1. Matter介紹

Matter（以前稱為 Project Connected Home over IP 或 Project CHIP）是由CSA聯(lián)盟制定的一個應(yīng)用層面的標(biāo)準(zhǔn)，旨在打造一個統(tǒng)一的智能家居應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，以消除智能家居市場的碎片化。在Matter出來之前，智能家居市場是比較混亂的，每一個生態(tài)都有自己的協(xié)議，比如蘋果有自己的 Homekit，Google有自己的Weave，亞馬遜有自己的Echo，ZigBee聯(lián)盟有自己的Zigbee，這種割裂讓設(shè)備商很頭疼，他們需要為不同的生態(tài)制造不同的設(shè)備，最終用戶也很頭疼，他們需要學(xué)習(xí)各種生態(tài)的智能家居設(shè)備的使用方式。為此CSA提出了Matter技術(shù)，以打造一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，讓一個設(shè)備可以在各個生態(tài)中工作，并給最終用戶呈現(xiàn)統(tǒng)一的使用界面。

需要說明的是，Matter只是一個應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，它的傳輸是建立在支持IPv6的TCP和UDP協(xié)議上的，Matter不對傳輸層進行約定，Matter也不對網(wǎng)絡(luò)進行約定，但是Matter約定了只能使用Thread/Wi-Fi/Ethernet三種連接協(xié)議。Thread協(xié)議由Thread Group制定，所以Matter over Thread產(chǎn)品必須通過Thread Group的認(rèn)證。Wi-Fi則由Wi-Fi聯(lián)盟進行規(guī)范，所以Matter over Wi-Fi產(chǎn)品必須通過Wi-Fi Alliance認(rèn)證。

為了讓Matter產(chǎn)品加入Matter網(wǎng)絡(luò)，需要一個配網(wǎng)的過程，Matter支持三種類型的配網(wǎng)方式，而低功耗藍牙則是首選配網(wǎng)方式，所以Matter產(chǎn)品一般都會要求支持低功耗藍牙功能。

Matter技術(shù)包含了三份規(guī)格書及其他要求文檔，大家可以從以下鏈接獲取Matter技術(shù)規(guī)范：https://csa-iot.org/developer-resource/specifications-download-request/

其中Core specification是它的核心規(guī)范，Application cluster specification對Matter組件cluster進行了詳細規(guī)定，Device library specification則是對設(shè)備層面的一些約束和規(guī)定。

不像藍牙和Wi-Fi，即使你不過認(rèn)證，也照樣可以使用藍牙和Wi-Fi技術(shù)。由于Matter采用了PKI技術(shù)，而且它又是一個應(yīng)用規(guī)范，你要使用Matter技術(shù)，必須通過Matter認(rèn)證。為此CSA提供了多種資源幫助大家學(xué)習(xí)了解Matter，大家可以參考如下資源網(wǎng)站：https://csa-iot.org/developer-resource/specifications-download-request/

Matter是一個非常復(fù)雜而又現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)，但是短短4年時間，Matter就實現(xiàn)了從提出到落地到追捧的成績，不得不說這是一個“Matter奇跡”。下面我們一起來了解一下這個“奇跡”的更多細節(jié)。

1.1 Matter架構(gòu)

如下展示了Matter協(xié)議棧在整個系統(tǒng)中的位置，可以看出Matter就是一個應(yīng)用協(xié)議。

Matter協(xié)議棧本身又是由application, data model, interaction model, action framing, security, Message Framing and Routing和Transport and IP Framing組成，如下：

Application

Application層定義最終產(chǎn)品的業(yè)務(wù)邏輯。例如，對于門鎖應(yīng)用程序，業(yè)務(wù)邏輯可以根據(jù)來自特定語音命令來打開和關(guān)閉門鎖。它還可以定義用PIN碼開鎖或者LED反應(yīng)等。

Data Model

Data Model層用來描述Matter節(jié)點支持的遠程操作，這里面主要運用了attributes, commands和events三個Matter概念，我們把相應(yīng)的attributes，commands和events組合，就成了Matter設(shè)備里面的一個基石：cluster。Cluster本身是一個抽象的概念，用來定義一個一個的Matter設(shè)備，具體定義可參見之前的：Matter Application Cluster Specification。正因為有了cluster，才能讓用戶快速開發(fā)出自己的Matter產(chǎn)品，同時保證互聯(lián)互通。

Interaction Model

Data Model層對數(shù)據(jù)進行了抽象，而Interaction Model層則用來定義節(jié)點與節(jié)點之間如何交換數(shù)據(jù)。通俗地講，Interaction model就是用來規(guī)定交互命令集的，我們把發(fā)起交互的節(jié)點叫initiator (一般都是client設(shè)備)，而接收者稱為target (一般為server設(shè)備)。

Action Framing

Action Framing層用來把Interaction Model層的命令轉(zhuǎn)成serialized格式。

Security

Security層把上面的數(shù)據(jù)進行加密并添加MAC。

Message Framing and Routing

這層主要把包頭添加到數(shù)據(jù)中，組成一個真正的包。

Transport and IP Framing

這層把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄Χ?，主要是利用TCP或者UDP協(xié)議，同時Matter定義了Message Reliability Protocol (MRP)協(xié)議，用來信息確認(rèn)，重傳和拒絕重復(fù)信息。如前所述，在配網(wǎng)（commissioning）過程中，通信是建立在Bluetooth Transport Protocol （BTP）協(xié)議之上。

1.2 Matter拓撲結(jié)構(gòu)

Matter可以同時支持Wi-Fi/Thread/Ethernet，也就是說Matter可以讓不同網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進行互聯(lián)互通通信，這個主要是指Thread board router 可以實現(xiàn)Wi-Fi和Thread通信互轉(zhuǎn)。不僅如此，Matter還允許接入其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，比如ZigBee設(shè)備，這主要通過一個Matter bridge設(shè)備來實現(xiàn)。在Matter拓撲結(jié)構(gòu)中，還有一個節(jié)點非常重要：Matter controller，Matter controller用來完成配網(wǎng)和遠程控制設(shè)備，比如蘋果的HomePod mini和Home app就是一個典型的Matter controller節(jié)點。如下為一個典型的Matter拓撲結(jié)構(gòu)：

一般來說，一個Matter網(wǎng)絡(luò)稱為一個Fabric，共享同一個根操作證書的所有節(jié)點可以歸為同一個Fabric，簡單來說，一個生態(tài)就是一個Fabric（當(dāng)然也可以包含多個），比如家里同時有蘋果Google亞馬遜的音箱，那么你可以認(rèn)為你家里有三個Matter fabric，每個fabric是獨立的，但這里要強調(diào)的是，Matter支持一個設(shè)備接入多個fabric，也就是可以同時用蘋果Google亞馬遜控制同一個Matter設(shè)備，比如門鎖。

1.3 Matter數(shù)據(jù)模型(Data Model)和設(shè)備類型

如下為一個典型的data model表示：

Node

節(jié)點(Node)是一個邏輯上獨立的設(shè)備，有自己唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。每個Matter設(shè)備由一個或多個Node組成。

Endpoint

一個Node包含多個Endpoint，每個endpoint是一個邏輯上獨立的功能模塊。比如門鎖，它除了可以包含門鎖這個endpoint外，它還可以包含溫度傳感器這個endpoint。

注意：endpoint 0預(yù)留為Matter的utility cluster，而且每個Matter設(shè)備都必須強制包含它。

Cluster

Endpoint由一個或多個cluster組成，cluster可以認(rèn)為是一個基本功能集，它包含attributes， commands和events三個組件。比如前面說的門鎖endpoint，它除了可以包含開鎖/關(guān)鎖這個cluster外，它還可以包含報警cluster以實現(xiàn)報警功能。

Matter定義了兩種類型的Cluster：

Server –提供Attributes, Commands和Events

Client – 對Server發(fā)起交互（interaction）操作

Cluster的詳細規(guī)格定義請參見Matter Application Cluster Specification。如何通過cluster組成endpoint，進而組成設(shè)備類型，這個則是Matter Device Library Specification規(guī)定的內(nèi)容。

Attribute

Attribute就是一條條表示物理量或者狀態(tài)的數(shù)據(jù)記錄，他們保存在設(shè)備的存儲器中。

Command

Command就是下文所說的action，用來觸發(fā)server的特定行為，比如關(guān)鎖命令用來觸發(fā)關(guān)鎖操作。

Event

Event其實是一種特殊的attribute，它用來更新設(shè)備的狀態(tài)，因此你可以把event當(dāng)成是一種歷史數(shù)據(jù)記錄。

1.4 Matter交互命令和模型(Interaction Model)

通俗地講，Interaction model就是用來規(guī)定交互命令集的，我們把發(fā)起交互的節(jié)點叫initiator (一般都是client設(shè)備)，而接收者稱為target (一般為server設(shè)備)。

Matter定義了如下interaction類型：

Read

用來讀取attributes或events的值

Write

用來修改attribute的值

Invoke

用來發(fā)送commands

Subscribe

用來訂閱target的數(shù)據(jù)報告，從而不用定時去查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可以訂閱attribute，也可以訂閱event。

Interaction本身由transaction組成，而transaction又由action組成，每個action包含1條或者多條信息，如下：

下面我們以門鎖為例子來具體講講interaction模型。

1.4.1 Interaction例子：門鎖

下面例子假設(shè)initiator為Matter controller，target為door lock。

Read interaction

如下為讀取DoorLock cluster 中的LockType attribute 的交互圖：

Write interaction

如下為修改DoorLock cluster 中的OperatingMode attribute的交互圖（修改為privacy模式意味著門鎖只能從建筑內(nèi)打開）：

Invoke interaction

如下為調(diào)用DoorLock cluster的UnlockDoor command的交互圖，其中Timed request用來定時命令的有效時間，為可選項。

Subscribe interaction

如下為訂閱DoorLock cluster 的LockState attribute狀態(tài)值的交互圖，這是一個持續(xù)進行的交互，除非一方停止或者返回失敗。

1.5 Matter網(wǎng)絡(luò)安全

Matter使用128-bit AES-CCM 算法來加密數(shù)據(jù)，為了得到AES密鑰，根據(jù)兩種不同的應(yīng)用場景，Matter定義了兩種會話（session）建立方式：Passcode-Authenticated Session Establishment (PASE)和Certificate-Authenticated Session Establishment (CASE)

1.5.1 PASE

PASE僅用于配網(wǎng)（commission）過程中，SPAKE2+算法通過8位passcode來建立一個安全通道，為了減輕設(shè)備端計算負擔(dān)，可以直接把離線計算好的SPAKE2+ Verifier用來驗證passcode。

1.5.2 CASE

CASE用于正常業(yè)務(wù)通信過程中，CASE是建立在前面配網(wǎng)成功基礎(chǔ)上的，配網(wǎng)成功后，節(jié)點會得到一個節(jié)點操作證書（Node Operational Certificate，NOC）。當(dāng)兩個節(jié)點使用CASE進行通信時，他們的NOC必須共用同一個根證書，也就是他們必須屬于同一個Fabric。有了NOC，就可以使用SIGMA算法來得到前述AES密鑰了。

需要注意的是，Matter message包含如下元素：

Message Header – 會話和傳輸有關(guān)的信息

Protocol Header – Matter消息的語義規(guī)定

Payload – 真正的內(nèi)容

雖然AES-CCM算法可以保證三個元素的完整性，但是只有Protocol Header和Payload會加密。

1.6 Matter網(wǎng)絡(luò)配網(wǎng)

Matter配網(wǎng)（commissioning）就是把一個設(shè)備加入Matter Fabric（也叫Matter操作網(wǎng)絡(luò)）的過程，此過程包含兩個角色：

Commissioner device，一般放在Matter controller中，用于發(fā)起配網(wǎng)過程。

Commissionee device，就是還未添加到Matter網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。

為了完成配網(wǎng)，commissionee必須提供如下onboarding信息：

16-bit Vendor ID and 16-bit Product ID

12-bit device discriminator

27-bit setup passcode

8-bit Discovery Capabilities Bitmask

上面這些信息可以以下面三種方式提供：

手動配對碼（Manual Pairing Code）

二維碼（QR Code）

QR Code Payload

雙方必須支持Manual Pairing Code，但推薦使用二維碼，當(dāng)然各個生態(tài)系統(tǒng)也可以定義自己的discriminator和setup passcode。 配網(wǎng)流程如下圖所示：

如果上述配網(wǎng)流程成功，那么設(shè)備將得到如下信息：

由fabric ID和node ID組成的實例名

Node Operational Certificate(NOC)

NOC對應(yīng)的私鑰

Access Control List

操作網(wǎng)絡(luò)的其他信息

1.7 Matter重要概念介紹

1.7.1 Matter Node(節(jié)點)

Matter node就是一個Matter設(shè)備的實例，一個Matter設(shè)備有可能包含一個或多個node，每個node通過64bit的node id來標(biāo)識。我們也可以把不同的node組成一個group，并用16bit的group id來標(biāo)識。

1.7.2 Matter controller(控制器)

Matter controller也是Matter網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，它可以遠程配置和控制附件設(shè)備，如下為兩種典型的controller。

PC機中我們常見的controller就是CHIP Tool，當(dāng)然Android或者iOS也支持CHIP Tool，開發(fā)者在調(diào)試Matter設(shè)備的時候，用得最多的就是CHIP Tool，如何在各大平臺中配置和使用CHIP Tool，大家可以參考：

https://docs.nordicsemi.com/bundle/ncs-latest/page/nrf/protocols/matter/getting_started/testing/index.html#ug-matter-gs-testing

對于商用Matter生態(tài)系統(tǒng)，controller是一個組合體，比如蘋果Matter生態(tài)，它的controller應(yīng)該是iOS里面的Home app和HomePod音箱的組合體。

1.7.3 Matter Fabric(網(wǎng)絡(luò))

一個Matter Fabric就是一個Matter網(wǎng)絡(luò)，一個Matter Fabric中的所有節(jié)點共享同一個根證書，所以他們可以相互通信，每個Matter Fabric會分配一個64bit的ID進行標(biāo)識。一般來說，一個Matter生態(tài)就是一個Matter fabric，比如蘋果的Home就是一個fabric，谷歌的home又是另一個fabric。

1.7.4 Multi-fabric/multi-admin接入多生態(tài)

一個Matter node(節(jié)點)可以接入一個Matter fabric，也可以同時接入多個Matter fabric，比如同時被蘋果/谷歌/亞馬遜的音箱控制，這個特性就稱為multi-fabric或者multi-admin。Multi-fabric將保證不同的生態(tài)可以相互兼容，提高Matter應(yīng)用的互聯(lián)互通性能。

1.7.5 Matter bridge

智能家居是一個非常碎片化的市場，除了Matter技術(shù)外，還有很多其他技術(shù)運用在智能家居市場中，比如藍牙和ZigBee。為了將這些現(xiàn)有的智能家居產(chǎn)品一攬子接入Matter生態(tài)，Matter規(guī)范里面提出了Matter Bridge這個設(shè)備類型，通過Matter bridge，我們可以把非Matter設(shè)備快速接入Matter生態(tài)。如下網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)演示了如何將一個藍牙燈泡接入Matter網(wǎng)絡(luò)，然后Matter controller像控制正常Matter設(shè)備一樣去控制它。

1.7.6 Matter標(biāo)準(zhǔn)OTA

Matter規(guī)范要求設(shè)備必須支持設(shè)備升級功能，雖然Matter定義了一整套設(shè)備升級標(biāo)準(zhǔn)，但Matter沒有強制規(guī)定設(shè)備必須采用這套標(biāo)準(zhǔn)的OTA升級方式，也就是說設(shè)備也可以采用其他方式來升級，比如使用基于藍牙或者Wi-Fi的SMP方式進行升級。

Matter標(biāo)準(zhǔn)OTA定義了兩個角色：OTA Provider和OTA Requestor，OTA Provider和OTA Requestor都是cluster，因此他們都有client和server角色之分，要升級固件的設(shè)備叫OTA requestor，而提供固件的設(shè)備（比如controller）叫OTA provider。

1.7.7 Distributed Compliance Ledger(DCL)

通俗地說，DCL是CSA運營的一個分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，既然DCL是一個記賬簿，它不會不斷地更新和發(fā)展的。每當(dāng)成員公司有新品發(fā)布，他們就會把這個新品的認(rèn)證信息寫到DCL中。如果頒發(fā)了新的PAA證書，這個信息也會寫入DCL中。前面提及的Matter標(biāo)準(zhǔn)OTA，新image的URL信息也可以寫入到DCL中。CSA也可以撤銷或者作廢DCL中的一些證書或者認(rèn)證信息。總之，DCL就是一個分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保證了PKI系統(tǒng)的正常運行，同時也保證了Matter各個生態(tài)的互聯(lián)互通。

1.7.8 Certificate Declaration(CD)

每當(dāng)一個產(chǎn)品通過了Matter認(rèn)證，CSA就會頒發(fā)一個CD證書給它，CD證書包括Vendor ID，Certificate ID，certification type等，由于一個產(chǎn)品類別下所有設(shè)備共用同一個CD，因此CD都是hard code在應(yīng)用中的。

2. 支持Matter的nRF設(shè)備介紹

2.1 Matter over Thread nRF設(shè)備

Nordic支持Matter over thread應(yīng)用的SoC主要包括nRF5340和nRF52840兩款。

2.1.1 nRF5340主要特性

帶1 MB 閃存和 512 KB 內(nèi)存的128/64 MHz Arm Cortex-M33 應(yīng)用處理器

帶256 KB 閃存和 64 KB 內(nèi)存的64 MHz Arm Cortex-M33 網(wǎng)絡(luò)處理器

低功耗藍牙

藍牙測向

Matter

Bluetooth mesh, Thread, Zigbee

ANT

NFC

高級安全性

USB, QSPI, HS-SPI

105 °C 擴展工作溫度

1.7-5.5 V 電源電壓范圍

開發(fā)nRF5340應(yīng)用時，在nRF Connect SDK中選擇的開發(fā)板類型為：

nrf5340dk_nrf5340_cpuapp。

2.1.2 nRF52840主要特性

64 MHz Arm Cortex-M4 帶FPU

1 MB閃存 + 256 KB RAM

低功耗藍牙，藍牙m(xù)esh

2Mbps

2.4 GHz 收發(fā)器

ANT, 802.15.4, Thread, Zigbee

長距離

+8 dBm 發(fā)射功率

-95 dBm 靈敏度

支持IEEE 802.15.4無線電

Matter

Thread

Zigbee

1.7V至5.5V供電電壓范圍

全速12 Mbps USB

NFC-A tag

PWM

UART, SPI, TWI, PDM, I2S, QSP

高速 32 MHz SPI

Quad SPI 接口32 MHz

12位/200 ksps ADC

128位 AES CCM, ARM CryptoCell

USB 2.0

開發(fā)nRF52840應(yīng)用時，在nRF Connect SDK中選擇的開發(fā)板類型為：

nrf52840dk_nrf52840

2.2 Matter over Wi-Fi nRF設(shè)備

要實現(xiàn)Matter over Wi-Fi應(yīng)用，需要同時使用nRF5340和nRF7002/nRF7001兩款芯片，nRF7002/nRF7001是Wi-Fi 6協(xié)同IC，他們只運行Wi-Fi有關(guān)的MAC層，Matter的其他部分還是跑在nRF5340上。

2.2.1 nRF7002主要特性

Wi-Fi 6站點(STA)

2.4 GHz和5 GHz雙頻段

符合802.11a/b/g/n/ac/ax標(biāo)準(zhǔn)

用于物聯(lián)網(wǎng)的低功耗安全Wi-Fi

與低功耗藍牙的理想共存

目標(biāo)喚醒時間（TWT）

SPI / QSPI

1個空間流（SS）

20MHz通道帶寬

64 QAM (MCS7)，86 Mbps PHY

OFDMA（下行鏈路和上行鏈路）

BSS著色

共存接口

nRF Connect SDK提供支持

開發(fā)nRF5340+nRF7002應(yīng)用時，在nRF Connect SDK中選擇的開發(fā)板類型為：

nrf7002dk_nrf5340_cpuapp。

2.2.2 nRF7001主要特性

nRF7001跟nRF7002功能差不多

但它只支持2.4G頻段

不支持5G頻段。

3. nRF Connect SDK和Matter SDK

開發(fā)Matter應(yīng)用，你可以選擇Nordic自己的SDK：nRF Connect SDK來開發(fā)，也可以選擇Matter官方SDK：Matter SDK來開發(fā)。其實兩套SDK基本上差不多，并且是相互包含的關(guān)系，也就是說，nRF Connect SDK里面已經(jīng)包含了Matter SDK，站在nRF Connect SDK角度來看，Matter SDK就是它的一個模塊。

同樣，Matter SDK里面也包含了nRF Connect SDK，站在Matter SDK角度來看，nRF Connect SDK就是它的一個模塊。由于兩者的互包含關(guān)系，導(dǎo)致兩者的版本無法同步，也就是說，當(dāng)nRF Connect SDK開始下一個版本開發(fā)的時候，它會鎖定Matter SDK一個版本，比如nRF Connect SDK v2.5.0開發(fā)的時候，由于Matter SDK v1.2.0.0還沒有發(fā)布，因此它鎖定的版本就是Matter SDK v1.1.0.1；同樣當(dāng)Matter SDK v1.2.0.0開始開發(fā)的時候，由于nRF Connect SDK v2.5.0還沒有發(fā)布，因此它鎖定的版本就是nRF Connect SDK v2.4.0。

這就導(dǎo)致一個現(xiàn)象，Matter SDK鎖定的nRF Connect SDK版本總是落后于Nordic最新版本，nRF Connect SDK鎖定的Matter SDK版本也總是落后于Matter官方最新版本。

如果你是做一個商業(yè)產(chǎn)品開發(fā)，強烈建議你使用nRF Connect SDK來進行開發(fā)，因為每個nRF Connect SDK版本的發(fā)布都會對Matter所有例子進行考核和測試，以保證他們的質(zhì)量和穩(wěn)定性，這也是為什么nRF Connect SDK會對Matter SDK打很多補丁以保證其質(zhì)量。

而且nRF Connect SDK同時支持Windows/MacOS/Linux平臺，讓你不再局限于Linux開發(fā)平臺（經(jīng)過一定修改后，我們也可以讓Matter SDK跑在Windows平臺，下文會對此進行介紹）。

如果你想測試Matter最新的特性，而這個特性nRF Connect SDK暫時又沒有，那么可以使用Matter SDK來進行開發(fā)和調(diào)試，待下版本nRF Connect SDK包含了該特性，你就可以直接移植過去，快速發(fā)布你的產(chǎn)品。

欲查看Matter SDK鎖定的nRF Connect SDK版本，大家可以打開這個文件：config/nrfconnect/.nrfconnect-recommended-revision，如下：

由于nRF Connect SDK會對它鎖定的Matter SDK版本進行修改，我們沒辦法一眼看出它鎖定的版本，但是大家可以從如下網(wǎng)站找到每個版本的nRF Connect SDK鎖定的Matter SDK版本以及它遵守的Matter規(guī)范版本。

https://docs.nordicsemi.com/bundle/ncs-latest/page/nrf/protocols/matter/index.html

nRF Connect SDK version	Matter specification version	Matter SDK version
v2.5.99 (latest)	1.2.0	1.2.0.1
v2.5.2	1.1.0	1.1.0.1
v2.5.1	1.1.0	1.1.0.1
v2.5.0	1.1.0	1.1.0.1
v2.4.3	1.1.0	1.1.0.1
v2.4.2	1.1.0	1.1.0.1
v2.4.1	1.1.0	1.1.0.1
v2.4.0	1.1.0	1.1.0.1
v2.3.0	1.0.0	1.0.0.2
v2.2.0	1.0.0	1.0.0.0
v2.1.4	1.0.0	1.0.0.0
v2.1.3	1.0.0	1.0.0.0
v2.1.2	1.0.0	1.0.0.0

雖然nRF Connect SDK和Matter SDK相互包含，但他們使用同一套工具鏈，而且這套工具鏈?zhǔn)前殡SnRF Connect SDK一起下載和安裝的，另外，不管你使用Matter SDK來開發(fā)Matter應(yīng)用還是使用nRF Connect SDK來開發(fā)Matter應(yīng)用，nRF Connect SDK都必須下載和安裝，下面我們會以nRF Connect SDK為主來講解Matter應(yīng)用開發(fā)流程，然后在此基礎(chǔ)上再講解Matter SDK開發(fā)Matter應(yīng)用的流程。

實際上，你只要熟悉了nRF Connect SDK開發(fā)流程，也就熟悉了Matter SDK開發(fā)流程，因為兩者幾乎一模一樣。

4. nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境搭建

關(guān)于nRF Connect SDK搭建和介紹，這里有一篇博文：

開發(fā)你的第一個nRF Connect SDK/Zephyr應(yīng)用程序l，

推薦大家去看一下。下面我們會對博文內(nèi)容進行濃縮，簡要介紹nRF Connect SDK。

4.1 前置安裝

在我們開始正式的開發(fā)環(huán)境配置之前，我們先需要下載如下三個工具：

Visual Studio Code：https://code.visualstudio.com/，這個就是我們的跨Windows/Linux/MacOS平臺的IDE工具。

nRF command line tools：https://www.nordicsemi.com/Software-and-Tools/Development-Tools/nRF-Command-Line-Tools/Download#infotabs，這個就是j-link驅(qū)動以及nrfjprog等Nordic提供的一些有用的命令行工具。

west，git和Python，這三個工具是可選的，不過大家手動安裝他們一下，某些場合還是蠻有用處的。請注意，即使大家沒有手動安裝這3個工具，Nordic工具鏈也會自動包含這三個工具，只不過大家使用工具鏈里面自帶的工具，會有一點麻煩，所以這里建議大家可以先手動安裝他們。

4.2 VS Code開發(fā)環(huán)境搭建

Microsoft Visual Studio Code（VS Code）是Nordic推薦的開發(fā)nRF Connect SDK應(yīng)用的跨平臺IDE工具，所以nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境搭建都是在VS Code中進行的。

4.2.1 插件安裝

首先下載相應(yīng)的插件。打開VS Code，進入Marketplace，搜索“nrf”，然后選擇“nRF Connect for VS Code Extension Pack”進行安裝，一旦nRF Connect for VS Code Extension Pack安裝成功，所有nRF插件都自動安裝成功。目前Nordic開發(fā)了如下nRF插件：

4.2.2 nRF Connect SDK安裝

由于nRF Connect SDK放在GitHub服務(wù)器上，下載和安裝nRF Connect SDK的時候請一定要使用VPN，否則很有可能就會下載不完整或者失敗。

上面的nRF Connect for VS code插件安裝成功后，點擊左邊的插件圖標(biāo)，進入WELCOME面板，選擇Manage SDKs，

然后在右邊列表框中選擇Install SDK，

然后選擇相應(yīng)版本的nRF Connect SDK，

請注意，如果你是一個新用戶，強烈建議你選擇最新版本，即列表里面版本最高的版本，上面是v2.5.0（截止本文第一次發(fā)表時），但是當(dāng)你讀到這時，最高版本有可能已經(jīng)到v2.6.0，v2.7.0，甚至更高，請選擇此時最高版本。(注意：*.*.99之類的版本是開發(fā)專用版本，不能用于量產(chǎn))

選擇好版本后，然后選擇SDK安裝根目錄，一般使用默認(rèn)推薦的目錄即可，如下。

大家千萬不要使用很長的目錄作為安裝根目錄，否則在Windows上編譯例子的時候，經(jīng)常會碰到目錄名太長的編譯報錯。

然后VS code開始下載nRF Connect SDK，

下載完成之后，你就可以打開SDK所在的根目錄，

SDK在下載過程中，經(jīng)常碰到下載不完整的情況，而且這種情況又不會報錯，為此我們可以通過下面的方式去檢驗nRF Connect SDK是否下載完整和正確，選擇Manage west workspace，然后選擇West Update，

如果nRF Connect SDK還缺少一些組件沒有下載完整，此時在OUTPUT窗口，你將會看到類似下面這樣的報錯信息：

如果nRF Connect SDK已經(jīng)完整下載并正確，此時在OUTPUT窗口，你將會看到下面的信息輸出：

除了上述的VS code安裝成功確認(rèn)方式，我們也可以通過目錄和命令行的方式來確認(rèn)nRF Connect SDK是否完整安裝正確。

nRF Connect SDK和工具鏈安裝成功后，都放在Windows如下目錄里面：

打開CMD，進入相應(yīng)SDK根目錄，然后輸入命令：git show，以確認(rèn)安裝版本是否正確：

然后，我們可以手動輸入命令：west update，以同步nRF Connect SDK所有倉庫，從而確認(rèn)SDK是否下載完整和正確，

如果最后沒有出現(xiàn)報錯信息，說明所有關(guān)聯(lián)倉庫都已經(jīng)下載并同步成功，nRF Connect SDK已經(jīng)下載完整和正確。

4.2.3 Toolchain安裝

nRF Connect SDK開發(fā)使用的Toolchain也可以通過VS Code直接安裝，上面的nRF Connect for VS code插件安裝成功后，點擊左邊的插件圖標(biāo)，進入WELCOME面板，然后選擇Manage toolchains，在右邊的列表框中選擇Install Toolchain，如下：

根據(jù)你選擇的nRF Connect SDK版本選擇對應(yīng)版本的Toolchain，比如nRF Connect SDK v2.5.0對應(yīng)的Toolchain安裝如下所示：

然后開始下載Toolchain，

下載成功后，自動解壓和安裝，

如下為安裝成功的提示：

這里需要注意的是，Toolchain安裝可以不用VPN，但使用VPN可以讓安裝更穩(wěn)定更可靠。

如果你PC里面有多個版本的Toolchain，你可以選擇任一版本作為當(dāng)前版本，

4.2.4 安裝必須的Python腳本

nRF Connect SDK雖然已經(jīng)預(yù)裝了大部分的Python腳本，但是Matter模塊里面有些Python腳本還沒有安裝。很多人電腦里裝了多個Python環(huán)境，怎么保證我們現(xiàn)在使用的Python環(huán)境是nRF Connect SDK v2.5.0 Toolchain自帶的？為了確保執(zhí)行的是nRF Connect SDK Toolchain里面的Python，而不是操作系統(tǒng)環(huán)境變量中的Python，推薦大家使用VS code的終端來執(zhí)行命令，即打開如下nRF Connect終端：

這樣就保證了該命令行的環(huán)境是nRF Connect SDK Toolchain設(shè)置的環(huán)境，在該終端中執(zhí)行的任何命令都是針對nRF Connect SDK Toolchain環(huán)境來說的。

我們輸入如下命令：

pip3 install -r C:/ncs/v2.5.0/modules/lib/matter/scripts/setup/requirements.nrfconnect.txt

這樣系統(tǒng)就會自動補全nRF Connect SDK Toolchain缺少的Python包，如下所示：

4.2.5 zap工具安裝

nRF Connect SDK安裝成功后，我們就需要開始安裝zap工具，zap工具是用來添加/編輯/刪除前文所述的node/endpoint/cluster，因此它是一個必須安裝的工具。對nRF Connect SDK來說，zap工具的安裝是比較簡單的，Nordic特意提供了如下Python命令幫助大家安裝：

首先進入matter倉庫主目錄：

cd C:ncsv2.5.0moduleslibmatter

然后執(zhí)行如下命令，其中“C:NordicToolszap-win-x64”是zap工具安裝的根目錄，大家也可以選擇其他目錄。

python scripts/setup/nrfconnect/get_zap.py -l C:NordicToolszap-win-x64 -o

zap工具安裝成功后，記得把C:NordicToolszap-win-x64這個目錄添加到操作系統(tǒng)的環(huán)境變量中。

至此，nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境已經(jīng)搭好，下面我們來編譯一個例子來驗證一下開發(fā)環(huán)境是否真得搭成功了。

4.3 使用nRF Connect SDK編譯Matter例程

nRF Connect SDK使用CMakeLists.txt文件來表示項目，并通過CMake命令來取代傳統(tǒng)的通過GUI來添加源文件和目錄，使用Kconfig來配置項目以取代傳統(tǒng)的頭文件配置方式，使用DeviceTree來配置底層驅(qū)動文件以取代傳統(tǒng)的頭文件配置方式，如果大家對CMake/Kconfig/DeviceTree不熟的話，建議閱讀：開發(fā)你的第一個nRF Connect SDK/Zephyr應(yīng)用程序l，以加深對nRF Connect SDK的理解。

Matter項目很大，編譯起來特別費時間，有時為了快速驗證你的開發(fā)環(huán)境是否搭好，大家可以跑一個簡單的例子，比如zephyr/samples/basic/blinky，以測試你的開發(fā)環(huán)境是否搭好。這里我們就不跑了，大家自己可以先測一下。下面我們?yōu)榇蠹抑苯友菔綧atter例子是如何編譯和運行的。

我們以nrf/samples/matter/lock為例，詳細闡述如何使用nRF Connect SDK來編譯和運行Matter例子。nrf/samples/matter/lock是一個門鎖例子，同時支持Matter over Thread和Matter over Wi-Fi，如果你選擇nrf5340dk_nrf5340_cpuapp或者nrf52840dk_nrf52840，那么這個例子自動編譯成Matter over Thread應(yīng)用；如果你選擇nrf7002dk_nrf5340_cpuapp，那么這個例子自動編譯成Matter over Wi-Fi應(yīng)用。

下面我們以nrf52840dk_nrf52840為例（nrf5340dk_nrf5340_cpuapp和nrf7002dk_nrf5340_cpuapp跟它一模一樣，只需更換板子即可），來編譯和運行這個門鎖例子。

選擇APPLICATIONS標(biāo)簽頁，選擇Open Existing Application，

選擇目錄：nrf/samples/matter/lock，

打開上述項目后，將自動跳出Add Build Configuration頁面，在Board列表框中，選擇開發(fā)板：nrf52840dk_nrf52840，

然后選擇Configuration選項，如果留空，默認(rèn)選擇prj.conf，大家也可以選擇其他配置項。

其他一些配置項的說明如下所示：

選擇Build Configuration，開始編譯，視你的PC配置情況，編譯有可能耗時達10分鐘之久，編譯成功后，你將看到如下輸出：

整個VS code一覽圖如下所示：

至此，項目編譯成功，大家可以點擊“Flash”將代碼下載到板子里面，然后Matter應(yīng)用就自動跑起來了，打開PC串口助手，你將看到如下輸出日志，說明Matter應(yīng)用已經(jīng)在正常運行了。

5. Matter SDK開發(fā)環(huán)境搭建

如前所述，搭建Matter SDK開發(fā)環(huán)境之前，必須先搭建好nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境，請大家先按照第4章的要求，搭建好nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境，然后再來讀這一章。

5.1 Matter SDK下載和安裝

5.1.1 Matter SDK下載

Matter SDK是放在GitHub上的，因此必須使用VPN來下載Matter SDK。

首先，打開CMD，進入c:/ncs目錄，然后輸入如下命令：

git clone https://github.com/project-chip/connectedhomeip.git

上面命令將把Matter SDK公共的倉庫都下載下來，而且自動切換到Matter SDK的master分支，如果你要切換到一個特定的tag，比如v1.2.0.1，請執(zhí)行：

git checkout v1.2.0.1

由于Matter SDK支持眾多平臺和廠商，我們還需要下載這些第三方的倉庫，為此，我們再輸入如下命令：

cd C:/ncs/connectedhomeip/scripts
python checkout_submodules.py --platform nrfconnect

上面的platform參數(shù)來指明下載哪個平臺或廠商的倉庫，如果沒有指明，說明下載所有平臺或廠商的倉庫，這個工作量是巨大的（目前是19GB左右），下載的時間也是很長的。上面的例子我們指明了nrfconnect平臺，這就意味著它只會下載Nordic Matter開發(fā)相關(guān)的倉庫，這個就小多了，大概1.5GB不到。

如果你之前已經(jīng)安裝過Matter SDK，現(xiàn)在只是想更新到最新版本，那么使用下面命令即可：

git pull
git submodule update --init

5.1.2 安裝缺少的Python模塊

然后我們還需要安裝缺少的Python模塊，這個是針對于nRF Connect SDK Toolchain來說的。nRF Connect SDK Toolchain是直接為nRF Connect SDK準(zhǔn)備的，因此它不用做任何修改，就可以直接編譯nRF Connect SDK例子，但對Matter SDK例子，它有一些額外的Python模塊需求，因此我們需要將其補充完整。為了確保執(zhí)行的是nRF Connect SDK Toolchain里面的Python，而不是操作系統(tǒng)環(huán)境變量中的Python，推薦大家使用VS code的終端來執(zhí)行命令，即打開如下nRF Connect終端：

這樣就保證了該命令行的環(huán)境是nRF Connect SDK Toolchain設(shè)置的環(huán)境，在該終端中執(zhí)行的任何命令都是針對nRF Connect SDK Toolchain環(huán)境來說的。

我們輸入如下命令：

pip3 install -r C:/ncs/connectedhomeip/scripts/setup/requirements.build.txt

這樣系統(tǒng)就會自動補全nRF Connect SDK Toolchain缺少的Python包，如下所示：

5.1.3 安裝合適的zap工具

雖然前面nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境搭建過程中，已經(jīng)安裝好了zap工具，但是這個zap工具的版本有可能跟Matter SDK要求的zap工具版本不一樣，為此我們還需要再安裝一次期望版本的zap工具。

首先我們需要先確認(rèn)zap工具的版本對不對，大家可以通過scripts/setup/zap.version這個文件確認(rèn)：

這就意味著對Matter SDK v1.2.0.1來說，它需要的zap工具版本是v2023.10.24-nightly，然后大家可以到如下鏈接下載相應(yīng)版本：https://github.com/project-chip/zap/releases，找到版本“v2023.10.24-nightly”，然后下載自己平臺的安裝包。

比如Windows，就下載zap-win-x64.zip這個壓縮包，下載成功后，解壓縮，將其放在某個目錄下，然后把該目錄添加到Path變量中，如下為我電腦上的解壓縮路徑和Path變量值：

如果你的PC安裝有老的zap工具，那么請記得把上面的環(huán)境變量一定要指向你剛剛解壓縮的目錄，而不是原來的值。另外原來的zap工具會在如下目錄生成一個緩沖文件：

為了更好的兼容性，大家可以把這個文件直接刪掉。

至此，Matter SDK已經(jīng)下載和安裝完畢，下面我們就可以開始用它來編譯和運行Matter應(yīng)用了。

5.2 編譯Matter SDK例子

5.2.1 Linux/MacOS平臺

原生的Matter SDK就支持Linux和MacOS平臺，因此你不要做任何修改，你就可以在Linux和MacOS上編譯Matter SDK例子，大家可以參考4.3節(jié)介紹的步驟，去編譯Matter SDK里面的例子，比如exampleslock-appnrfconnect，這個是Matter SDK里面自帶的門鎖例子。

5.2.2 Windows平臺

由于前面已經(jīng)把nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境搭建好，我們可以直接使用nRF Connect SDK開發(fā)環(huán)境來編譯和運行Matter SDK例子，整個步驟跟前述的編譯運行nRF Connect SDK例子一模一樣。

5.2.2.1 修改Matter SDK以適配Windows平臺

由于原生的Matter SDK只能在Linux和MacOS上進行編譯，我們需要對原生的Matter SDK進行幾處修改才能直接在Windows上進行編譯，修改的地方如下所示：

在connectedhomeip/build_overrides目錄下，新建一個空文件，文件名為：pigweed_environment.gni。這個文件創(chuàng)建一次就可以，然后可以適用所有Matter工程。

修改一些編譯腳本。請大家將

https://patch-diff.githubusercontent.com/raw/project-chip/connectedhomeip/pull/30982.diff

對應(yīng)的文件下載下來，命名為30982.diff，放在c:/ncs目錄下，然后執(zhí)行

git apply c:/ncs/30982.diff

就可以自動修改相應(yīng)腳本以支持Windows，如下：

注意：這個補丁是針對Matter SDK版本v1.2.0.1的，Matter SDK未來版本有可能會把這個PR合并進去，這樣這個補丁就沒有必要再打了。

修改每個項目的CMakelists.txt文件，只改一個地方：

把本項目目錄下的third_partyconnectedhomeip這個文件包含的內(nèi)容直接取代CMakelists.txt中的變量connectedhomeip，即把../../../..取代connectedhomeip，使

get_filename_component(CHIP_ROOT ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/third_party/connectedhomeip REALPATH)

這句話變成

get_filename_component(CHIP_ROOT ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/third_party/../../../.. REALPATH)

5.2.2.2使用Matter SDK編譯Matter例程

如果你前面沒有選擇Matter SDK的版本，那么你首先要checkout一個你期望的版本，一般選擇一個tag來開發(fā)和測試，而且一般都是選擇最新的tag來開發(fā)和測試，如下圖所見，截止本文發(fā)表時，Matter SDK最新的tag是v1.2.0.1。

為此我們選擇v1.2.0.1這個tag來演示我們下面例子的編譯和測試。我們在CMD中輸入如下命令：

git checkout v1.2.0.1
git submodule update

我們還是以Matter SDK原生的lock例子為例：connectedhomeipexampleslock-appnrfconnect，來闡述整個編譯過程。

首先修改CMakelists.txt文件（前面說得pigweed_environment.gni這個空文件記得要先創(chuàng)建），得到：

然后像編譯nRF Connect SDK例子一樣去編譯這個lock例子。由于Matter SDK使用了nRF Connect SDK的工具鏈，因此我們必須要知道當(dāng)前Matter SDK鎖定的nRF Connect SDK的版本是多少。查看Matter SDK要求的nRF Connect SDK版本，大家可以打開這個文件：C:ncsconnectedhomeipconfignrfconnect.nrfconnect-recommended-revision，如下：

說明它要求的nRF Connect SDK版本是v2.4.0，接下來我們就要在WELCOME標(biāo)簽頁中選擇nRF Connect SDK v2.4.0以及對應(yīng)的Toolchain，如下：

然后選擇Open Existing Application，找到目錄：connectedhomeipexampleslock-appnrfconnect，如下：

然后選擇開發(fā)板：nrf52840dk_nrf52840

然后選擇“Build Configuration”開始編譯，編譯成功后，將有如下輸出日志：

點擊Flash，將程序下載到開發(fā)板：

程序運行起來后，將有如下日志輸出：

按下Button4，設(shè)備就會開始藍牙廣播，表示已經(jīng)做好配網(wǎng)準(zhǔn)備，可以接入Matter生態(tài)了：

下面我們就會講解如何使用HomePod mini來測試Matter設(shè)備。

6. 使用蘋果HomePod mini測試你的Matter設(shè)備

不管是用nRF Connect SDK編譯的lock例程（4.3節(jié)），還是用Matter SDK編譯的lock例程（5.2.2.2節(jié)），編譯成功并運行后，他們的測試流程都是一樣的。

首先確保設(shè)備藍牙廣播已經(jīng)開啟，日志有“advertising started”字樣，如果沒有開啟，請按開發(fā)板最后一個按鍵以激活藍牙廣播。

然后我們從日志中可以看到一個網(wǎng)址，如下：

https://project-chip.github.io/connectedhomeip/qrcode.html?data=MT%3A8IXS142C00KA0648G00

將上面網(wǎng)址拷到瀏覽器中，即可以得到配網(wǎng)用的二維碼，

目前Nordic所有例子默認(rèn)都使用上面二維碼來配網(wǎng)，大家只要掃描上面二維碼就可以完成配網(wǎng)。

在開始下面的測試步驟之前，請確保你的HomePod mini和iPhone或者iPad連接同一個路由器，而且HomePod mini已經(jīng)跟該iPhone或者iPad的Home app綁定好。

打開iOS設(shè)備上的Home app，點擊右上角的“+”，選擇Add or Scan Accessory，如下：

跳出下面的掃描窗口，將掃描窗口對準(zhǔn)上面的二維碼，掃描成功后，配網(wǎng)真正開始。

大家也可以從日志看出，配網(wǎng)流程正在進行中，下面就是截取配網(wǎng)流程的一個小片段的日志：

過一會，iOS設(shè)備就會彈出如下對話框，這個是因為我們使用的是測試DAC證書和測試用PID等，請大家參考第8章如何獲取生產(chǎn)用的證書和ID等信息，這里我們選擇“Add Anyway”。

設(shè)備配網(wǎng)成功后，iOS設(shè)備會連續(xù)出現(xiàn)如下界面：

選擇這個設(shè)備所在的位置：

給這個設(shè)備取一個好記的名字：

如果是鎖設(shè)備類型，還需要設(shè)置它的訪問密碼：

設(shè)置一些自動化的場景：

最后顯示設(shè)備添加成功的界面，如下：

同時大家也可以從Home app的主界面看到這個添加成功的設(shè)備，如下：

除了從iOS設(shè)備上觀察設(shè)備是否添加成功，你也可以從日志輸出來佐證設(shè)備是否添加成功，設(shè)備添加成功后，你一般會看到如下紅色標(biāo)注的日志：

設(shè)備添加成功后，我們就可以對設(shè)備進行各種操作，比如我們?nèi)ラ_鎖，開鎖可以通過Home app直接操作，也可以通過語音Siri來操作，不過二者有點不一樣。通過Home app操作的話，你直接點擊如下圖標(biāo)即可：

通過Siri可以發(fā)出開鎖命令，但是它無法開鎖，必須通過Home app確認(rèn)才能開鎖（這個是出于安全考慮），即Siri發(fā)出開鎖命令后，Home app會收到如下確認(rèn)信息，確認(rèn)后才能開鎖：

關(guān)鎖操作相對安全一些，因此Home app和Siri都可以直接執(zhí)行關(guān)鎖操作，Home app直接就關(guān)鎖成功，而Siri關(guān)鎖成功的同時會給Home app發(fā)一條消息，告知鎖已關(guān)閉，如下：

大家除了可以從iOS設(shè)備看到開鎖或者關(guān)鎖成功的界面，也可以從輸出的串口日志看到開鎖或者關(guān)鎖成功的標(biāo)志，如下：

7. 開始你的Matter定制開發(fā)之旅

Matter開發(fā)主要包括兩方面的工作：一是Matter應(yīng)用本身的開發(fā)，二是非Matter應(yīng)用開發(fā)。Matter應(yīng)用開發(fā)本質(zhì)上就是cluster/endpoint/node的添加、編輯、刪除以及相關(guān)回調(diào)事件處理等，如前所述，這個需要通過zcl編輯工具zap來生成ember層的代碼，以及手動添加或者修改其他c++文件來實現(xiàn)，下面一一對此進行介紹。

下面例子我們是基于nRF Connect SDK v2.5.0例子：

nrfsamplesmattertemplate

來闡述的（v2.5.0是截止本文發(fā)表時的最高版本，對于讀者你來說，請選擇當(dāng)下最新版本）。

如果你第一次接觸nRF Connect SDK，建議你先讀完這篇文章：

開發(fā)你的第一個nRF Connect SDK/Zephyr應(yīng)用程序l，然后再往下看。

首先在VS Code的nRF Connect插件中重新選擇nRF Connect SDK v2.5.0和nRF Connect SDK Toolchain v2.5.0，如下：

然后選擇Create New Application，并選擇Copy a sample，

選擇例程放置在哪里，

選擇Add to Workspace：

然后就可以按照4.3節(jié)的做法來編譯這個例子，選擇開發(fā)板：nrf52840dk_nrf52840，

然后選擇Build Configuration，開始編譯，視你的PC配置情況，編譯有可能耗時達10分鐘之久，編譯成功后，你將看到如下輸出：

下面我們將在此例程基礎(chǔ)上，對其進行定制開發(fā)，開發(fā)的內(nèi)容主要包括兩部分：一是添加Matter on/off light設(shè)備，二是添加藍牙LBS（LED和Button服務(wù)）服務(wù)，具體請見下文。

7.1 添加Matter On/Off Light設(shè)備

7.1.1 添加cluster

如前所述，我們可以使用ZAP來添加endpoint和cluster。首先我們確認(rèn)zap版本是否正確（前面我們來回切換nRF Connect SDK和Matter SDK，有可能會導(dǎo)致zap版本混亂，這里有必要再次確認(rèn)一下），輸入如下兩條命令進行確認(rèn)：

cd C:\ncs\v2.5.0\modules\lib\matter
python scripts/setup/nrfconnect/get_zap.py -l C:\Nordic\Tools\zap-win-x64 -o

ZAP工具安裝成功后，我們就可以用它來編輯zap文件，在我們這個項目里面，zap文件就是

C:/ncs/bulb/src/template.zap

template.zap是一個JSON文件，包含了應(yīng)用所有的cluster，command和attribute。我們可以使用如下命令打開這個zap文件：

zap C:/ncs/bulb/src/template.zap --zcl C:/ncs/v2.5.0/modules/lib/matter/src/app/zap-templates/zcl/zcl.json --gen C:/ncs/v2.5.0/modules/lib/matter/src/app/zap-templates/app-templates.json

cmd窗口如下所示：

同時彈出ZCL窗口：

可以看出，例子目前只有Endpoint 0，選擇Endpoint 0，并選擇“Enabled Clusters”，我們可以看到這個Endpoint使能了哪些cluster，比如Descriptor cluster。

下面我們添加一個Endpoint以支持Matter On/Off Light設(shè)備，選擇“ADD ENDPOINT”，在彈出的對話框中，選擇“Matter On/Off Light”，如下：

請確認(rèn)on/off cluster已使能，然后點擊配置圖標(biāo)。

在彈出的對話框中，確認(rèn)On/Off Attribute已經(jīng)使能。

同時確認(rèn)Off和On命令已使能：

至此，我們的endpoint和cluster就添加成功了。

但上面的添加操作只是修改了zap文件，對我們SDK沒有做任何修改。接下來，我們就要使用一個Python腳本將這個zap文件轉(zhuǎn)成相應(yīng)的c++文件和頭文件，以讓這個修改操作可以編譯到我們的代碼中去。（大家也可以直接去創(chuàng)建相應(yīng)的c++文件和頭文件，但這個過程比較枯燥和繁瑣，所以我們才引入了zap工具和相應(yīng)的代碼轉(zhuǎn)換Python腳本）。

打開CMD，輸入如下命令：

cd C:ncsv2.5.0moduleslibmatter
python ./scripts/tools/zap/generate.py C:/ncs/bulb/src/template.zap -t src/app/zap-templates/app-templates.json -o C:/ncs/bulb/src/zap-generated

至此，cluster已經(jīng)添加到我們的應(yīng)用中了。

7.1.2 修改項目代碼

添加完cluster后，我們還需要修改項目代碼，以讓新添加的設(shè)備真正可以工作起來。這個工作主要包括兩部分：

添加Matter stack回調(diào)函數(shù)，以處理controller發(fā)送過來的命令，比如開燈。這個主要通過覆蓋MatterPostAttributeChangeCallback()來實現(xiàn)

更新attribute數(shù)值，以讓Matter stack可以將最新的狀態(tài)或者event同步給controller。這個主要通過Clusters::OnOff::Attributes::OnOff::Set()之類的函數(shù)實現(xiàn)。

首先我們先實現(xiàn)MatterPostAttributeChangeCallback()，新建一個文件：src/zcl_callbacks.cpp，然后將如下代碼拷入：

#include "app_task.h"

#include 
#include 
#include 

using namespace ::chip;
using namespace ::chip::app::Clusters;

void MatterPostAttributeChangeCallback(const chip::app::ConcreteAttributePath & attributePath, uint8_t type,
                                       uint16_t size, uint8_t * value)
{
        if (attributePath.mClusterId != OnOff::Id || attributePath.mAttributeId != OnOff::Attributes::OnOff::Id)
                return;

        AppEvent event;
        if (*value) {
            event.Type = AppEventType::TurnOnLED;
            event.Handler = AppTask::TurnOnLEDHandler;
        }
        else {
            event.Type = AppEventType::TurnOffLED;
            event.Handler = AppTask::TurnOffLEDHandler;
        }
        AppTask::Instance().PostEvent(event);
}

本來代碼邏輯可以更簡單，當(dāng)收到On命令時，調(diào)用sBulbLED.Set(true)開燈；收到Off命令時，調(diào)用sBulbLED.Set(false)關(guān)燈。但這種做法會影響Matter協(xié)議棧的行為，因此我們把sBulbLED.Set()操作扔到一個event queue中去執(zhí)行，而AppTask正好有一個現(xiàn)成的sAppEventQueue，我們正好可以加以利用，這樣當(dāng)收到On命令時，我們把TurnOnLED事件扔到Event queue，然后在AppTask主循環(huán)中取出該事件，并調(diào)用該事件的handler：TurnOnLEDHandler。Off命令的處理情況也類似。我們在app_task.cpp加入如下代碼：

void AppTask::TurnOnLEDHandler(const AppEvent &)
{
    LOG_INF("TurnOnLEDHandler");
    sBulbLED.Set(true);
}

void AppTask::TurnOffLEDHandler(const AppEvent &)
{
    LOG_INF("TurnOffLEDHandler");
    sBulbLED.Set(false);
}

其中sBulbLED定義如下：

LEDWidget sBulbLED;

我們同時在AppTask::Init()中對其做如下初始化：

sBulbLED.Init(DK_LED2);
sBulbLED.Set(false);

然后不要忘了在app_task.h中聲明TurnOnLEDHandler和TurnOffLEDHandler，如下：

static void TurnOnLEDHandler(const AppEvent &);
static void TurnOffLEDHandler(const AppEvent &);

為了讓AppTask可以處理上面的TurnOnLED和TurnOffLED事件，我們需要在app_event.h修改如下定義：

enum class AppEventType : uint8_t { None = 0, Button, ButtonPushed, ButtonReleased, Timer, UpdateLedState, TurnOnLED, TurnOffLED};

為了讓app_task.cpp訪問cluster attribute，比如Clusters::OnOff::Attributes::OnOff::Set()，需要加入如下頭文件：（注：本文我們并沒有調(diào)用Clusters::OnOff::Attributes::OnOff::Set()，但實際應(yīng)用肯定會調(diào)用它的）

#include 

最后我們把src/zcl_callbacks.cpp文件添加到CMakeLists.txt，如下：

然后我們就可以編譯了，成功后會有如下顯示信息：

7.1.3 測試

我們可以按照第6章的方式，測試這個新的Matter設(shè)備，這里就不再贅述了。設(shè)備配網(wǎng)成功后，iOS Home app將會看到如下設(shè)備：

操作燈泡的界面如下所示：

7.2 添加藍牙LBS服務(wù)（LED和Button服務(wù)）

在nRF Connect SDK中，Matter相關(guān)代碼都是用C++撰寫的，除此之外，其他代碼都是使用C代碼編寫的。兩者渾然一體，各自運行良好。

因此，我們只要參考nrfsamplesbluetoothperipheral_lbs這個例子，就可以把LBS服務(wù)加入到例子中。

首先我們把nrfsamplesbluetoothperipheral_lbssrcmain.c，改名為lbs.c，并拷貝到項目的src目錄下，即C:ncsbulbsrc。然后在CMakeLists.txt文件中添加此文件：

然后我們需要對lbs.c文件作幾處修改。首先main()函數(shù)已經(jīng)被C++占用了，

我們需要把lbs.c里面的main()函數(shù)換成一個普通線程，為此，我們先定義一個靜態(tài)線程：

K_THREAD_DEFINE(ble_lbs_thread_id, 1024, ble_lbs_thread, NULL, NULL,
  NULL, 7, 0, 0);

然后把int main(void)改成：

int ble_lbs_thread(void)

由于在Matter應(yīng)用部分我們已經(jīng)調(diào)用了bt_enable()，dk_leds_init()，init_button()，bt_le_adv_start()，settings_load()等，因此我們把lbs.c中相關(guān)調(diào)用刪掉。實際上我們只需要bt_lbs_init()這一個初始化函數(shù)。

由于Matter應(yīng)用和lbs.c中都使用了LED模塊，為了有一個更好的直觀效果，我們把lbs.c中的

#define RUN_STATUS_LED DK_LED1
#define CON_STATUS_LED DK_LED2

改成

#define RUN_STATUS_LED DK_LED4
#define CON_STATUS_LED DK_LED4

最后我們合并兩個項目的prj.conf文件，即把

CONFIG_BT_LBS=y
CONFIG_BT_LBS_POLL_BUTTON=y

添加到項目的prj.conf文件中。

至此項目代碼修改完畢，我們可以編譯了，編譯成功后，下載代碼到板子中，打開手機app：nRF Connect，將看到如下廣播：

點擊“CONNECT”，連接成功后，我們將看到LBS服務(wù)，如下：

然后我們可以對LED這個特征進行操作：ON或者OFF，板子上的LED3將跟隨命令而變化。

7.3 C代碼與C++代碼混合編程

7.3.1概述

從上面例子大家可以看出，添加Matter設(shè)備的時候，我們使用的是C++代碼；添加藍牙LBS服務(wù)的時候，我們使用的是C代碼。一個工程中同時存在C和C++代碼，這是Matter應(yīng)用一個非常突出的特性，這就要求我們既需要理解C語言代碼，也需要了解一定的C++代碼，所以Matter開發(fā)是一個比較復(fù)雜而富有挑戰(zhàn)的工作。

在Matter開發(fā)中，大家碰到一個很常見的問題是：如何讓C代碼調(diào)用外部C++代碼編寫的API，或者如何讓C++代碼調(diào)用外部C代碼編寫的API。

關(guān)于C++代碼調(diào)用外部C代碼API，前面其實已經(jīng)出現(xiàn)過多次，這個跟C代碼調(diào)用C代碼API一模一樣，比如在app_task.cpp中，調(diào)用了如下外部C語言API：dk_buttons_init，k_msgq_get，k_timer_start等，可以看出跟普通調(diào)用幾乎沒有區(qū)別。

關(guān)于C代碼調(diào)用外部C++代碼API，這個處理起來就稍微復(fù)雜一些。如果C代碼只是調(diào)用一個全局的C++函數(shù)，那么我們需要把該函數(shù)申明為extern "C"，然后就可以被C代碼調(diào)用了；但是C編譯器又不識別extern "C"，因此我們一般在頭文件中使用如下申明：

其中start_lbs_adv()就是一個可以被C調(diào)用的C++函數(shù)。

還有一種情況，就是C要調(diào)用C++類里面的函數(shù)，這個時候我們就需要先獲得類對應(yīng)的實例，然后通過實例去引用本實例自身的函數(shù)。如何獲得實例的引用是整個調(diào)用最關(guān)鍵的部分，好在Matter應(yīng)用中，我們使用了Singleton（單例）模式，也就是說每個類只會創(chuàng)建一個靜態(tài)的全局實例，這也就意味著類函數(shù)調(diào)用跟全局函數(shù)調(diào)用差不多，通過這個靜態(tài)全局實例，我們就可以調(diào)用類里面任何公共（public）函數(shù)，比如類AppTask，它的靜態(tài)全局實例可以通過AppTask::Instance()獲得，得到這個實例后，我們就可以調(diào)用AppTask里面任何公共函數(shù)了，比如StartApp()，這樣完整調(diào)用例子就變成：AppTask::Instance().StartApp()。

由于我們不會去更改SDK任何原始代碼，我們需要建一個CPP文件作為橋梁去調(diào)用其他CPP文件里面的API，這樣就可以保證SDK原始的CPP文件不會動，我們只需要修改該新建的CPP文件就可以完成我們的目標(biāo)。

下面我們結(jié)合實際應(yīng)用場景來看看C和C++是如何相互交互的。還是以上面的工程為例，我們要添加兩項工作：一是增加LBS原始的廣播，二是當(dāng)Button狀態(tài)變化時，通知到手機app。

7.3.2 C調(diào)用外部C++函數(shù)示例

本來啟動廣播直接調(diào)用bt_le_adv_start()即可，為了演示C調(diào)用外部C++ API，這次我們通過調(diào)用BLEAdvertisingArbiter::InsertRequest來實現(xiàn)。

首先我們新建兩個文件：lbs_adv.cpp和lbs_adv.h，在lbs_adv.h我們定義如下可以被C調(diào)用的C++ API：

#pragma once

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif

void start_lbs_adv();

#ifdef __cplusplus
}
#endif

然后我們在lbs_adv.cpp中實現(xiàn)start_lbs_adv()，實現(xiàn)代碼如下所示：

/*
 * Copyright (c) 2021 Nordic Semiconductor ASA
 *
 * SPDX-License-Identifier: LicenseRef-Nordic-5-Clause
 */

#include "lbs_adv.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 

using namespace ::chip;

constexpr uint8_t kAdvertisingFlags    = BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR;
constexpr uint8_t serviceData[] = {BT_UUID_LBS_VAL};
constexpr uint8_t name[] = "LBS_ADV";

void lbs_adv_started(int rc)
{
    printk("LBS advertising started:%dn", rc);
}

void lbs_adv_stopped()
{
    printk("LBS advertising stoppedn");
}

void start_lbs_adv()
{
    static std::array advertisingData;
    static std::array scanResponseData;
    static chip::DeviceLayer::BLEAdvertisingArbiter::Request lbsAdvRequest = {};

    advertisingData[0]  = BT_DATA(BT_DATA_FLAGS, &kAdvertisingFlags, sizeof(kAdvertisingFlags));
    advertisingData[1]  = BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, name, sizeof(name));
    scanResponseData[0] = BT_DATA(BT_DATA_UUID128_ALL, serviceData, sizeof(serviceData));
    lbsAdvRequest.priority    = 2;
    lbsAdvRequest.options     = BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE;
    lbsAdvRequest.minInterval = 360;
    lbsAdvRequest.maxInterval = 500;
    lbsAdvRequest.advertisingData  = Span(advertisingData);
    lbsAdvRequest.scanResponseData = Span(scanResponseData);
    lbsAdvRequest.onStarted = lbs_adv_started;
    lbsAdvRequest.onStopped = lbs_adv_stopped;

    chip::DeviceLayer::BLEAdvertisingArbiter::InsertRequest(lbsAdvRequest);    
}

可以看出start_lbs_adv()最終調(diào)用了Matter C++庫函數(shù): BLEAdvertisingArbiter::InsertRequest()。

最后我們在lbs.c文件中調(diào)用start_lbs_adv()，這樣當(dāng)Matter配網(wǎng)廣播超時之后，我們的LBS廣播就會自動啟動。為了更快地觀察到效果，大家可以把moduleslibmattersrcincludeplatformCHIPDeviceConfig.h中的CHIP_DEVICE_CONFIG_DISCOVERY_TIMEOUT_SECS定義做如下修改：

#define CHIP_DEVICE_CONFIG_DISCOVERY_TIMEOUT_SECS (3 * 60)

將編譯成功的代碼燒錄到板子，3分鐘超時過后，大家可以看到如下廣播：

同時串口日志會有如下顯示：

這個時候我們點擊“CONNECT”，連接這個設(shè)備，會發(fā)現(xiàn)設(shè)備只包含LBS服務(wù)，之前的CHIPoBLE配網(wǎng)服務(wù)由于超時已經(jīng)被解除注冊了，如下：

7.3.3 C++調(diào)用外部C函數(shù)示例

現(xiàn)在我們完成第二個工作：當(dāng)Button狀態(tài)變化時，通知到手機app。

這個工作在原始的peripheral_lbs例程中，是通過在button_changed回調(diào)函數(shù)中調(diào)用bt_lbs_send_button_state()實現(xiàn)，由于在app_task.cpp中我們已經(jīng)實現(xiàn)了按鍵的回調(diào)函數(shù)：AppTask::ButtonEventHandler，我們將在AppTask::ButtonEventHandler中調(diào)用bt_lbs_send_button_state()來實現(xiàn)我們的目的。

首先在app_task.cpp中包含如下文件：

#include 

然后直接在AppTask::ButtonEventHandler中調(diào)用bt_lbs_send_button_state()，如下：

至此，代碼已全部更改完畢。可以看出C++調(diào)用外部C函數(shù)的確比較簡單，沒有任何多余的操作。

再次編譯代碼，并將新程序燒錄到板子中。跟前面操作一樣，通過手機app：nRF Connect連上板子后，并使能Button特征對應(yīng)的CCCD，然后我們按下或者松開板子上的按鍵1，手機app的Button特征值會跟隨一起變化，如下：

項目最終代碼大家可以從這里下載：

matter_bulb.zip

8. Matter產(chǎn)品量產(chǎn)注意事項

nRF Connect SDK或者Matter SDK例子默認(rèn)配置都是開發(fā)者模式，這種模式是不能量產(chǎn)的。因此，在產(chǎn)品量產(chǎn)之前，我們還需要做一些額外的配置。

8.1 Matter認(rèn)證(Certification)

純藍牙或者Wi-Fi產(chǎn)品，即使不通過認(rèn)證，也是可以量產(chǎn)的，因為藍牙和Wi-Fi更強調(diào)他們的連接標(biāo)準(zhǔn)性。跟純藍牙或Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)不一樣，Matter是一個應(yīng)用級別的標(biāo)準(zhǔn)，而且Matter使用了PKI技術(shù)進行鑒定(authenticate)，這就意味著Matter產(chǎn)品必須經(jīng)過認(rèn)證(certification)，才能確保產(chǎn)品的互聯(lián)互通性。

對于藍牙和Wi-Fi新產(chǎn)品認(rèn)證，如果它完全繼承芯片原廠或者模塊商的認(rèn)證，那么它是可以免除ATL實驗室的測試。對于Matter新產(chǎn)品，它必須經(jīng)過ATL實驗室的測試，然后才能獲得認(rèn)證證書。當(dāng)然Matter也有快速認(rèn)證，前提是你必須有一款產(chǎn)品已經(jīng)獲得過認(rèn)證，新產(chǎn)品是在已認(rèn)證產(chǎn)品的基礎(chǔ)上做微小改動情況下，才能免除ATL實驗室的測試。

前面也提及過，過Matter認(rèn)證之前，你必須先確保你的產(chǎn)品已經(jīng)通過藍牙和Thread或Wi-Fi認(rèn)證。而且要獲得產(chǎn)品認(rèn)證資格，你還必須加入相關(guān)聯(lián)盟，這也會產(chǎn)生一定費用。

關(guān)于Matter認(rèn)證的詳細說明，請參考：

https://docs.nordicsemi.com/bundle/ncs-latest/page/nrf/protocols/matter/end_product/certification.html。

Matter認(rèn)證過程中，有一份PICS文件非常重要，這個需要你提交給ATL和CSA。關(guān)于如何生成自己產(chǎn)品對應(yīng)的PICS文件，還是請參考上面鏈接。

8.2 生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)證

獲得了Matter認(rèn)證，就意味著你的產(chǎn)品跟所有Matter生態(tài)都是互聯(lián)互通的。由于種種原因，每個生態(tài)還有自己的認(rèn)證，比如Google有Works with Google Home認(rèn)證，Amazon有Frustration-Free Setup(FFS)認(rèn)證。這些認(rèn)證其實不是必須的，看大家的意愿去選擇要不要過這些認(rèn)證。具體請見：

https://docs.nordicsemi.com/bundle/ncs-latest/page/nrf/protocols/matter/end_product/ecosystems_certification.html。

8.3 Certification Declaration(CD)固化

當(dāng)你通過了CSA的Matter認(rèn)證后，CSA會頒發(fā)一個CD證書給你。按照Matter規(guī)定，你每升級一次固件，都需要重做一次認(rèn)證（這個認(rèn)證是免費的哦），每重做一次認(rèn)證，CSA都會頒發(fā)一個新的CD證書給你，然后你通過OTA把這個新CD取代老CD。

CD一個最重要的作用，就是在設(shè)備配網(wǎng)過程中，充當(dāng)設(shè)備自證(Device Attestation)申明。因此我們需要把CD和固件一起燒入到設(shè)備中。最簡單的方法，就是定義一個宏，固化到固件中，但這種方法無法更新CD。

還有一種方法，就是把CD放在一個特殊Flash區(qū)域，比如Settings或者NVS區(qū)域，這樣我們就可以通過Settings或者NVS API更新它。更多細節(jié)請見：

https://docs.nordicsemi.com/bundle/ncs-latest/page/nrf/protocols/matter/end_product/configuring_cd.html。

8.4 如何獲取PAI和DAC證書/私鑰

DAC，全稱Device Attestation Certificate，即設(shè)備自證證書，DAC證書和DAC私鑰對每個設(shè)備來說都是唯一的，也就是大家常說的“一機一密”。PAI，全稱Product Attestation Intermediate，一般一個產(chǎn)品類別對應(yīng)一個唯一PAI，每個產(chǎn)品下面有許許多多的設(shè)備，所以PAI是用來簽署前面的DAC證書的。

對于量產(chǎn)產(chǎn)品來說，你只能使用CSA認(rèn)證過的CA機構(gòu)簽發(fā)的PAI以及DAC公私鑰對，大家可以聯(lián)系CSA授權(quán)的CA機構(gòu)去購買相應(yīng)證書和密鑰。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，如果你不想使用SDK默認(rèn)的測試證書，那么也可以通過chip-cert來生成自己的測試證書，具體請參見8.3節(jié)和8.5節(jié)的兩個鏈接里面的介紹。

8.5 Factory data燒寫

Matter產(chǎn)品量產(chǎn)的時候，有很多信息需要燒入到設(shè)備中，并且整個產(chǎn)品生命周期不再會改變，這些信息就稱為出廠數(shù)據(jù)（factory data）。對于Matter設(shè)備來說，前面所述的DAC證書，PAI證書，供應(yīng)商ID，產(chǎn)品ID，序列號，配網(wǎng)信息等，都屬于出廠信息。

為了保證大家可以生成自己需要的factory data，以及把這些factory data正確燒入到設(shè)備中，nRF Connect SDK準(zhǔn)備了兩個Python腳本：generate_nrfconnect_chip_factory_data.py用來生成JSON格式的出廠數(shù)據(jù)/配對碼/配對二維碼等，以及nrfconnect_generate_partition.py用來把前面的JSON文件轉(zhuǎn)成hex文件，這樣就可以通過nrfjprog等J-link工具把hex文件燒入到設(shè)備中。

具體來說，我們可以按照下面步驟來完成出廠數(shù)據(jù)燒寫工作：

在prj.conf中加入：

CONFIG_CHIP_FACTORY_DATA=y

然后重新編譯項目，待編譯成功后，將代碼燒錄板子中。

打開VS Code的nRF Connect終端，然后輸入如下命令：

cd C:ncsv2.5.0moduleslibmatter
python scripts/tools/nrfconnect/generate_nrfconnect_chip_factory_data.py --sn "99887766554433221100" --vendor_id 65521 --product_id 32774 --vendor_name "Nordic" --product_name "MyLock" --date "2024-02-05" --hw_ver 1 --hw_ver_str "release" --dac_cert "credentials/development/attestation/Matter-Development-DAC-FFF1-8006-Cert.der" --dac_key "credentials/development/attestation/Matter-Development-DAC-FFF1-8006-Key.der" --pai_cert "credentials/development/attestation/Matter-Development-PAI-FFF1-noPID-Cert.der" --spake2_it 1000 --spake2_salt "U1BBS0UyUCBLZXkgU2FsdA==" --discriminator 0x666 --generate_rd_uid --rd_uid e2eb609c5a793e5e9de536c211246a2e --include_passcode --passcode 666888 --product_finish "matte" --product_color "black" --out "c:/ncs/bulb/factory_data.json" --schema "scripts/tools/nrfconnect/nrfconnect_factory_data.schema" --overwrite

注意：上面的DAC和PAI還是測試用證書，記得換成自己購買的證書。sn/vendor_id/product_id/vendor_name/discriminator/passcode/spake2_it/spake2_salt等等其他參數(shù)也需要按照你們的需求做相應(yīng)調(diào)整。

日志如下所示：

確認(rèn)configurationnrf52840dk_nrf52840（或者其他板子對應(yīng)目錄）對應(yīng)的pm_static.yml包含factory_data分區(qū)，并記下分區(qū)的起始地址，下面需要用到這個地址值。

然后在VS Code nRF Connect終端中執(zhí)行如下命令：

python scripts/tools/nrfconnect/nrfconnect_generate_partition.py -i c:/ncs/bulb/factory_data.json -o c:/ncs/bulb/factory_data --offset 0xf7000 --size 0x1000

offset和size就是前面pm_static.yml文件中的address和size

執(zhí)行結(jié)果如下所示：

把上述生成的出廠數(shù)據(jù)燒錄到設(shè)備中，這可以通過如下命令實現(xiàn)：

nrfjprog -f nrf52 --program c:/ncs/bulb/factory_data.hex --sectorerase --verify --reset

執(zhí)行結(jié)果如下所示：

這時，觀察串口日志，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備的配網(wǎng)信息已發(fā)生改變，如下：

審核編輯 黃宇