【转】BLE_CC2540_初学者入门指导

时间  2019-12-06
标签 ble cc2540 初学者 入门 指导 繁體版
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原文网址：http://www.deyisupport.com/question_answer/wireless_connectivity/bluetooth/f/103/t/61462.aspxphp

看了下问题，发现不太会回答了，好久没弄，全忘记了，只好贴出以前的一些东西，帮助初学者入下门吧：编程

1、初识BLE缓存

经过这两天对《 CC2540 BLE Software Developer Guider V1.2.pdf 》的学习对 CC2540以及蓝牙4.0有了一个总体上的认识：
 
一、蓝牙4.0协议：BR/EDR（标准蓝牙）+ BLE     目前 CC2540硬件只支持BLE这种单模无线标准，不可以与4.0之前的版本通讯。
 
二、针对 CC2540  BLE-Stack 重点学习了该协议栈的结构，TI的蓝牙平台支持两种协议栈/应用配置：单一设备配置、网络处理器配置（application/profile在另外的处理器或者PC上的应用）。
 
三、重点学习了协议栈最顶层的两个通用profile：GAP（通用接入规范）、GATT（通用属性规范）。
 
四、GAP主要负责处理设备的接入方式以及接入的过程：设备发现、链路创建、链路终止、启动安全功能、设备配置（主要是链接参数的配置）。
 
五、GATT主要完成服务器和客户端之间通讯的相关子过程。
 
六、BLE支持40个通道的跳频机制，其中3个通道用于advertise，剩下的用于数据通讯；而BR的通道数在80，相比而言BLE的机制更加节电。二者的跳频偏移分别为2MHz、1MHz。
 
七、OS抽象层相关过程学习，如何配置一个新的任务、任务优先级、事件触发、消息传递等。
 
八、存在的问题：搞不清楚BLE协议内部的GAP、GATT profile与application profile的联系与区别，是否BLE可以在app上添加：A2DP（蓝牙立体声音讯传输协议）、HID（人机界面规范）等这些规范。
 
2、开始了解stack
 
进一步学习GAP，主要扮演四种角色：broadcaster（广播者）、obseerver（观察者）、peripheral（外围）、central（中央）。
 
一、 BLE-Stack中有每一种角色的Sample程序，且正对不一样的示例程序对应的lib也不相同，eg： CC2540_ble_single_chip_peri.lib 、 CC2540_ble_network_processor_all.lib 等。
 
二、对于应用程序的profile须要按照规范本身编写，目前ti提供几个医疗上使用的profile，对于文件传输、音频传输等profile，个人理解是BLE不适用于这些场合（参考wiki网上一些话题讨论、BLE_TechDay_2011.pdf、 BLE_ CC2540_DeepDive_Training_2011.pdf 来源于wiki网）。
 
 
我理解的classic就是传统的那种蓝牙应用，BLE的应用主要是用于第一幅图。BLE目前一个数据包支持的最大字节数为20Byte，基本上都是几个字节的应用，ti例程。
 
三、在wiki网上找到一个相关的例子：Serial App 经过串口实现两台PC之间的数据传输，打算从这个例子入手，在转向USB的，初步看了一下这个Serial App，在该页上可以下载一个HCI Tester的脚本测试工具，并非直接经过两个串口实现数据传输，须要上层的profile和HCI Command。
 
 
四、Btool工具经过链接usb dongle看了一下软件的选项，尝试链接两个usb dongle，在wiki上看到有人说可以创建链接，实测没法搜索到设备。
 
五、初步计划先移植keyfob的程序到dongle上，实现两个设备之间创建链接，keyfob经过一个按钮触发30s的dicoverable状态，这时候启动dongle进行scan等一系列操做。
 
 
3、摸着石头过河
 
一、移植KeyFob例程到USB dongle上面，修改按键等宏，删除了加速度、蜂鸣器程序，该Sample与HostTestApp之间能够创建连接并通讯，参考wiki地址以下：
 
 
存在的问题：
     1）KeyFob例程使用按键启动30秒的advertising，此后由Btool经过USB dongle向KeyFob（另一个dongle模拟的）发送请求连接的命令。按键使用轮询的方式可以正常进入相应事件，使用IO中断的方式没法进入，检查了不少遍未找到缘由所在。
 
     2）创建连接以前USB dongle须要Scan设备，这是在KeyFob发送advertising以后，会存在没法查找到设备，猜想是因为使用了轮询按键的方式致使的。
 
二、 CC2540的接收发送缓存都为128Byte：
 
 
再去看了下以前wiki上看到的关于发送字节不超过20Byte的说法，是限制在10ms之内的。
 
三、Btool创建链接的状态：
 
[25]中代表GAP_EstablishLink Success,在Read/Write选项中经过操做关键字、描述符来实现通讯中数据的交互，参考1中网址。
 
eg：经过USB dongle读取KeyFob电池的电量等，实际读取错误，无效的数据（我想是否须要购买一个keyFob加快开发）
 
 
四、想要实现两台PC之间的通讯：
 
1）若是采用HostTestApp的方式，上位机须要与Btool相似，产生HCI Command读写数据也须要相关命令和操做序列。
 
2）采用单芯片方式（区别于网络处理器模式，HostTestApp模式），不直接和外界PC或者MCU交互。
 
最终如何选择，还须要花时间进一步学习 BLE-stack。
 
 
4、站的高一点点
 
一、基本上搞清楚一个应用程序由哪些部分组成，须要作哪些初始化，App函数的位置，以及各类事件的响应方式。
 
二、关于 CC2540 RF寄存器的问题：
 
1）User Guide上面未详细介绍寄存器的各个位，只有简单的寄存器说明，查阅E2E肯定TI未开放，因此没法编写RF部分的驱动。
 
2）TI建议的方式：Note, that OSAL and HAL source is avail, a free sniffer is avail, and RF studio can access RF directly.
 
3）打开RF Studio  CC2540界面，好好看看有哪些部分，对于测试等等有很大用处的。
 
 
原则上可以进行数据包的收发测试。
 
三、查阅相关TI Bluetooth的器件，简单对好比下：
 
 
 
5、开始搞起了
 
经过对TI_BLE_Vendor_Specific_HCI_Guide.pdf 和e2e上相关讨论的学习，总结以下;
 
一、能够经过HIC Command对 CC2540进行相关操做，整体描述见下图。
 
 
二、关于 CC2540 Production Test Mode参考网址：
 
 
三、建立 CC2540测试工程文件，主要是删除协议部分的和某些无关的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;
}
 
主要涉及的函数：
 
HCI_EXT_SetTxPowerCmd             设置发射功率
HCI_EXT_ModemTestTxCmd          开始连续的发送测试，须要指定信道和是否调制  
HCI_EXT_ModemHopTestTxCmd     开始连续的发送测试，发送37Byte 数据包（伪随机数），且信道从0-39递增
HCI_EXT_ModemTestRxCmd          开始接收测试，须要指定信道
HCI_EXT_EndModemTestCmd        中止Modem测试
 
 
6、简单分析
 
一、以Central、Peripheral之间通讯为例，学习BLE-stack设备之间的数据通讯：
 
1）Peripheral 经过GATT_Notification函数实现数据发送，这种状况下外围设备扮演Seriver（注1）。
2）Central 经过GATT_MSG_EVENT事件触发任读取 gattMsgEvent_t 结构体中的 msg对应的 Indication and Notification messages（参考程序中相关结构体）实现数据接收，这种状况下中央设备扮演Client（注2）。
 
 注1：
  static attHandleValueNoti_t *pReport= NULL;
 
  if ( GATT_Notification( 0, pRepor, FALSE )==SUCCESS)
  {
 
   //用户可在这里进行发送成功后的相关操做,pRepor为待发送的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);
     
    //用户可在这里操做&noti,经过串口发送或者USB发送出去等等
         
  }
 
 
二、创建链接的某些细节函数还未搞清楚，发送数据所可以被用户看到的最底层函数如1中描述。
 
 
三、进一步计划：
 
1）经过Central、Peripheral之间通讯为基本模板先实现设备之间创建链接，而后使用1中方式实现数据交换。
2）在1）的基础上加入串口通讯实现串口之间的通讯，并可以经过串口控制设备创建链接的过程等。
3）使用Dongle实现USB功能，主要是将HostTestApp中的CDC类USB程序提取出来，实现Dongle与PC间数据通讯，不涉及 BLE-stack协议栈相关只是一个USB程序。
4）因为CDC类的USB相对而言要简单一些，上位机编程可使用串口，在3）的基础上再去实现HID，具体关于这一部分USB驱动和上位机等尚未很清晰的思路。
 
四、须要作的事情：
 
1）使用购买的 CC2540验证连接创建数据交互的功能。
2）实现 CC2540的UART与PC通讯的功能。
3）使用Dongle实现CDC类USB与PC通讯的功能。
4）使用Dongle实现HID类USB与PC通讯的功能。
 
附件：
 
 
GATT_Notification、GATT_Indication函数的说明，不可以独立运行须要在创建链接的基础上。
 
 
7、换个硬件看看
 
一、使用购买的CC2540模块实验，修改了Debug接口，可以采用TI的CCDebug下载光盘自带的程序测试正常。
 
光盘例程使用 BLE-Stack 1.1修改，分别下载KebFob和HostAppTest。
 
二、下载BLE-Stack 1.21中例程KebFob和HostAppTest测试链接过程也正常。
 
图1：测试UUID读取关键字成功，KeyFob的电量（百分比） 
 
 
图2：测试Adv.Commands 读取RSSI值
 
 
三、使用BLE-Stack 1.1例程中的虚拟键盘，测试链接失败（光盘和协议栈原始例程都测试了），用HostAppTest测试搜索到的设备地址与待绑定的地址是匹配的。
 
待作的事情：
 
1）搞清楚3链接过程当中出现的问题。
2）花时间去熟悉API函数以及相关的结构体。
 
8、开始作硬件了
 
一、参考《CC2540EM_discrete_schematic.pdf 》绘制CC2540无线模块原理图。
 
1）引出P0（8pin）、P1（8pin）、P2（3pin）、电源（2pin）、USB（2pin）、RESET（1pin）共计24pin。
2）不知引脚排列是否合理，目前的排列有利于模块布线。
 
见附件: CC2540_BLE_RF.pdf
 
二、参考《CC2540_MiniDK_SCHEMATIC.pdf 》和购买套件的底板原理图绘制CC2540底板原理图。
 
1）添加低功耗加速度传感器CMA3000（用于计步等，可缺省不焊接）。
2）添加CP2102用于USB转串口，经过UART打印字符便于调试等。
3）可选USB供电、CCdebug供电、CR2032纽扣电池供电。
4）设计中多处采用0R电阻，便于二次修改。
 
见附件： CC2540 Board.pdf
 
三、阅读BLE的宣传资料，以为不适合在底板上添加传统的传感器，不知道是否须要添加传感器？
 
见附件：TI BLE @ CES.pdf 
 
 
9、闲置阶段，随便玩玩
 
一、原理图修改、检查：
1）添加PCB天线和外置天线。
2）添加OLED显示、电源指示灯、添加拨码开关。
 
二、OLED选择了一款内置升压电路的型号与以前的像素一致：
1）选取内置升压的OLED省去了升压电路的设计。
2）实际通过调研科选择 TPS61040做为升压芯片，知足需求（考虑到电感、续流二极管等物料很差采购的问题）。
 
三、肯定底板上物料在ERP中的型号，主要的器件目前都已经肯定、包括接插件。
 
四、调试CC2540的UART，调试OK可以打印信息：
1）发如今Advertising过程当中会出错（测试了多种发送状况，确认是Advertising时RF引发的）。
2）使用DMA、ISR都是一样的状况。
 
 
 
 
10、开始玩弄她吧
 
一、CC2540通讯创建过程调试：
1）找到UART在advertising过程当中发送数据乱码的问题，使能低功耗（PWRMGR_BATTERY）会伴随主时钟的切换，致使波特率不稳定照成的，关闭低功耗数据正常，有待进步一学习，暂时不作深刻研究。
2）在调通串口的基础上实现基本的通讯创建过程调试，主要是经过peripheral、central的例子，实现了PC经过串口向peripheral设备发送数据经过无线被central设备接收再经过串口传输至另外一台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 
 
以上参考：附件1、附件二。
 
二、Blood Pressure例程测试：
1）在新版本BLE-Stack1.21中未提供BP的Collector，只有一个BP Sensor，因此还须要花点时间创建Collector的工程。
2）在TI Wiki上找到了关于BLE-Stack1.1关于BP演示的说明，须要一个BleHealthDemo（C#开发）上位机的配合，Collector是工做在Network Process模式下。
 
测试效果参考：附件三。
 
三、开会提出的问题小结：
1）为何要有Proflie？
A：Profile由蓝牙SIG发布，描述了不一样设备使用蓝牙协议栈时的差别性和统一性。好比一个血压计，你们都按照这个BP Profile、BP Service来进行规范定义，那么一个BP收集器就可以收集不一样厂家生产的BP Sensor测量的血压值等。若是没有Profile关有协议那么你们都只能闭门造车，我生产的手机带蓝牙功能，那么你使用的蓝牙耳机就必须是我生产的，由于那些数据格式、设备描述等只有我知道，因此才有音频Profile（A2DP）以后你们按照这个规范去严格定义本身的设备就能够了。
 
2）BT流行版本的Profile比较：
我所理解的在BT2.0、BT2.一、BT3.0这些版本可以使用传统Profile，而4.0以后会多出一部分GATT-Basic规范Profile。
 
这里咱们须要理解的是：
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（这里和以往不一样，V4.0有两个核心， CC2540只有BLE）
 
对于血压计：
 
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（健康规范）包括 BP Profile（血压规范） + HT Profile（温度规范）+ ……
 
这些规范能够从官方网站查看：
 
以上参考：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、血压计分析
 
 
一、Blood Pressure示例程序占用资源（256K Flash + 8K RAM）：
 
二、Blood Pressure Profile规定的数据格式：
 
 
三、Profile 定义了数据格式、过程、服务的UUID等：
 
 
以上这些会在协议属性表中体现，而这个属性表会经过相关API将他做为参数传给协议栈。
 
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，第一章分享到这里结束了，只是简简单单的帮助初学者入门，权当玩玩，专业开发者请忽略。不排除本身理解和排版形成的问题，请自行判断，谢谢。
 
 
后续会上传代码和相关文档，并继续开贴说第二章
 
 
哈，但愿ti能给个包包硬盘啥的，鼓励一下。
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