01协处理器模式概述
' {3 o& ~. b1 W( _BlueNRG 系列芯片从最早的一代 BlueNRG-MS 开始就支持协处理器模式。在协处理器模式下，BLE 功能在 BlueNRG 芯片端完成，应用部分在 MCU 端完成。与 AT 指令的模式类似，协处理器方式也具有高内聚、低耦合的特点，但相比于 AT 指令模式，协处理器方式更为强大灵活，而且还兼顾了 MCU 间通信的睡眠和相互唤醒等方面的需求。

! O  Q' e8 y# tBlueNRG 系列的所有芯片都支持协处理器模式。在使用协处理器时，BlueNRG 需要烧录一个 DTM 固件。DTM 原本是指 Direct Test Mode，而 ST 在这个固件的功能上进行了扩充。除了用于 RF 测试（包括 RF 发射功率、接收灵敏度、频偏、谐波等方面的测试），BlueNRG 的 DTM 固件还可以用于协处理器模式。

, f0 J6 I; v, V* Y; j9 b1 vBlueNRG GUI 工具是一个针对 BlueNRG 芯片协处理器应用的工具。在使用协处理器时，协处理器可以搭配任何带有串口或 SPI 接口的 MCU、MPU 或 PC 端使用。
3 S( A+ ~, M# w% \3 `
7 y( v) J+ ]0 b# I1 r如下图所示，官方协处理器资料可以通过 SDK 中文档 index.html 进行索引。

图1.BlueNRG 端协处理器官方资料

9 w/ L- V+ x. ]. q, Z- K4 J

02协处理器软件分层
BlueNRG GUI 工具的使用属于一个 BlueNRG 芯片协处理器的应用。
5 U' ~$ X! L& m9 \1 I" k* g8 d0 M2 F
; _* I% `; _# A协处理器可以搭配任意带UART或者 SPI 的 MCU、MPU 或者 PC 端使用。
" `  ^: Q0 B, l3 D7 Z0 k7 j
软件框架如下图所示。协处理器模式有两种分层。
* B+ ?  [" }8 B1 |6 U3 O, J( |. `/ G• [处理器] APP <------------> [BlueNRG] (Host+Controller)
3 P2 ?! X4 i! ?( t9 @• [处理器](APP+Host) <------------> [BlueNRG] (Controller)
. x! q6 O; e. j0 t& u# ?2 T
& g/ t+ m- ]1 L

图2.协处理器软件框架

2 G9 _& c% g( E' U! g- p
3 ^! M3 y* `' @3 H# f" ?( H大部分应用会采用第一种方式，对应用处理器或者 MCU 只需要关注应用部分，这种方式，处理器和 MCU 之间是通过 ACI 指令进行交互，ACI 是 HCI 指令的扩展。

第二种方式，BlueNRG 系列运行 Controller 部分，MCU 或者处理器 Host 层协议和应用，使用的场景比较少，双方之间通过 HCI 经行交互。BlueNRG 系列如果需要使用这种方式的协议栈，则编译 DTM 固件的时候，则需要在 Preprocessor Symbols 中使能“LL_ONLY”宏。

03ACI 指令格式
Bluetooth LE 协议栈 ACI 指令利用并扩展了标准 HCI 数据格式。
* i) b' c1 k- W, ^& R* L, h7 ~

0 k: f: x9 [3 d9 j0 o

图3.HCI 指令格式

根据 Bluetooth 核心规范，标准 HCI 数据包可以是以下几种类型：
• HCI 命令数据包（数据包类型：0x01）
• HCI ACL 数据包（数据包类型：0x02）
* X/ `" p+ W6 j5 l3 ]: U• HCI 同步数据包（数据包类型：0x03）
6 J0 U, d$ f8 C& r3 E- J0 c+ ]• HCI 事件数据包（数据包类型：0x04）
% ^2 o+ v; j$ j9 q• HCI 扩展命令（数据包类型：0x81）
• HCI 扩展事件（数据包类型：0x82）

详细的数据包格式可以通过如下方式详细查看：
3 _2 R5 b: Y9 c: H9 N$ U" B
打开 BlueNRG-LP 或者 BlueNRG-LPS SDK 中 index.html ------->Network Coprocessor (UART, SPI mode)章节中的 Bluetooth LE stack v3.x ACI Data format -----------> Bluetooth LE stack v3.x ACI commands data format.

了解 ACI 指令格式有助于在实际调试双通信部分时遇到问题时分析定位问题。
4 A0 P* Y& Q; O
" F1 P* |( v" g1 i详细的其他协处理器资料可以通过 SDK 中 index.html 中的如下章节进行查找。
; ]6 W1 Y2 P- o# X4 T
04DTM 相关的工程介绍
: W2 o+ P+ @! ^7 Z& j# BBlueNRG SDK 中提供了很多个不同的 DTM 的工程，用户难以分辨。

为了简化，绝大部分应用，建议选择功能最齐全的 DTM 工程下，“UART_WITH_UPDATER”工程配置或者“SPI_WITH_UPDATER”工程配置。

6 a( W9 n( j9 W% D

图4.BlueNRG DTM 相关的工程

* A; a: U2 Z" ?% F
+ B7 J# X, ^) B7 ~1 d其中 SDK 中包含的工程如下 :
5 ?3 }+ y/ [. C  l) ?1 d• DTM: // DTM 是 Full Stack
+ J( m0 {, }1 ?4 u5 x• DTM_basic: // DTM 配置为 Basic stack
• DTM_Updater: // 带 boot 程序 DTM 的 boot 源码工程

其中 DTM 工程和 DTM_basic 工程是实现 DTM 功能的工程，他们之间的差别主要是一个默认是 Full stack，另一个默认为 Basic stack。而 DTM_Updater 只是一个 DTM 的 boot 源码工程。

: K- F0 z: z# |' m8 g  n打开 DTM 或者 DTM_basic 工程可以看到如下不同工程配置：
# t2 {6 ~$ ?! W1 m7 q% J• UART: DTM 使用 UART 接口(不包含升级代码)
0 N2 d+ c+ w5 t' B+ J1 m* G• UART_WITH_UPDATERTM 使用 UART 接口,DTM 在 Flash 的第一页中包含 DTM_Updater .并且包含 DTM 功能。
• UART_FOR_UPDATER: DTM 使用 UART 接口,DTM 固件在 Flash 第一页中留空不填充 (偏移 0x2000). 用户制作升级固件，包含 DTM 功能。
$ }2 U( {9 V% h7 Q; X4 d' ~3 i• SPI: DTM 使用 SPI 接口(不包含升级代码)
• SPI_WITH_UPDATER: DTM 使用 SPI 接口,DTM 在 Flash 的第一页中包含DTM_Updater .并且包含 DTM 功能。
• SPI_FOR_UPDATER: DTM 固件在 Flash 第一页中留空不填充 (偏移 0x2000). 用户制作升级固件。包含 DTM 功能。
# M+ Q5 c% y6 l1 P+ {0 Z& E2 j% {
其中分两大类通信方式，一类是 UART，一类是 SPI。其中 UART 通信方式的第一个“UART”工程配置是单纯的 DTM，使用 UART 通信接口和其他 MCU 或者 MPU 通信作为协处理器功能的代码。而“UART_WITH_UPDATER”工程配置包含了两个程序，其中一个是将 DTM_Updater 工程编译的二进制代码放置编译在数组中，作为启动代码；另外一个程序就是 DTM 程序偏移一定位置的代码。“UART_FOR_UPDATER”工程配置只有一个程序，即 DTM 程序配置偏移了一定位置的代码，它和“DTM”工程配置的差别仅仅是代码偏移不同，实际内容一样。
& Q( d$ E3 ~/ ~
. c- F! ^, p3 C8 f05基于 STM32CubeMX 软件包的协处理器模式
基于 STM32CubeMX 软件包支持协处理器的有以下几个：
) E3 |4 B/ L! m  v/ v) i5 P4 m- T& _
( }8 `* a4 z$ k

, P% w2 I! P3 }

图5.STM32CubeMX 中的软件包

' D9 f) F5 n" h

+ L% B) l" @, W9 @, N详细的软件配置涉及步骤比较多

3 n' b+ }5 z, @4 S7 c( U  b4 m! d: m或者参考官方的帮助文档，如下图右下边的文档。
; B5 T# Q# x  O
# t+ \- q  O* {3 W$ j

图6.X-CUBE-BLE2 软件配置

* y1 _  |& a1 o3 j/ {3 j2 ?

7 y5 X# c% y: C% Z2 m4 y! N9 R06基于源码移植的协处理器模式
- l- ^& V5 {/ w0 Y/ E& w* T( J如果使用的另外一端的 MCU 并非是 STM32，或者一些 ST 官方还没有适配的型号（如 BlueNRG-LPS）则需要移植协处理器模式源码到 MCU 上。需要移植如下代码：
- c3 Y: p# a! R2 o( d
+ E& e2 \, u7 I7 S2 p# l

图7.非 STM32 使用 BlueNRG 协处理器需要移植的代码

移植后上去后，需要适配。适配主要是实现 SPI 或者串口初始化部分的代码以及实现这个函数：



可以参考 BlueNRG SDK 工程下协处理器相关的例子：
BlueNRG-LP/LPS: BlueNRG-LP_LPS_LPF DK x.x.x\Projects\External_Micro
BlueNRG-1/2: BlueNRG-1_2 DK x.x.x\Project\STM32L
, u6 ^& o* E% r* `, L
07应用处理器（MCU）端软件处理主框架
主要处理流程分为两大类：
• MCU 或者处理器主动发送数据
, l; X" N# j* ?  \! l3 D• BlueNRG 主动发送数据

MCU 或者处理器主动发送数据的流程是这样的：当应用端主动调用 aci_xxxx 等函数时，这些函数的处理是同步超时的。最后会调用"hci_send_req()"函数，在这个函数中，会先发送数据到 BlueNRG 端，然后在 while(1)循环中带超时的等待，以查看hciReadPktRxQueue 队列中是否有数据收到。当 BlueNRG 返回数据给应用处理器端（MCU）时，会通过 IO 中断，最后触发调用“hci_tl_lowlevel_isr()”函数。在这个函数中执行读取数据的操作。如果成功读取数据，将数据压入 hciReadPktRxQueue 队列中。整个执行 aci_xxxx 等函数的过程是同步执行的，直到超时还没有读取到数据放入队列中。

BlueNRG 主动发送数据的流程如下：当 BlueNRG 发生一些事件，例如蓝牙连接上了设备，这时 BlueNRG 会拉相应的 IO 口，通过应用处理器的外部中断通知应用处理器端（MCU）。这会触发调用“hci_tl_lowlevel_isr()”函数，在这个函数中执行读取数据的操作。如果成功读取数据，将数据压入 hciReadPktRxQueue 队列中。然后在主循环处理函数“hci_user_evt_proc()”中，会解析接收队列中的函数。最后，如果成功解析，则会触发对应的 xxx_event 事件。这里的 xxx_event 事件如果应用没有定义，则默认执行一个弱定义的空函数。如果应用程序定义了，则执行用户定义的函数。
+ e2 p$ C* l& @
08交互时序图
4 W7 ~0 u% U# ^下文分别描述通过串口和 SPI 交互时的时序图。了解双方通信的时序，有助于理解双发睡眠和唤醒，以及在定位问题时能够更快速准确定位分析问题。

8.1. UART接口交互时序图
+ y+ R/ j, S5 _% [6 J2 g使用UART接口进行交互时，时序图如下所示：

3 [7 r: U% k; a2 n  t7 R

. I$ t+ [/ [" h' ]) @# a& O

图8.串口方式交互时序图

& B' Q: S! ~9 R( r2 L
上图时 MCU 主动发送 ACI 指令流程，分为以下几个步骤：
• MCU 发送数据
1 o* z  P8 C" y# q- L    o 1：MCU 唤醒 BlueNRG 芯片
    o 2：BlueNRG 芯片被唤醒完成
    o 3：MCU 通过串口发送数据
           ▪ 如果流控允许
    o 4：MCU 发送完毕数据释放 MCU_RTS
    o 5：BlueNRG 芯片允许进入睡眠
* S* x  U8 p4 S8 d8 F$ \7 R* ^•BlueNRG 发送数据
, G+ n' r- `* a" h& w    o A: BlueNRG 唤醒 MCU
    o B: MCU 被唤醒
4 F/ h9 q% r3 g4 I( X    o C: BlueNRG 通过串口发送数据
        ▪ 如果串口流控允许
    o D: BlueNRG 发送完数据释放 MCU_CTS
    o E: MCU 允许进入睡眠

( S4 O7 v( J. J8.2. SPI 接口操作时序图
SPI 时序图官方文档中描述比较详细，建议查看官方的文档（在 SDK 的帮助文档index.html 中）。
5 B( s. H) s2 X: z3 H0 b# H
1 [% o% V. p2 n7 k  Y

. w! ]' q% u# O$ i, K: |

图9.协处理器 SPI 通信协议

* t4 {$ D, e5 y% F
: n6 i0 I& U' F! F5 M: x2 Y
  M  p& k8 _  J6 [" _* p) W- Z1 O09小结
% ~% N5 F4 g. n+ P1 f2 @1 i本文介绍了 BlueNRG 系列芯片的协处理器模式、软件分层、ACI 指令格式以及 DTM相关的工程。BlueNRG 芯片的协处理器模式与 AT 指令模式类似，但更为强大灵活，同时兼顾了 MCU 间通信的睡眠和相互唤醒等方面的需求。BlueNRG 系列的所有芯片都支持协处理器模式，且可搭配任何带有串口或 SPI 接口的 MCU、MPU 或 PC 端使用。在软件框架方面，协处理器模式有两种分层，大部分应用采用第一种方式，对应用处理器或 MCU只需要关注应用部分，处理器和 MCU 之间通过 ACI 指令进行交互。了解 ACI 指令格式有助于在实际调试双通信部分时遇到问题时分析定位问题。在 DTM 相关的工程介绍方面，建议选择功能最齐全的 DTM 工程下，“UART_WITH_UPDATER”工程配置或者“SPI_WITH_UPDATER”工程配置。
2 M0 `: [2 F! L6 K: O' Q
2 x# C, N. p) U$ f6 `转载自： STM32单片机
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