STMCU小助手
发布时间:2024-1-18 18:34
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01前言+ L9 _% w0 t% I4 m 本文档指导用户快速地对 BlueNRG SDK 有一个直观、清晰的认识,了解其软件架构,以便顺利地学会利用 SDK 开发自己的用户固件。 $ U. z% a2 a/ z( R8 v 本文档所述 SDK 为 BlueNRG-LP/LPS 芯片的 SDK。阅读本文档前,用户应先了解BlueNRG-LP/LPS 芯片的一些基本特性,以及其配套开发板的烧录方式。 02SDK 目录8 `( q& J( }: u% W 从 ST 官网下载 SDK 的安装包,成功安装后,即可获得一个 SDK 目录。见图 1:: M* S% Y* U: j$ z/ F7 T( s! K' J. z' V 7 F3 e* \5 r# G, t H& K
图1.SDK 目录 ( w& @; u7 h5 A& R' \8 \# M 各个目录的功能说明见表 1:# l* P. D5 l) V8 a( }
表1. SDK 目录说明 - {: \; A: ]( s7 P. [$ [BlueNRG SDK 安装目录为用户工程师开发 BlueNRG 平台提供了一个便捷的入口,举例来说,有以下几个场景: 1. 硬件工程师设计 PCB 前,可通过 Docs 目录找到硬件设计指导文档。完成 PCBA 制作后,可自行使用 Navigator 工具通过串口烧录 Firmware 下的应用固件,验证板子功能。 2. 当工程师想用板子进行功耗、射频测试时,也可在 Firmware 目录下找到合适的已经编译好的固件(测 SOC 蓝牙功耗可用 Beacon,测射频参数可用 DTM), L5 J5 d+ D5 Q1 n# I2 q0 ~ ; F! h% d4 ~% k W# s1 G* a6 G* h% X# U 3. 固件工程师可在 Projects 目录下找到丰富的例程,并且可使用 KEIL、IAR、WiSE 任一个IDE 打开工程、编译、下载。 ; K u) P) g! F/ `6 t5 i7 N4 N5 U 03SDK 例程 SDK Projects 目录包含了以下三类例程:1 I+ q& y2 G9 h- R4 n2 H% l2 N 1. Periph_Examples:包含了芯片外设驱动例程。8 P$ ]. x$ A7 j/ T 2. External_Micro :包含了外部单片机的例程,应用于 BlueNRG 芯片在系统中作为协处理器的场景。) z1 D. x) i9 Q U2 K* L 3. BLE_Examples :包含了蓝牙相关的所有例程,这些例程的工程特性展示如下:
表2. BLE 例程说明 . M/ {( |& ~3 O- J+ |( z$ p$ W+ o8 y 04快速实现用户固件功能 本章节指导用户如何快速地在 SDK 中找到相应的 API 接口和位置,以便掌握在 SDK 例程上添加自己的配置和用户逻辑代码的方式。 2 P" R2 J7 f, J1 _8 t/ i 在对 SDK 提供的例程的功能有所了解之后,假设用户面临的一个开发任务是: 1. BLE 从机功能,包含以下配置: u! j2 h" ^8 j' T1 y% z6 a a. 一个服务,一个特征,特征具备 Write、Notify 属性 b. 设备广播名为“Hello”* `; f! |: J+ m* J: z 2. 使用手机 BLE 工具和设备通讯,打印通讯过程产生的数据 3. 自定义协议,实现以下功能:$ k0 f# x. g6 h: n/ j" g a. 控制 LED 亮灭' n% |( r9 G. X& f& g b. 定时 1s 上传心跳包,内容为连接后的秒计数值 c. 每次按键上传按键事件通知 基于以上任务,我们可以选择 BLE_SerialPort 工程作为基础工程并以此来进行固件开发。 : |5 e- }: }# ]7 K7 b& w 4.1. 验证原始工程( U. S3 K* v6 T) l$ E4 n 在添加用户代码之前,我们最好先验证了原始工程(BLE_SerialPort)的功能,确保开发环境正常。新建一个用户工程目录,比如,test_sdk1.3.0,然后从 SDK 目录拷贝以下文件到我们的用户工程目录,见图 2:. k; r, N/ v* A! X+ K2 h6 _ 0 |9 S5 r( K ~1 R# V1 o8 `& ^
图2.用户工程目录 9 M% T' {0 U2 r) r7 O5 s6 W2 N0 j G& M 打开 Projects > BLE_SerialPort 的 Keil 工程,勾选“Browse Information”选项,以便使能工程内函数的跳转,同时选中 Server 工程配置,见图 3,图 4:, T$ d; ~2 I5 ^4 {) C0 e' N * ?! q) l8 B% A8 G: \! n {: b9 P8 U5 G
图3.Browse Information 1 S* {- @9 W6 ]+ U L
图4.选中 Server 工程配置 , d4 e* E# z, v. j1 J编译、下载工程到开发板,工程运行起来后,应能见到以下打印信息:( R) `6 m5 K- U* @1 J# O# }: T- q5 I * o& u2 U+ N" c* A: _% V
图5.BLE_SerialPort 工程 LOG 信息 3 l; j' L; d# s" d: x9 F7 P5 T 使用 STBLE Toolbox 工具扫描该设备,应能看到设备名为“Sport_LP”,见图 6: ) j2 |3 P* \/ b
图6.STBLE Toolbox 扫描页面 ; t: C. E* O* F" i至此,原始工程已经正常运行起来了。该工程实现了自定义服务、特征的功能,并能通过串口和手机进行数据的收发。要完成此次开发任务,我们只需在特定位置修改一些代码即可。. V+ ?5 r7 [" P" O) F/ ? 4.2. 配置 BLE 从机功能+ [2 l+ e, t* X6 f 原始工程有两个特征,一个负责发(TX_CHR_UUID),一个负责收(RX_CHR_UUID)。按照要求,我们需要把他们合并为一个可以收、发的特征。图 6 演示了定义新的特征 UUID 并注释掉旧的两个特征 UUID 的方式:
图7.特征 UUID 7 k& a. A0 t: V. k, d3 U 协议栈提供了 ble_gatt_chr_def_t 类型结构体,用户可以定义一个结构体变量并赋值,以此来声明一个特征。图 7 展示了我们所需的特征配置的相关赋值过程,图中可见特征的 UUID 声明,特征 notify、write 属性声明,特征的特征描述符声明等信息。另外,旧的两个特征应该注释掉。 * z6 ?1 P, A) Q" N
图8.定义特征 # J5 o* g0 d2 C$ @4 n0 S& A2 x' L; @' J$ { , T- m* r6 @0 J# y4 h1 G9 s将新的特征配置赋值给服务声明,特征的数量修改为 1 个:7 E {8 A+ }- l: ^
图9.特征声明赋值给服务声明 + i/ A: C [5 `8 |$ |: m4 [7 q 上述服务、特征相关的数据结构配置完毕,我们还需要将这些配置通过 API 传递给协议栈。 首先,需要先定义一个新的句柄,所谓句柄,简单地说,用户在进行数据收发的时候,需要选择在哪个特征上进行数据收发,此时便需要句柄来指定特征(句柄本质上便是 attribute 的handle 字段)。原来的两个句柄也要注释掉,见图 106 H3 u9 i% m9 g; ~7 j; _
图10. 句柄 % E M% [7 K6 e' `4 m: v6 w# Q4 ]: z! b9 W; j$ w 然后,将上文定义好的服务、特征通过 aci_gatt_srv_add_service 函数一次性传送给协议栈,协议栈对这些配置进行解析、构建完整的 ATT 属性表,保存在内存中。之后,用户可使用aci_gatt_srv_get_char_decl_handle 接口获取已分配好的句柄(见图 11),此后的数据交互过程将频繁使用该句柄。. c$ f: V/ N: X5 K
图11. 获取句柄 至此,GATT 相关的配置已经完成。但是,由于上层大量引用了旧的两个句柄进行数据收发,因此此时编译会出现比较多的错误,此处暂不处理这些错误,先完成其他的 BLE 配置。 接下来修改蓝牙地址,并修改广播名,见图 12: + r" ]/ }; y# l" j2 D% s
图12. 蓝牙地址和广播名 / \3 L e- W2 c$ m6 V广播名的长度改变后,应注意指定其长度:$ M I( I8 |# V8 H+ v I/ l 8 k4 B- d W! z0 a1 h
图13. 广播名长度 LOCAL_NAME 设置的是广播包里的设备名,当设备连接成功后,主机会从 GAP Profile 的device name 特征里获取另外一个设备名,此处应保持这两个名字一致:# k, Z+ d- m5 ^! K& G' l7 b " \% D1 w/ @: m
图14. 设备名 2 P- h9 U; b, ]
图15. 设置设备名 至此,关于蓝牙的应用配置即告完毕。接下来可进行数据通讯相关的配置、实现。8 m7 E- I( O- z" t 4.3.和手机进行通讯( A# a- d! h' |/ A3 ^# m 上一小节配置完从机功能后,编译会产生大量错误,是因为 BLE 的通讯过程会比较多地引用旧的句柄。循着解决这些编译错误的操作,我们能了解到 BLE 通讯的过程。具体操作如下: 全局搜索旧的发送句柄(TXCharHanlde),我们找到了用于数据发送的协议栈 API,修正之 :3 F5 J: ?5 a6 a i" p
图16. 发送 Notify ' U6 h( x, w8 j1 W7 Q& X+ E$ o4 F1 P4 P0 U 手机使能订阅后,会通过图 17 的回调函数通知上层。此时应该修改为新的特征句柄,同时,添加一些打印指示 notify 的使能、禁用状态:" }" k$ F! ]3 H) n 5 @) n$ I1 T' ^
图17. 使能订阅回调 添加新的特征句柄全局变量声明,注释掉旧的:
图18. 句柄声明 4 P8 |# Y7 ^# C% n9 l 关于旧的发送句柄(TXCharHanlde)的问题已经全部解决。继续搜索旧的接收句柄(RXCharHanlde),我们应能找到设备接收手机数据的函数接口,将其中的句柄替换为新的特征句柄,见图 19:1 P8 B% _5 L5 P z- }( p - e7 d, U% Q8 q
图19. 数据接收回调函数 至此,我们应该能通过全部编译过程,并且已经找到了数据发送、接收的位置。此时可以在这些位置添加数据发送、接收的打印函数。接收数据的用户接口见图 20: : N, ?1 } s. }" C1 d9 E* K, \
图20. 用户接收 BLE 数据 - A( p. T2 V9 c$ j关于发送数据,原始工程实现了以下处理流程:* D# Y! L- F9 N( r) l 1. 从串口接收数据 2. 解析数据为命令并缓存这些命令8 n* N3 I# a' f, j 3. 通过轮询的方式,不断将命令缓冲区里的命令发送出去 ' X" [! Q: y, J7 ?/ u9 o" U: I/ [2 K 2 _/ c3 n3 a+ D' _ 该处理流程不适用于我们的任务要求,我们需要先取消这部分功能,见图 21+ W8 O$ k8 M6 R' J
图21. 取消原有的数据处理流程 ; m5 ^2 m3 ?2 Y4 r. Y) }& F D$ B9 v8 W0 m, M9 U H 然后设计自己的发送函数,见图 22: 1 _: Q1 M0 U* x4 L
图22. 自定义 BLE 数据发送函数 - H) ~1 }! m1 L9 c 至此,蓝牙的通讯功能已经全部实现完毕。用户可通过:; j) _, X7 N' h4 | • Data_Received()接口接收数据4 u& W) B, i+ ^ • user_send_data_over_ble()接口发送数据 4.4.添加其它功能 根据任务要求,我们还需实现下面三个功能: 1. 控制 LED 亮灭7 l! {. g, L. \4 M# H& Y 2. 定时 1s 上传心跳包,内容为连接后的秒计数值$ \, _3 N# d" D5 C- d! l 3. 每次按键上传按键事件通知下面开始逐个实现: 4.4.1. 控制 LED 亮灭 首先,实现 LED 亮灭处理函数,
图23. LED 命令处理函数 将其添加到 BLE 数据接收函数处,见图 24。LED 控制功能实现完毕。/ K* t E" c9 R; }( ?3 @6 K0 h
图24. 接收数据后进行 LED 命令处理 4.4.2. 每秒上传心跳包# l) T3 V. b/ ]) b 首先,实现心跳上传处理函数,实现当设备连接后,每秒上传一个 4 字节的计数值,并使用0xaa 作为命令字。见图 25:) w. @, l2 u; t8 E1 z' [
图25. 心跳上传处理 $ z3 Y1 k2 U7 c% M' ~ u 将心跳处理函数添加到系统任务处理函数 App_Tick 中,App_Tick 会在 main loop 中不断地被调用。心跳包需要在蓝牙连接成功并且使能了订阅之后才可以发送。另外,使用 timeout_flag变量来控制其每秒只被调用一次,实现方法如下:$ Z- s0 p4 m1 o3 b0 ~9 d. `; h
图26. 心跳处理 上述 timeout_flag 变量需要使用每秒循环的软件定时器来周期性置位。软件定时器的应用方式很简单。0 S% ?7 X) c8 A* \9 @0 W* x! ? + F0 @6 B" F& u2 B# s: K 首先,实例化一个定时器,并定义超时回调函数: 0 p2 W# j7 B' m! Q$ Q) Q+ w# [8 _
图27. 软件定时器实例化 " j$ P, U3 t% V r/ ~3 M1 W; g6 J# ]1 U! g: r( a 然后,在 Serial_port_DeviceInit 函数的末端位置注册超时回调函数并启动定时器。0 p1 ^3 o- M! L: Q& M3 I 6 m: i y! `" |1 e
图28. 启动定时器 ( u, w: W! G4 ]$ ~& m4.4.3. 上传按键事件0 {# D' S# H/ c( T- U, r 首先,实现按键回调函数,该函数在按键按下时被调用。发送按键事件前,应检查此时蓝牙是否处理连接、已订阅状态。见图 29:8 x2 K" s! t \, P& U 2 H( U/ t" \& y* b+ Q1 U1 w2 c
图29. 按键回调 按键中断服务函数中调用:) v* G. Q+ N' ^$ g, ^; e / A6 \1 p! P% F; z% X
图30. 按键中断服务函数 7 m4 w5 S3 @/ ? \5 Y! r) g) ?, Y) x4 D 至此,开发任务的要求已经全部实现完毕。接下来进行功能验证。 4.5验证功能 用户工程运行起来后,用 STBLE Toolbox 扫描,可见广播名已经修改过来了。+ X& i) h+ @0 U) Y2 a0 j
图31. 用户工程广播名 9 X. M3 \+ Y/ A8 W9 G 连上设备并点击 Notify 开关以使能订阅,可观察到底部已经开始接收到设备的心跳包数据(以 AA 开头的 5 字节数据),该数据每秒钟变化一次,见图 32:& I2 V' Y) w( Q. z, p3 r ) r8 p7 Z/ C) `: ^
图32. 使能订阅 ' a0 o+ m% E- L! `, f( f# ]通过 LOG 也能观察到心跳包发送情况,此时如果按动按键,也能观察到按键事件已经发送:
图33. 用户工程 LOG 4 u3 h) n% {: A5 c$ ~05小结* s, y! \: z6 M0 s4 }% V 跑完了上述用户任务开发的流程后,相信用户对 BlueNRG SDK 的软件架构应有所理解了。BlueNRG SDK 的软件层次架构为 STM32 典型的三层架构,分别为驱动层、中间层、用户层: 0 E. J( C3 n3 d* M9 A
图34. 软件层次架构 ( U3 h5 C* r+ K3 F9 H3 C1 q) Q上述添加用户功能的整个过程,其实只改动到了用户层的功能,用户层包含以下几个文件:+ a5 }6 l T. t5 ?
图35. 用户层文件 % ~* ?9 Y4 Y& U7 \ 这些文件的含义是: • serial_port.c,用户应用逻辑的实现 • BLE_SerialPort_main.c,程序入口,程序主流程 • gatt_db.c,BLE GATT 层功能的实现; m, J- q6 Z% t- o3 H • rf_device_it.c,存放所有的中断服务函数 3 }, x o6 |& d/ I8 l. f$ O. [; p 上述用户固件的功能,大多都在 serial_port.c 中实现。BLE_SerialPort_main.c 函数则实现了系统的主要流程。简单来说,BlueNRG SDK 的裸机系统即是一个前后台系统。蓝牙事件、按键中断等属于前台处理,负责置位相关标志位和状态,main 函数的 while1 属于后台处理,运行蓝牙协议栈、用户任务处理等后台任务,见图 36: , b) f \: ~6 V) Z' o
图36. 系统流程 ^- L( @! k& v5 `7 j+ ^BlueNRG SDK 中的绝大多数例程都使用了本文档所述的软件架构,即前后台系统。该软件架构比较简单,优点是用户能非常快速地掌握其流程,能够依据本文档的示例快速构建自己的用户功能。缺点是功能比较简单,用户需要在此基础上再添加一个调度器以应对复杂功能的要求。 转载自: STM32单片机. T. Z& M" j9 m: z; s' T! C 如有侵权请联系删除 4 A0 K* {/ V f6 H0 t ~1 @- Q$ i 7 Z! v2 Z v, e" B8 R9 l |
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