01协处理器模式概述
2 b: S" B4 m' x; b# D. KBlueNRG 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。
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/ Y+ \% s4 m1 N9 f' y4 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。

BlueNRG 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。

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。
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& v* N% H9 F" c9 v2 ~1 Z6 n

图1.BlueNRG 端协处理器官方资料

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# S& ?7 ^/ T$ u* O: P02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。

协处理器可以搭配任意带UART或者 SPI 的 MCU、MPU 或者 PC 端使用。

软件框架如下图所示。协处理器模式有两种分层。
• [处理器] APP <------------> [BlueNRG] (Host+Controller)
• [处理器](APP+Host) <------------> [BlueNRG] (Controller)
, U4 X/ ]6 a2 X. H

图2.协处理器软件框架

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。
) L  L3 U5 w* @7 `; J7 z0 H
3 k4 E, s- w+ l4 s- V9 C( e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。
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03ACI 指令格式
; ^) `6 x! k, h: A( A, o8 v& xBluetooth LE 协议栈 ACI 指令利用并扩展了标准 HCI 数据格式。
7 p7 F" G3 j+ Q+ a. E. J2 |

图3.HCI 指令格式

- r2 R/ ~1 e0 A: w9 ^* Z3 d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）
• HCI 同步数据包（数据包类型：0x03）
9 c9 q! [  i+ P7 a• HCI 事件数据包（数据包类型：0x04）
• HCI 扩展命令（数据包类型：0x81）
1 @+ t: N. |  b# g+ H3 [• 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：
/ s+ V7 ^/ l5 E. \+ R) F
( O& R) Q( a5 A8 i) k) O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.
  T/ V. p+ I4 F( ?
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。
' D0 I5 U6 T/ X* X
' O: @8 z) E: C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。
, h' w, g+ {- D- O! A
04DTM 相关的工程介绍
# O0 ~1 r5 i/ r# gBlueNRG SDK 中提供了很多个不同的 DTM 的工程，用户难以分辨。

: V( s  a1 i6 C8 S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。
8 O3 e/ Q0 O- P6 E8 c

图4.BlueNRG DTM 相关的工程

# \* O& i6 }" U: @7 W
其中 SDK 中包含的工程如下 :
! k) w  d* h) m8 h* k- F• DTM: // DTM 是 Full Stack
  m% \8 x: s" o; k• DTM_basic: // DTM 配置为 Basic stack
& \8 u) u; g; R' v/ h# ]) c• DTM_Updater: // 带 boot 程序 DTM 的 boot 源码工程
; o8 K" E+ N6 G! }. P1 `0 R
8 ]. D# n. ~0 x( v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。
1 o, k9 G# u' `# H7 Q0 @
打开 DTM 或者 DTM_basic 工程可以看到如下不同工程配置：
• UART: DTM 使用 UART 接口(不包含升级代码)
• 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。
• 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。
- ?7 z( y1 H5 N• 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。

$ t2 H$ x6 t+ z; C  J& v0 b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. B# w  ?' C$ m5 C05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：

7 Y" X- J: L, r4 }

. }' i3 D: U# m% c% m, E

图5.STM32CubeMX 中的软件包

5 }( |' H$ a3 j% v3 I

详细的软件配置涉及步骤比较多
% Q# V3 B1 e1 f, X
或者参考官方的帮助文档，如下图右下边的文档。

图6.X-CUBE-BLE2 软件配置

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06基于源码移植的协处理器模式
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：
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3 }5 q  I4 ^" l0 v$ w

图7.非 STM32 使用 BlueNRG 协处理器需要移植的代码

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8 K5 @* N/ V$ Z. q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
) W( a# ~: v' V! m) q( aBlueNRG-1/2: BlueNRG-1_2 DK x.x.x\Project\STM32L

/ V# \% z7 w  n$ V. w07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
• BlueNRG 主动发送数据
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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。
" m0 n. O0 l) \/ a( L0 c
) A1 R: q% B: d+ A' HBlueNRG 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。

6 X) k; Q: Z( O+ [7 O08交互时序图
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。

3 _7 O/ J  A  b$ }: S' P8.1. UART接口交互时序图
, R' ^0 ~$ T: o; Y使用UART接口进行交互时，时序图如下所示：
" d; w/ [- x, f7 i
: z; F9 s! J! B+ l& b& l5 R* S

图8.串口方式交互时序图

, x. R; l+ `4 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
    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
+ T! S+ [4 \0 K$ @/ l+ I. u9 A           ▪ 如果流控允许
    o 4：MCU 发送完毕数据释放 MCU_RTS
. O0 J! m* K0 E+ r0 b' ^    o 5：BlueNRG 芯片允许进入睡眠
•BlueNRG 发送数据
    o A: BlueNRG 唤醒 MCU
( ]* v+ J* |/ I, h. v/ \    o B: MCU 被唤醒
3 q* B6 R$ k3 K9 N, n3 t    o C: BlueNRG 通过串口发送数据
, C  p) c4 e$ r& k7 l1 |2 ~        ▪ 如果串口流控允许
    o D: BlueNRG 发送完数据释放 MCU_CTS
) y, t) r. o5 s( n& }1 }    o E: MCU 允许进入睡眠
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8.2. 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）。

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图9.协处理器 SPI 通信协议

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; D; `7 n$ `1 E5 t! ~. y
09小结
9 S( R3 G* N, o7 h/ s, ^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。

转载自： STM32单片机
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