matter初体验

前言

去年开始就一直传出matter的消息，其在概念和标准上的先进让各位开发者和公司一直关注，现在我们终于看到了实质性的进展。这篇文章介绍了matter的前世今生：连接标准联盟、Matter 协议——它们的「前世今生」和「未来」

前两天报名参加了芯科的matter培训，并且很幸运的获得了开发套件，可以亲自动手体验一下。强烈推荐去 B站芯科科技主页 观看这次的培训，满满的干货，可以更加深入了解matter。具体流程B站上已经有视频可以观看，故本文主要针对matter的环境搭建和运行编译过程进行总结。

补充资料

Matter （CHIP） 从入门到入土

Matter 中的 Thread 边界路由器

边界路由（Border Router）

必备条件

1. 支持 IPV6 的路由器

   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。我自己的普通路由器一直都有问题，当换成家里的软路由才工作正常；

2. 梯子

   在环境拉取的时候会访问Apple的开源社区，在OTBR运行的时候会使用Google的8.8.8.8 DNS，然而国内并不能直接访问；

3. 电脑

   支持蓝牙，或者可以使用USB蓝牙适配器。安装Linux (Ubuntu 20.04 Desktop LTS 64-bit)，虚拟机安装后，一张网卡设置为桥接模式，第二张网卡设置为仅主机模式。因为matter中会把第二张网卡当作wifi接口使用；

4. 可做RCP的USB转接板

   连接虚拟机，用作RCP；

5. 被控子设备

   使用efr32 Matter Lighting-app设备

6. 依赖安装：

   sudo apt-get install git gcc g++ python pkg-config libssl-dev libdbus-1-dev \
        libglib2.0-dev libavahi-client-dev ninja-build python3-venv python3-dev \
        python3-pip unzip libgirepository1.0-dev libcairo2-dev cmake
   

   虚拟机中应该同时安装Simplicity Studio 5，方法可以参考官网。

环境搭建

radvd 服务安装

OTBR 需要 radvd 服务，来进行IPV6无状态自动配置。
avahi使用使用
使用RADVD模拟IPv6路由器完成IPv6地址自动配置

• 安装 radvd 服务

  sudo apt update
  sudo apt install radvd
  

• 创建 /etc/radvd.conf
  例如:其中ens33为网卡名称，根据实际情况修改，运行ifconfig查看网卡名称，比如我的是ens33

  interface ens33 {
    AdvManagedFlag on;
    AdvSendAdvert on;
    MinRtrAdvInterval 30;
    MaxRtrAdvInterval 60;
    prefix fd11:33::1/64 {
        AdvOnLink on;
        AdvAutonomous on;
        AdvRouterAddr on;
        };
    };
  

• 重启服务

  sudo systemctl restart radvd
  

OTBR(OpenThread Border Router)的编译运行

Simplicity Studio 5下载Gecko SDK v4.0.0。Gecko SDK位于目录：~/SimplicityStudio/SDKs/gecko_sdk

Gecko SDK中的源代码路径:

• ot-br-posix: util/third_party/ot-br-posix
• openthread: util/third_party/openthread

1. 创建一个符号链接指向Openthread协议栈：

   cd ~/SimplicityStudio/SDKs/gecko_sdk
   cd util/third_party/ot-br-posix
   cd third_party/openthread
   ln -s ../../../openthread repo
   

2. 运行引导脚本（bootstrap）安装所需依赖：

   cd ~/SimplicityStudio/SDKs/gecko_sdk
   cd util/third_party/ot-br-posix
   chmod +x script/*
   sudo ./script/bootstrap
   

3. 运行 script/setup 编译otbr-agent

   cd ~/SimplicityStudio/SDKs/gecko_sdk
   cd util/third_party/ot-br-posix
   sudo INFRA_NAME=ens33 ./script/setup
   

4. 插入USB RCP，并链接到虚拟机，进入/dev/查看tty端口号，一般是：/dev/ttyUSB0

5. 运行ifconfig查看网卡名称，比如我的是ens33

6. 编辑文件 /etc/default/otbr-agent，改变tty端口和主干接口（Backbone interface）

   sudo vi /etc/default/otbr-agent
   # 虚拟机
   OTBR_AGENT_OPTS="-I wpan0 -B ens33 spinel+hdlc+uart:///dev/ttyUSB0?uart-baudrate=115200"
   

7. 启动otbr-agent服务

   sudo systemctl start otbr-agent.service
   

8. 检查：/var/log/syslog输出otbr-agent的运行日志

   tail -f /var/log/syslog
   

   如果无法访问8.8.8.8则会打印报错

9. 检查主机与RCP的连接状态。

   sudo ot-ctl state
   

   • 如果连接正常，命令返回如下：

     disabled
     Done
     

   • 如果连接失败，命令返回如下：

     connect session failed: No such file or directory
     

   • 用ot-ctl CLI命令检查ot-br-posix的版本号：

     sudo ot-ctl version
     OPENTHREAD/9f9e63a2-dirty; POSIX; Dec 23 2021 13:57:23
     Done
     

   • 用ot-ctl CLI命令检查ot-rcp的固件版本号：

     sudo ot-ctl rcp version
     SL-OPENTHREAD/2.0.0.0_GitHub-9dedd1869; EFR32; Dec 22 2021 14:57:18
     Done     
     

10. 停止otbr-agent服务（optional）

    sudo systemctl stop otbr-agent.service
    

11. 访问虚拟机IP地址，即可看到web界面

Matter源代码编译

1. 下载源代码的所花费的时间与网络环境有关，可能会耗时30分钟：

   git clone https://github.com/project-chip/connectedhomeip.git
   cd connectedhomeip/
   git checkout 2072f8e55133457e8fa5d45d8abf00691eb5e347
   git submodule update --init
   git submodule foreach git reset --hard
   

2. 配置Matter编译环境

   引导（bootstrap）过程与网络环境和主机处理器速度有关，可能会耗时50分钟，请耐心等待：

   cd connectedhomeip/
   source scripts/bootstrap.sh
   source scripts/activate.sh
   

3. 编译

   scripts/examples/gn_build_example.sh examples/chip-tool out/debug/standalone
   

   编译完成后，可以在路径：connectedhomeip/out/debug/standalone下发现chip-tool二进制文件。

Matter 演示

1. 将蓝牙连接至虚拟机，使用hciconfig命令检查是否成功

   $ hciconfig
   hci0:   Type: Primary  Bus: USB
           BD Address: 7C:B2:7D:C8:5D:8D  ACL MTU: 1021:4  SCO MTU: 96:6
           UP RUNNING
           RX bytes:17067 acl:0 sco:0 events:2760 errors:0
           TX bytes:678026 acl:0 sco:0 commands:2758 errors:0
   
   

   使用hciconfig -a hci0 可以查看更详细的信息

   $ hciconfig -a hci0
   hci0:   Type: Primary  Bus: USB
           BD Address: 7C:B2:7D:C8:5D:8D  ACL MTU: 1021:4  SCO MTU: 96:6
           UP RUNNING
           RX bytes:17067 acl:0 sco:0 events:2760 errors:0
           TX bytes:678026 acl:0 sco:0 commands:2758 errors:0
           Features: 0xbf 0xfe 0x0f 0xfe 0xdb 0xff 0x7b 0x87
           Packet type: DM1 DM3 DM5 DH1 DH3 DH5 HV1 HV2 HV3
           Link policy: RSWITCH SNIFF
           Link mode: SLAVE ACCEPT
           Name: 'matter-Training'
           Class: 0x0c0000
           Service Classes: Rendering, Capturing
           Device Class: Miscellaneous,
           HCI Version: 5.1 (0xa)  Revision: 0x100
           LMP Version: 5.1 (0xa)  Subversion: 0x100
           Manufacturer: Intel Corp. (2)
   

   有Name字段存在时连接正常，当下半部分缺失，说明连接不正常，可以和虚拟机断开连接重新接入

2. 创建Thread网络，使用如下命令来创建Thread网络：

   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
   

   也可以使用web页面创建，点击左侧的Form页，输入自己的配置即可。

3. 读取Thread网络配置设置

   sudo ot-ctl dataset active -x
   # Eg:
   # ubuntu@ubuntu:~$ sudo ot-ctl dataset active -x
   # 0e080000000000010000000300000f35060004001fffe0020811111111222222220708fd08856afb88c6eb051000112233445566778899aabbccddeeff030f4f70656e5468726561642d336136370102123404107ea6bf7d4b38bd96923640e87f6bf71a0c0402a0fff8
   #Done
   

4. 出厂重置 efr32 Matter Lighting-app设备

   按住 PB1 按钮 6 秒钟：启动设备的出厂重置。 启动恢复出厂设置程序时，LED会同步闪烁。按下并松开 RST 按钮。之后，Matter Light 将进入配置配对模式。

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

   $ chip-tool pairing ble-thread ${node-id} ${operationalDataset} ${setup-pin-code} ${discriminator}
   

   参数说明如下：

   • \${node-id} （必须是十进制数或以 0x 为前缀的十六进制 的数字) 是分配给被配置的节点的节点ID号。
   • \${operationalDataset} 是thread 的网络参数，可以通过在OTBR上运行命令sudo ot-ctl dataset active -x来获取。
   • \${setup-pin-code} 是设备的安装密码 silabs 使用的是73141520
   • `${discriminator} 电子标识码， 默认值是 3840`

   如我的是：

   sudo ./chip-tool pairing ble-thread 1234 hex:0e080000000000010000000300001335060004001fffe0020811111111222203060708fd07c4e870230933051000112233445566771994aabbccddeeff030e4f70656e54687265616444656d6f010260300410e4ec209aa41d3df3d78a2c9fba78608f0c0402a0fff8 73141520 3840
   

   

   运行网络配对命令后，Matter Lighting-app 设备将加入 Thread 网络。

   如果出现mdns错误一般是4个原因：

   • OTBR没有ipv6地址；

   • VM要桥接模式；

   • 路由RA广播关闭；

   • 确定radvd服务开启

6. 使用浏览器打开 OTBR 的 Web UI 查看网络拓扑图：

   

7. 使用POSIX chip-tool 发送ZCL消息来控制Matter Light

   在 OTBR 上运行如下命令:

   sudo ./chip-tool onoff toggle ${node-id} 1
   

   例如：

   ubuntu@ubuntu:~/connectedhomeip/out/debug/standalone$ sudo ./chip-tool onoff toggle 1234 1
   

   Matter Light 设备上的 LED 指示灯将被切换，并显示以下日志：

   [1641352365.943927][22589:22594] CHIP:DMG: Received Command Response Status for Endpoint=1 Cluster=0x0000_0006 Command=0x0000_0002 Status=0x0
   [1641352365.943992][22589:22594] CHIP:TOO: Default Success Response
   

   

8. Matter Multi-Admin/Fabric 演示场景

   请观看B站视频

总结

芯科提供了一整套完整的体验套件和开发教程，并且有专人解答，向工作人员道声辛苦。同时也看到了芯科在智能家居领域的领先，不仅代码贡献度高，测试手法和开发者服务都很到位。

虽然资料齐全，但是在搭建的过程中还是遇到了几个问题，尤其是路由器导致的mDNS问题，还有服务依赖安装顺序，前前后后搭建了几次才最终稳定成功。

matter的代码由Apple，Google，Silicon Labs，Amazon等大厂贡献，且由C++编写，阅读大厂的代码相信可以受益匪浅，而且想更深入的理解实现机制是怎样的。所以，后续准备开始阅读源码，并总结到博客上。