01协处理器模式概述/ s, @; h+ ~2 d9 v& j 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。 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。 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。 $ S2 p: P3 k5 V, M7 p3 ^ 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。* C$ J0 U! U1 v { 图1.BlueNRG 端协处理器官方资料 . n" k4 Q% `+ P' G- h5 \5 Z0 Q; L& p8 c8 L! G- {& F ! o8 B% H* X" Z: K0 X! b, z02协处理器软件分层" B# N5 I0 _, _$ @' T. X% d0 ? BlueNRG GUI 工具的使用属于一个 BlueNRG 芯片协处理器的应用。 5 F0 i: Y# m( D) 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。 2 D$ U% l2 h6 i 软件框架如下图所示。协处理器模式有两种分层。# ^: @$ I. z* {9 g& a. | • [处理器] APP <------------> [BlueNRG] (Host+Controller)9 u3 n1 |. o/ H s • [处理器](APP+Host) <------------> [BlueNRG] (Controller)- e4 {: R4 ]- G/ Z, P! G 图2.协处理器软件框架 ! _% e' A( U. k' z 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。 " \! T, P0 ]0 ]( ?8 M 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。 图3.HCI 指令格式 O' K) A; R& k1 L0 ] 根据 Bluetooth 核心规范,标准 HCI 数据包可以是以下几种类型:* k* j' s' Y/ m9 g • 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)1 ^& D) V6 m) ` • HCI 事件数据包(数据包类型:0x04); w7 ^: M% F! j) m • HCI 扩展命令(数据包类型:0x81)6 k/ P1 W+ i% C( p • HCI 扩展事件(数据包类型:0x82) 1 [9 e0 g: s; Q; z; x& g 详细的数据包格式可以通过如下方式详细查看: 5 d9 K/ x5 A7 g8 l* X6 t0 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. 2 e; N+ Y% ~+ v/ {; w2 s: S1 _ 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。 $ a- w4 w7 n! \7 K% E2 X0 p1 \) a, l 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。 ! n# X5 F! C4 z2 K 04DTM 相关的工程介绍 BlueNRG SDK 中提供了很多个不同的 DTM 的工程,用户难以分辨。 " e& y" V" |" s" R1 G- _ 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。 图4.BlueNRG DTM 相关的工程 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: l6 ?- I. n6 p 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。 # a4 T% \9 l3 | 打开 DTM 或者 DTM_basic 工程可以看到如下不同工程配置:% F6 ]% e' k9 r R • 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。 • 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。 G9 Z) ^) J& E/ i: U- G3 U, E 6 p: g9 Y, g( d6 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。 05基于 STM32CubeMX 软件包的协处理器模式# ^% @7 I0 k8 y9 y5 r/ b! G 基于 STM32CubeMX 软件包支持协处理器的有以下几个:. M+ B Q( p, o0 Q 图5.STM32CubeMX 中的软件包 / P; D$ p3 C' U/ ]详细的软件配置涉及步骤比较多2 n: ?% I4 S) _. B( N% Y 或者参考官方的帮助文档,如下图右下边的文档。 6 x9 {7 V, _. N8 T- v+ ?7 ]2 d 图6.X-CUBE-BLE2 软件配置 1 Z/ s( j+ _4 R) D3 ?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: 图7.非 STM32 使用 BlueNRG 协处理器需要移植的代码 9 | h- A- T7 t- [, s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: : t% h. A) N' u( P2 H 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 . P+ W7 j% j( K* N# |9 _ 07应用处理器(MCU)端软件处理主框架, _6 }, Q. @. }; F- G" x( E) y 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 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。 ) b6 L5 Y8 E3 r9 |( c& f 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。 ( c4 u4 {7 H* k 08交互时序图% m* }: r# Q1 n/ J9 o" A8 v 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。* L P- A& \) J; @+ a 6 w0 l1 q$ R4 b! K8 C5 X 8.1. UART接口交互时序图" U0 |% ]: c3 b 使用UART接口进行交互时,时序图如下所示: 图8.串口方式交互时序图 + C/ o; h( q' v3 C* P上图时 MCU 主动发送 ACI 指令流程,分为以下几个步骤:' g5 n+ U; A0 I0 u& b • MCU 发送数据 o 1:MCU 唤醒 BlueNRG 芯片7 O, c K3 t4 S6 z" f2 W o 2:BlueNRG 芯片被唤醒完成6 j5 ^1 J! V# R8 @5 Z1 N* L' n( X 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 •BlueNRG 发送数据 o A: BlueNRG 唤醒 MCU" M# m3 A0 w9 Z8 J o B: MCU 被唤醒 o C: BlueNRG 通过串口发送数据 [2 b+ B/ S& r ▪ 如果串口流控允许9 I! `" T& V8 X" [' ]. l8 a: q o D: BlueNRG 发送完数据释放 MCU_CTS1 _0 e6 a- k% [3 o4 x6 Q, _ o E: MCU 允许进入睡眠% s/ t; K N$ d' p, ]+ U" x. t & Y! ^9 s9 B0 o$ ^ 8.2. SPI 接口操作时序图: i( i& }- v4 Q5 f' ?5 I- v5 k' L 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)。$ }! U# t" B% p" K* J9 L 图9.协处理器 SPI 通信协议 ) W. I, x2 b9 q$ E7 H) q/ O6 g" ?4 d- o( L+ Z0 c& B % D/ j$ B* G% n' J5 J2 s& w 09小结 ^( h \1 k! z _; p$ _ 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。: K: z+ Q. R% ^3 P ; K, g3 W' |) X" @2 e2 q% h+ O 转载自: STM32单片机" D; M+ ^; S8 b6 M& i" f 如有侵权请联系删除3 i8 i. N! p1 k5 b$ _% m . k$ b/ g' ~% J) A- Z ; f3 h1 I* O# |/ O3 J2 R* u2 r6 F |
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