01协处理器模式概述
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。

+ g" L" F5 m- B. Q+ {( D1 l1 ?) _BlueNRG 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。
( d' I4 y9 o# `/ G# p5 V
$ w, L* V, W4 n% _% @. F" lBlueNRG 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。

$ `. T) {8 F* ?, a3 J+ {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。

0 ]8 F& {2 G& A0 Z) ]  o* W: c2 `

( _# I+ a8 P3 Q" R

图1.BlueNRG 端协处理器官方资料

' s; F" o' Q/ q0 U. I2 r5 K

02协处理器软件分层
( d4 }; e. N1 l( H$ ~" }4 G1 \BlueNRG GUI 工具的使用属于一个 BlueNRG 芯片协处理器的应用。
9 Q: Q0 `' Y5 a
1 F' P: g4 m: L$ v, i- f/ H, G协处理器可以搭配任意带UART或者 SPI 的 MCU、MPU 或者 PC 端使用。

8 M8 E5 p. `- c( H. o; x* L软件框架如下图所示。协处理器模式有两种分层。
2 O& v" I3 r. H* K• [处理器] APP <------------> [BlueNRG] (Host+Controller)
• [处理器](APP+Host) <------------> [BlueNRG] (Controller)
" `8 G$ }' L5 G) b7 g% B

. K* v7 v* o3 [; B) B# _# @9 G

图2.协处理器软件框架

8 Z% B7 M6 z, h3 y5 |
) w% A6 X: h1 k4 X* Z# R: m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。

1 \6 I' f/ D$ p; R1 y4 {6 M9 m03ACI 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。

: Q5 C2 c: T# q6 o6 n) ~% |

, y# _! {3 O( L9 p8 `# H

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：
2 Z3 s; \# a% L" n* m; q5 r; Q• HCI 命令数据包（数据包类型：0x01）
• HCI ACL 数据包（数据包类型：0x02）
( ?  r8 q6 ]3 o$ `3 D. P1 V4 `( w# k• HCI 同步数据包（数据包类型：0x03）
  @5 u% U( h! l9 K8 ?' @2 a• HCI 事件数据包（数据包类型：0x04）
  |) L/ n% ]5 `. z& G• HCI 扩展命令（数据包类型：0x81）
• HCI 扩展事件（数据包类型：0x82）
1 Q- J6 o0 u2 F* r- ~
# D- X" r: W+ E7 c7 _详细的数据包格式可以通过如下方式详细查看：

; Y. ]3 Q7 s  W: [+ k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.

" X* C9 d3 c9 G& _- m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。

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。

04DTM 相关的工程介绍
# L$ @; W3 o" ~" I% q- P# h0 qBlueNRG 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。
$ r  ?" k; d2 j2 }& u5 B

" L. @8 G6 @* T; Y

图4.BlueNRG DTM 相关的工程

1 b+ e, ]8 k. t7 F  d$ B
其中 SDK 中包含的工程如下 :
• DTM: // DTM 是 Full Stack
• DTM_basic: // DTM 配置为 Basic stack
• DTM_Updater: // 带 boot 程序 DTM 的 boot 源码工程
  Q+ z  T' J4 p, z( P
% ^5 m4 b6 ^: a5 T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。

打开 DTM 或者 DTM_basic 工程可以看到如下不同工程配置：
2 M. G0 X7 V  ?" e# J• 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。
' E, v; H0 ]6 s' x4 y4 b% M• 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。
• 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。

& B9 _- A$ F) E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。

05基于 STM32CubeMX 软件包的协处理器模式
; _* u4 [' n' F基于 STM32CubeMX 软件包支持协处理器的有以下几个：
$ g( f4 _0 G. W) W, h4 b1 u2 N

9 x  ?# m# i' J& e, Z

图5.STM32CubeMX 中的软件包

详细的软件配置涉及步骤比较多
! B1 O- |$ B* C" B, b7 l
3 h: s% T! r* o$ u! J' k或者参考官方的帮助文档，如下图右下边的文档。

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7 }) T0 m1 P0 H: ?

图6.X-CUBE-BLE2 软件配置

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：
4 Q, P2 H) O4 @0 u9 s) j  o

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：

9 W1 ^& _( J/ w7 a) n  Q# c

% _2 q" O( q; }  N' R# q可以参考 BlueNRG SDK 工程下协处理器相关的例子：
+ B; u$ H( ?) l7 b3 WBlueNRG-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
7 u3 n( G& C+ x! q
, q/ H# m1 q1 y- B07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
9 W/ N! G) t9 U/ \$ \$ x7 ]' W• BlueNRG 主动发送数据

; z: D$ {: S% h4 T, sMCU 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。

2 a! ~8 a) b# P9 r0 @* dBlueNRG 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。
) ?1 V" B0 G" p: ]7 S
' }8 G- G' f0 u' `8 A% q, x08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。
0 {+ \# F! E& z
- Q1 m' `: g- }8 B( V7 B8 F% ]8.1. UART接口交互时序图
使用UART接口进行交互时，时序图如下所示：

8 ?* u. X, j" S

图8.串口方式交互时序图

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
& k+ c) J, d6 d! D8 n; P    o 1：MCU 唤醒 BlueNRG 芯片
9 Z: }! t+ q) p+ L6 B& y% j6 s7 Q- M    o 2：BlueNRG 芯片被唤醒完成
    o 3：MCU 通过串口发送数据
6 d9 F) Q( W" A) `8 Y/ p9 e/ s           ▪ 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
5 I& R  N2 M; N: p; E4 a•BlueNRG 发送数据
    o A: BlueNRG 唤醒 MCU
$ ~: ?: G+ H' }. {) x6 w    o B: MCU 被唤醒
- h+ I5 @6 v# J: V# B    o C: BlueNRG 通过串口发送数据
: ~& N; Y" J) Q2 i! _) R& E        ▪ 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
# ?, Z, c! [1 g6 ^: O& ^8 x' \
8.2. SPI 接口操作时序图
4 B- q# A' n' p) v- Z+ o& @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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4 N" p' W. U! _. z7 f5 o# z" V

图9.协处理器 SPI 通信协议

, N1 x0 b* I3 ^- m7 y" o  J3 z09小结
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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