tool pairing ble-thread 1234 hex:0e08000000000001000035060004001fffe00708fd9e914e6def9df2030f4f70656e5468726561642d323361350410542ccde31a710d5b17af34e12fec0f140c0402a0f7f8051000112233445566778899aabbccddeeff0208111111112222222201021234000300000f 20202021 3840

$ ./chip-tool pairing ble-thread <node_id> hex:<operational_dataset> <pin_code> <discriminator>

  • pairing ble-thread: 指定使用 BLE Thread 进行配对。
  • <node_id>: 设备的节点ID。这是设备在网络中的唯一标识符。
  • hex:<operational_dataset>: 操作数据集（Operational Dataset）的十六进制表示。这是设备的操作参数，用于配置设备的网络连接等信息。
  • <pin_code>: PIN码。这是一种简单的配对方法，用户可以输入此代码来验证设备。
  • <discriminator>: 辨识码。用于在设备之间进行配对时进行标识的参数。

node_id 自定义为 1234。 operational_dataset 获取在 raspberry pi 终端中执行：

sudo ot-ctl dataset active -x

 得到

0e08000000000001000035060004001fffe00708fd9e914e6def9df2030f4f70656e5468726561642d323361350410542ccde31a710d5b17af34e12fec0f140c0402a0f7f8051000112233445566778899aabbccddeeff0208111111112222222201021234000300000f
Done

pin_code、 discriminator 在 Matter Light 启动时可以在设备的日志终端（例如UART）中找到，当前 pin_code：20202021，discriminator：3840。

I: 658 [DL]Device Configuration:
I: 662 [DL]  Serial Number: 11223344556677889900
I: 666 [DL]  Vendor Id: 65521 (0xFFF1)
I: 670 [DL]  Product Id: 32773 (0x8005)
I: 673 [DL]  Product Name: not-specified
I: 677 [DL]  Hardware Version: 0
I: 681 [DL]  Setup Pin Code (0 for UNKNOWN/ERROR): 20202021
I: 687 [DL]  Setup Discriminator (0xFFFF for UNKNOWN/ERROR): 3840 (0xF00)
I: 694 [DL]  Manufacturing Date: (not set)
I: 698 [DL]  Device Type: 65535 (0xFFFF)

3. 使用 POSIX chip-tool CLI 发送 ZCL 消息来控制 Matter Light 设备。

  • 使用以下命令模式切换 OnOff 属性状态（例如通过 LED 状态可视化）：

$ ./chip-tool onoff toggle <node_id> <endpoint_id>

  • <node_id>为委托节点的用户自定义ID。

  • <endpoint_id>是已实现 OnOff 集群的端点的 ID。

  • 使用以下命令模式更改 CurrentLevel 属性的值（例如，通过 LED 亮度进行可视化）： 

$ ./chip-tool levelcontrol move-to-level <level> <transition_time> <option_mask> <option_override> <node_id> <endpoint_id>

  • <level>0是在和之间编码的亮度级别254，除非在集群中配置了自定义范围。

  • <transition_time>是过渡时间。

  • <option_mask>是选项掩码。

  • <option_override>是选项覆盖。

  • <node_id>为委托节点的用户自定义ID。

  • <endpoint_id>是实现了 LevelControl 集群的端点的 ID。 

exmple：

翻转LED2：

sudo ./chip-tool onoff toggle 1234 1

 LED2 亮度 18，过渡时间 3s：

sudo ./chip-tool levelcontrol move-to-level 18 3 0 0 1234 1

相关参考

  • Matter over Thread: Configuring Border Router and Linux/macOS controller on separate devices
  • Thread tools
  • 线程边界路由器 - 双向 IPv6 连接和基于 DNS 的服务发现
  • Working with the CHIP Tool

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