OpenThread

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OpenThread <https://github.com/openthread/openthread>_ 是在 802.15.4 MAC 层上运行的 IP 协议栈，支持 mesh 网络，具有低功耗特性。

OpenThread 协议栈运行模式

在乐鑫的芯片上，OpenThread 可按以下模式运行：

独立节点模式 ++++++++++++

在此模式下，完整的 OpenThread 协议栈及其应用层在同一芯片上运行，适用于支持 15.4 无线通信协议的芯片，如 ESP32-H2, ESP32-C5, ESP32-C6。

无线协处理器 (RCP) 模式 +++++++++++++++++++++++++

在此模式下，芯片通过连接到运行 OpenThread IP 协议栈的另一个主机，代表主机发送和接收 15.4 数据包。该模式适用于支持 15.4 无线通信协议的芯片，如 ESP32-H2, ESP32-C6。对于芯片和主机之间的通信方式，目前 ESP-IDF 支持 SPI 或 UART。考虑到传输延迟，建议使用 SPI。

OpenThread 主机模式 +++++++++++++++++++

在此模式下，不支持 15.4 无线通信协议的芯片可以连接到 RCP，并在主机模式下运行 OpenThread。这种模式支持在 Wi-Fi 芯片上（如 ESP32、ESP32-S2、ESP32-S3 和 ESP32-C3 等）运行 OpenThread。下图展示了设备在不同模式下的工作方式：

.. blockdiag:: :caption: OpenThread 设备模式 :align: center

blockdiag openthread-device-modes {

    # global attributes
    node_height = 90;
    node_width = 220;
    span_width = 100
    default_shape = roundedbox;
    default_group_color = none;

    # node labels
    HOST_NODE [label="OpenThread \nhost\n(ESP32)", fontsize=14];
    RCP [label="Radio \nCo-Processor\n(ESP32-H2)", fontsize=14];
    STANDALONE [label="Standalone \nnode\n (ESP32-H2)", fontsize=14];

    # node connections + labels
    RCP -> STANDALONE [label="15.4 radio", dir=both, style=dashed];

    # arrange nodes vertically
    group {
       orientation = portrait;
       HOST_NODE -> RCP [label="SPI", dir=both];
    }
}

编写 OpenThread 应用程序

要学习编写 OpenThread 应用程序，可以从 OpenThread 应用示例 :example:openthread/ot_cli 开始。该示例中展示了简单的 OpenThread 网络组网流程，以及在 Openthread 网络上，如何实现基于套接字的服务器和客户端之间的简单通信。

初始化 OpenThread 协议栈所需的准备 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++

s1.1：主任务调用 :cpp:func:esp_vfs_eventfd_register，初始化 eventfd 虚拟文件系统。eventfd 文件系统用于实现 OpenThread 协议栈中的任务通知。
s1.2：主任务调用 :cpp:func:nvs_flash_init 初始化 NVS，即 Thread 网络数据的存储位置。
s1.3：可选。主任务调用 :cpp:func:esp_netif_init，为 Thread 创建网络接口。
s1.4：主任务调用 :cpp:func:esp_event_loop_create 创建系统事件任务，并初始化应用程序事件的回调函数。

OpenThread 协议栈初始化 ++++++++++++++++++++++++++

s2.1：调用 :cpp:func:esp_openthread_init 初始化 OpenThread 协议栈。

OpenThread 网络接口初始化 ++++++++++++++++++++++++++++

以下为可选步骤，仅在应用程序需为 Thread 创建网络接口时使用。

s3.1：使用 ESP_NETIF_DEFAULT_OPENTHREAD 调用 :cpp:func:esp_netif_new，创建网络接口。
s3.2：调用 :cpp:func:esp_openthread_netif_glue_init，创建 OpenThread 网络接口处理程序。
s3.3：调用 :cpp:func:esp_netif_attach 将处理程序附加到网络接口。

OpenThread 主循环 ++++++++++++++++++++

s4.3：调用 :cpp:func:esp_openthread_launch_mainloop 启动 OpenThread 主循环。注意，OpenThread 主循环属于忙等循环，仅在 OpenThread 协议栈终止后返回。

调用 OpenThread API ++++++++++++++++++++++

OpenThread API 非线程安全。当从其他任务中调用 OpenThread API 时，请确保以 :cpp:func:esp_openthread_lock_acquire 获取锁，并在之后以 :cpp:func:esp_openthread_lock_release 释放锁。

卸载 Openthread 协议栈 ++++++++++++++++++++++++

要在应用程序中卸载 OpenThread 协议栈，请遵循以下步骤：

如果创建了 OpenThread 网络接口，请调用 :cpp:func:esp_netif_destroy 和 :cpp:func:esp_openthread_netif_glue_deinit 卸载 OpenThread 协议栈。
调用 :cpp:func:esp_openthread_deinit 卸载 OpenThread 协议栈。

OpenThread 宏定义

在 OpenThread 协议栈中，定义宏来进行功能启用以及参数配置是常见行为。在实际使用中，用户可以通过定义宏的值来启用/禁用相关功能和修改参数。乐鑫提供以下方式来进行 OpenThread 宏定义：

使用配置菜单配置 (menuconfig)：部分宏已经映射到 Kconfig 文件，可通过 idf.py menuconfig → Component config → OpenThread 启用/关闭相应功能，并配置相关参数。
使用用户自定义头文件配置：用户可编写头文件，并启用 idf.py menuconfig → Component config → OpenThread → Thread Extensioned Features → Use a header file defined by customer 来应用自定义头文件。自定义头文件的优先级将仅次于配置菜单。
使用 openthread-core-esp32x-xxx-config.h 的配置：部分宏在 OpenThread private 头文件中已经设置默认值，暂不支持通过 menuconfig 修改，但可以通过用户自定义头文件修改。
使用 OpenThread 协议栈默认配置：对于其他宏，OpenThread 协议栈在定义时已设置默认值。

.. note::

以上四种配置方式，优先级由高到低为：配置菜单 → 用户自定义头文件 → openthread-core-esp32x-xxx-config.h → OpenThread 协议栈默认配置

OpenThread 边界路由器

OpenThread 边界路由器连接了 Thread 网络和其他 IP 网络，提供 IPv6 连通性、服务注册和委托功能。

要在 ESP 芯片上启用 OpenThread 边界路由器，需要将 RCP 连接到具备 Wi-Fi 功能的芯片上，如 ESP32。

在初始化过程中，调用 :cpp:func:esp_openthread_border_router_init 会启用所有边界路由功能。

要了解更多有关边界路由器的详细信息，请参阅 :example:openthread/ot_br 示例和其中的 README 文件。