【轉】BLE_CC2540_初學者入門指導

時間  2019-12-06
標籤 ble cc2540 初學者 入門 指導 简体版
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原文網址：http://www.deyisupport.com/question_answer/wireless_connectivity/bluetooth/f/103/t/61462.aspxphp

看了下問題，發現不太會回答了，好久沒弄，全忘記了，只好貼出以前的一些東西，幫助初學者入下門吧：編程

1、初識BLE緩存

經過這兩天對《 CC2540 BLE Software Developer Guider V1.2.pdf 》的學習對 CC2540以及藍牙4.0有了一個總體上的認識：
 
一、藍牙4.0協議：BR/EDR（標準藍牙）+ BLE     目前 CC2540硬件只支持BLE這種單模無線標準，不可以與4.0之前的版本通訊。
 
二、針對 CC2540  BLE-Stack 重點學習了該協議棧的結構，TI的藍牙平臺支持兩種協議棧/應用配置：單一設備配置、網絡處理器配置（application/profile在另外的處理器或者PC上的應用）。
 
三、重點學習了協議棧最頂層的兩個通用profile：GAP（通用接入規範）、GATT（通用屬性規範）。
 
四、GAP主要負責處理設備的接入方式以及接入的過程：設備發現、鏈路創建、鏈路終止、啓動安全功能、設備配置（主要是鏈接參數的配置）。
 
五、GATT主要完成服務器和客戶端之間通訊的相關子過程。
 
六、BLE支持40個通道的跳頻機制，其中3個通道用於advertise，剩下的用於數據通訊；而BR的通道數在80，相比而言BLE的機制更加節電。二者的跳頻偏移分別爲2MHz、1MHz。
 
七、OS抽象層相關過程學習，如何配置一個新的任務、任務優先級、事件觸發、消息傳遞等。
 
八、存在的問題：搞不清楚BLE協議內部的GAP、GATT profile與application profile的聯繫與區別，是否BLE可以在app上添加：A2DP（藍牙立體聲音訊傳輸協議）、HID（人機界面規範）等這些規範。
 
2、開始瞭解stack
 
進一步學習GAP，主要扮演四種角色：broadcaster（廣播者）、obseerver（觀察者）、peripheral（外圍）、central（中央）。
 
一、 BLE-Stack中有每一種角色的Sample程序，且正對不一樣的示例程序對應的lib也不相同，eg： CC2540_ble_single_chip_peri.lib 、 CC2540_ble_network_processor_all.lib 等。
 
二、對於應用程序的profile須要按照規範本身編寫，目前ti提供幾個醫療上使用的profile，對於文件傳輸、音頻傳輸等profile，個人理解是BLE不適用於這些場合（參考wiki網上一些話題討論、BLE_TechDay_2011.pdf、 BLE_ CC2540_DeepDive_Training_2011.pdf 來源於wiki網）。
 
 
我理解的classic就是傳統的那種藍牙應用，BLE的應用主要是用於第一幅圖。BLE目前一個數據包支持的最大字節數爲20Byte，基本上都是幾個字節的應用，ti例程。
 
三、在wiki網上找到一個相關的例子：Serial App 經過串口實現兩臺PC之間的數據傳輸，打算從這個例子入手，在轉向USB的，初步看了一下這個Serial App，在該頁上可以下載一個HCI Tester的腳本測試工具，並非直接經過兩個串口實現數據傳輸，須要上層的profile和HCI Command。
 
 
四、Btool工具經過鏈接usb dongle看了一下軟件的選項，嘗試鏈接兩個usb dongle，在wiki上看到有人說可以創建鏈接，實測沒法搜索到設備。
 
五、初步計劃先移植keyfob的程序到dongle上，實現兩個設備之間創建鏈接，keyfob經過一個按鈕觸發30s的dicoverable狀態，這時候啓動dongle進行scan等一系列操做。
 
 
3、摸着石頭過河
 
一、移植KeyFob例程到USB dongle上面，修改按鍵等宏，刪除了加速度、蜂鳴器程序，該Sample與HostTestApp之間能夠創建連接並通訊，參考wiki地址以下：
 
 
存在的問題：
     1）KeyFob例程使用按鍵啓動30秒的advertising，此後由Btool經過USB dongle向KeyFob（另一個dongle模擬的）發送請求連接的命令。按鍵使用輪詢的方式可以正常進入相應事件，使用IO中斷的方式沒法進入，檢查了不少遍未找到緣由所在。
 
     2）創建連接以前USB dongle須要Scan設備，這是在KeyFob發送advertising以後，會存在沒法查找到設備，猜想是因爲使用了輪詢按鍵的方式致使的。
 
二、 CC2540的接收發送緩存都爲128Byte：
 
 
再去看了下以前wiki上看到的關於發送字節不超過20Byte的說法，是限制在10ms之內的。
 
三、Btool創建鏈接的狀態：
 
[25]中代表GAP_EstablishLink Success,在Read/Write選項中經過操做關鍵字、描述符來實現通訊中數據的交互，參考1中網址。
 
eg：經過USB dongle讀取KeyFob電池的電量等，實際讀取錯誤，無效的數據（我想是否須要購買一個keyFob加快開發）
 
 
四、想要實現兩臺PC之間的通訊：
 
1）若是採用HostTestApp的方式，上位機須要與Btool相似，產生HCI Command讀寫數據也須要相關命令和操做序列。
 
2）採用單芯片方式（區別於網絡處理器模式，HostTestApp模式），不直接和外界PC或者MCU交互。
 
最終如何選擇，還須要花時間進一步學習 BLE-stack。
 
 
4、站的高一點點
 
一、基本上搞清楚一個應用程序由哪些部分組成，須要作哪些初始化，App函數的位置，以及各類事件的響應方式。
 
二、關於 CC2540 RF寄存器的問題：
 
1）User Guide上面未詳細介紹寄存器的各個位，只有簡單的寄存器說明，查閱E2E肯定TI未開放，因此沒法編寫RF部分的驅動。
 
2）TI建議的方式：Note, that OSAL and HAL source is avail, a free sniffer is avail, and RF studio can access RF directly.
 
3）打開RF Studio  CC2540界面，好好看看有哪些部分，對於測試等等有很大用處的。
 
 
原則上可以進行數據包的收發測試。
 
三、查閱相關TI Bluetooth的器件，簡單對好比下：
 
 
 
5、開始搞起了
 
經過對TI_BLE_Vendor_Specific_HCI_Guide.pdf 和e2e上相關討論的學習，總結以下;
 
一、能夠經過HIC Command對 CC2540進行相關操做，整體描述見下圖。
 
 
二、關於 CC2540 Production Test Mode參考網址：
 
 
三、建立 CC2540測試工程文件，主要是刪除協議部分的和某些無關的OSAL初始化程序。
 
uint16 UserApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
    if ( events & USER_START_DEVICE_EVT )
    {
        HCI_EXT_SetTxPowerCmd (HCI_EXT_TX_POWER_4_DBM);
        HCI_EXT_ModemTestTxCmd (HCI_EXT_TX_MODULATED_CARRIER,37);
        
        //HCI_EXT_ModemHopTestTxCmd ();
        //HCI_EXT_ModemTestRxCmd (37) ;
        //HCI_EXT_EndModemTestCmd ();
        
        return ( events ^ USER_START_DEVICE_EVT );
    }
    return 0;
}
 
主要涉及的函數：
 
HCI_EXT_SetTxPowerCmd             設置發射功率
HCI_EXT_ModemTestTxCmd          開始連續的發送測試，須要指定信道和是否調製  
HCI_EXT_ModemHopTestTxCmd     開始連續的發送測試，發送37Byte 數據包（僞隨機數），且信道從0-39遞增
HCI_EXT_ModemTestRxCmd          開始接收測試，須要指定信道
HCI_EXT_EndModemTestCmd        中止Modem測試
 
 
6、簡單分析
 
一、以Central、Peripheral之間通訊爲例，學習BLE-stack設備之間的數據通訊：
 
1）Peripheral 經過GATT_Notification函數實現數據發送，這種狀況下外圍設備扮演Seriver（注1）。
2）Central 經過GATT_MSG_EVENT事件觸發任讀取 gattMsgEvent_t 結構體中的 msg對應的 Indication and Notification messages（參考程序中相關結構體）實現數據接收，這種狀況下中央設備扮演Client（注2）。
 
 注1：
  static attHandleValueNoti_t *pReport= NULL;
 
  if ( GATT_Notification( 0, pRepor, FALSE )==SUCCESS)
  {
 
   //用戶可在這裏進行發送成功後的相關操做,pRepor爲待發送的Notification
 
  }
 
  /**
   * Handle Value Notification format.
   */
  typedef struct
  {
    uint16 handle;                             //!< Handle of the attribute that has been changed (must be first field)
    uint8 len;                                   //!< Length of value
    uint8 value[ATT_MTU_SIZE-3];      //!< New value of the attribute
  } attHandleValueNoti_t;
 
  注2：
  if ( pMsg->method == ATT_HANDLE_VALUE_NOTI ||pMsg->method == ATT_HANDLE_VALUE_IND )
  {
    
     attHandleValueNoti_t noti;
    
     dataCount = dataCount+ 1;
      
     LCD_WRITE_STRING_VALUE( "Data Cnt: ", dataCount, 10, HAL_LCD_LINE_1 );
     
     noti.handle = pMsg->msg.handleValueNoti.handle;
 
     noti.len = pMsg->msg.handleValueNoti.len;
     
     osal_memcpy(&noti.value, &pMsg->msg.handleValueNoti.value,noti.len);
     
    //用戶可在這裏操做&noti,經過串口發送或者USB發送出去等等
         
  }
 
 
二、創建鏈接的某些細節函數還未搞清楚，發送數據所可以被用戶看到的最底層函數如1中描述。
 
 
三、進一步計劃：
 
1）經過Central、Peripheral之間通訊爲基本模板先實現設備之間創建鏈接，而後使用1中方式實現數據交換。
2）在1）的基礎上加入串口通訊實現串口之間的通訊，並可以經過串口控制設備創建鏈接的過程等。
3）使用Dongle實現USB功能，主要是將HostTestApp中的CDC類USB程序提取出來，實現Dongle與PC間數據通訊，不涉及 BLE-stack協議棧相關只是一個USB程序。
4）因爲CDC類的USB相對而言要簡單一些，上位機編程可使用串口，在3）的基礎上再去實現HID，具體關於這一部分USB驅動和上位機等尚未很清晰的思路。
 
四、須要作的事情：
 
1）使用購買的 CC2540驗證連接創建數據交互的功能。
2）實現 CC2540的UART與PC通訊的功能。
3）使用Dongle實現CDC類USB與PC通訊的功能。
4）使用Dongle實現HID類USB與PC通訊的功能。
 
附件：
 
 
GATT_Notification、GATT_Indication函數的說明，不可以獨立運行須要在創建鏈接的基礎上。
 
 
7、換個硬件看看
 
一、使用購買的CC2540模塊實驗，修改了Debug接口，可以採用TI的CCDebug下載光盤自帶的程序測試正常。
 
光盤例程使用 BLE-Stack 1.1修改，分別下載KebFob和HostAppTest。
 
二、下載BLE-Stack 1.21中例程KebFob和HostAppTest測試鏈接過程也正常。
 
圖1：測試UUID讀取關鍵字成功，KeyFob的電量（百分比） 
 
 
圖2：測試Adv.Commands 讀取RSSI值
 
 
三、使用BLE-Stack 1.1例程中的虛擬鍵盤，測試鏈接失敗（光盤和協議棧原始例程都測試了），用HostAppTest測試搜索到的設備地址與待綁定的地址是匹配的。
 
待作的事情：
 
1）搞清楚3鏈接過程當中出現的問題。
2）花時間去熟悉API函數以及相關的結構體。
 
8、開始作硬件了
 
一、參考《CC2540EM_discrete_schematic.pdf 》繪製CC2540無線模塊原理圖。
 
1）引出P0（8pin）、P1（8pin）、P2（3pin）、電源（2pin）、USB（2pin）、RESET（1pin）共計24pin。
2）不知引腳排列是否合理，目前的排列有利於模塊佈線。
 
見附件: CC2540_BLE_RF.pdf
 
二、參考《CC2540_MiniDK_SCHEMATIC.pdf 》和購買套件的底板原理圖繪製CC2540底板原理圖。
 
1）添加低功耗加速度傳感器CMA3000（用於計步等，可缺省不焊接）。
2）添加CP2102用於USB轉串口，經過UART打印字符便於調試等。
3）可選USB供電、CCdebug供電、CR2032鈕釦電池供電。
4）設計中多處採用0R電阻，便於二次修改。
 
見附件： CC2540 Board.pdf
 
三、閱讀BLE的宣傳資料，以爲不適合在底板上添加傳統的傳感器，不知道是否須要添加傳感器？
 
見附件：TI BLE @ CES.pdf 
 
 
9、閒置階段，隨便玩玩
 
一、原理圖修改、檢查：
1）添加PCB天線和外置天線。
2）添加OLED顯示、電源指示燈、添加撥碼開關。
 
二、OLED選擇了一款內置升壓電路的型號與以前的像素一致：
1）選取內置升壓的OLED省去了升壓電路的設計。
2）實際通過調研科選擇 TPS61040做爲升壓芯片，知足需求（考慮到電感、續流二極管等物料很差採購的問題）。
 
三、肯定底板上物料在ERP中的型號，主要的器件目前都已經肯定、包括接插件。
 
四、調試CC2540的UART，調試OK可以打印信息：
1）發如今Advertising過程當中會出錯（測試了多種發送狀況，確認是Advertising時RF引發的）。
2）使用DMA、ISR都是一樣的狀況。
 
 
 
 
10、開始玩弄她吧
 
一、CC2540通訊創建過程調試：
1）找到UART在advertising過程當中發送數據亂碼的問題，使能低功耗（PWRMGR_BATTERY）會伴隨主時鐘的切換，致使波特率不穩定照成的，關閉低功耗數據正常，有待進步一學習，暫時不作深刻研究。
2）在調通串口的基礎上實現基本的通訊創建過程調試，主要是經過peripheral、central的例子，實現了PC經過串口向peripheral設備發送數據經過無線被central設備接收再經過串口傳輸至另外一臺PC。
 
Peripheral(Send)：
 
01 82 fe 07 00 05 11 11 11 11 11
01 82 fe 07 00 05 22 22 22 22 22
 
 
Central(Receive)：
 
04 FF 0D 1B 05 00 01 00 07 07 00 11 11 11 11 11 
04 FF 0D 1B 05 00 01 00 07 07 00 22 22 22 22 22 
 
以上參考：附件1、附件二。
 
二、Blood Pressure例程測試：
1）在新版本BLE-Stack1.21中未提供BP的Collector，只有一個BP Sensor，因此還須要花點時間創建Collector的工程。
2）在TI Wiki上找到了關於BLE-Stack1.1關於BP演示的說明，須要一個BleHealthDemo（C#開發）上位機的配合，Collector是工做在Network Process模式下。
 
測試效果參考：附件三。
 
三、開會提出的問題小結：
1）爲何要有Proflie？
A：Profile由藍牙SIG發佈，描述了不一樣設備使用藍牙協議棧時的差別性和統一性。好比一個血壓計，你們都按照這個BP Profile、BP Service來進行規範定義，那麼一個BP收集器就可以收集不一樣廠家生產的BP Sensor測量的血壓值等。若是沒有Profile關有協議那麼你們都只能閉門造車，我生產的手機帶藍牙功能，那麼你使用的藍牙耳機就必須是我生產的，由於那些數據格式、設備描述等只有我知道，因此纔有音頻Profile（A2DP）以後你們按照這個規範去嚴格定義本身的設備就能夠了。
 
2）BT流行版本的Profile比較：
我所理解的在BT2.0、BT2.一、BT3.0這些版本可以使用傳統Profile，而4.0以後會多出一部分GATT-Basic規範Profile。
 
這裏咱們須要理解的是：
BT2.0 = Core Version2.0 +EDR
BT2.1 = Core Version2.1 +EDR
BT3.0 = Core Version3.0 +HS
BT4.0 = Core Version4.0 +BLE = BR/EDR + BLE（這裏和以往不一樣，V4.0有兩個核心， CC2540只有BLE）
 
對於血壓計：
 
V4.0 版本使用BP Profile（Blood Pressure Profile）+ BP Service
V4.0 以前版本使用HD Profile（Human Device Profile）
 
HD Profile（健康規範）包括 BP Profile（血壓規範） + HT Profile（溫度規範）+ ……
 
這些規範能夠從官方網站查看：
 
以上參考：附件4、附件五。
 
三、附件：
 
附件一
 
附件二
 
附件三
 
附件四
 
附件五
 
 
11、血壓計分析
 
 
一、Blood Pressure示例程序佔用資源（256K Flash + 8K RAM）：
 
二、Blood Pressure Profile規定的數據格式：
 
 
三、Profile 定義了數據格式、過程、服務的UUID等：
 
 
以上這些會在協議屬性表中體現，而這個屬性表會經過相關API將他做爲參數傳給協議棧。
 
static gattAttribute_t bloodPressureAttrTbl[] = 
{
    // BloodPressure Service
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, primaryServiceUUID }, /* type */
        GATT_PERMIT_READ,                                 /* permissions */
        0,                                                          /* handle */
        (uint8 *)&bloodPressureService                   /* pValue */
    },
    
    // 1. Characteristic Declaration
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },
        GATT_PERMIT_READ,
        0,
        &bloodPressureTempProps 
    },
    
    // 2. Characteristic Value
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, bloodPressureTempUUID },
        0, //return READ_NOT_PERMITTED
        0, 
        &bloodPressureTemp 
    },
    
    // 3.Characteristic Configuration
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, clientCharCfgUUID },
        GATT_PERMIT_READ | GATT_PERMIT_WRITE, 
        0, 
        (uint8 *)&bloodPressureMeasConfig
    },
    // 4.Presentation Format
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, charFormatUUID },
        GATT_PERMIT_READ, 
        0, 
        (uint8 *)&bloodPressureTempFormat
    },
    
    
    //////////////////////////////////////////////
    // IMMEDIATE MEASUREMENT
    //////////////////////////////////////////////
    
    // 5.Characteristic Declaration
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },
        GATT_PERMIT_READ, 
        0,
        &bloodPressureImeasProps 
    },
    
    // 6.Characteristic Value
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, bloodPressureImeasUUID },
        0, //return READ_NOT_PERMITTED
        0, 
        &bloodPressureImeas 
    },
    
    // 7.Characteristic Configuration
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, clientCharCfgUUID },
        GATT_PERMIT_READ | GATT_PERMIT_WRITE, 
        0, 
        (uint8 *)&bloodPressureIMeasConfig
    },
    
    
    //////////////////////////////////////////////
    // FEATURE
    //////////////////////////////////////////////
    
    // 8.Characteristic Declaration
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },
        GATT_PERMIT_READ, 
        0,
        &bpFeatureProps 
    },
    
    // 9.Characteristic Value
    { 
        { ATT_BT_UUID_SIZE, bpFeatureUUID },
        GATT_PERMIT_READ,
        0, 
        (uint8 *)&bpFeature 
    },
      
};

 
好吧，第一章分享到這裏結束了，只是簡簡單單的幫助初學者入門，權當玩玩，專業開發者請忽略。不排除本身理解和排版形成的問題，請自行判斷，謝謝。
 
 
後續會上傳代碼和相關文檔，並繼續開貼說第二章
 
 
哈，但願ti能給個包包硬盤啥的，鼓勵一下。
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