RTT zephyr_polling軟件包 Bluenrg2 藍牙芯片啟動流程

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“開源之夏”“藍牙HOST協議棧zephyr_polling完善” 項目個人記錄

菜雞參與項目的個人記錄

項目軟件包地址：RTT_PACKAGE_zephyr_polling

前面已經完成了 SPI 接口的實現，要讓 zephyr_polling 在 Bluenrg2 上運行起來，下一步是實現其特殊的芯片啟動流程。

藍牙芯片啟動流程

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在用標準的 HCI 指令控制設備進行藍牙操作之前，需要提前通過 VS Command 對設備進行配置，只有正確配置好的設備才能正常使用。

芯片產商只出售芯片，并不關注外圍電路和具體的產品形態，這些是具體的ODM廠商來實現的。也就是芯片產商提供帶HCI藍牙功能的芯片，ODM設計電路并設計產品，之后通過HCI和芯片進行交互。實際各家ODM產商的需求各不相同，芯片產商為了滿足不同客戶的需要，并且為了減少和客戶的對接，就必然在同一套代碼的基礎上，需要提供一系列的配置參數來滿足不同 ODM 廠商的需要。

配置可以包括：固件燒錄(部分沒有帶 FLASH 的藍牙芯片每次上電都需要重新燒錄最新的固件)、藍牙地址配置、硬件接口配置(如RF接口，晶振類型等，部分藍牙芯片需要)、波特率配置(HCI 一般是UART接口，默認是115200)以及芯片需要的由廠商要求的其他參數配置。

此外，對于一些有Flash的芯片，完全可以將配置參數等預燒錄到了 Flash 中，使用時完全不需要配置任何參數，直接通過HCI接口操作使用即可。

zephyr_polling 協議棧提供了 Boot 流程接口和 Prepare 流程接口，可以根據實際芯片的需求實現啟動配置。

Boot流程：

完成廠商的初始化流程，如固件下載，藍牙地址配置等。在 chipset 注冊好接口后，協議棧啟動時會通過boot_start()回調啟動 chipset(指協議棧 chipset 目錄下的啟動流程代碼，下同) 的 Boot 流程，由于操作接口是 HCI，所以一般都是下發一個VS Command，然后根據 VS Event 來進行后續動作，協議棧會通過event_process()回調接口將收到的 event 上報給 chipset，當 chipset 認為操作結束時，通過調用bt_hci_set_boot_ready()接口通知協議棧boot流程結束。

Prepare流程：

部分廠商的參數要求在 HCI_Reset Command 之后進行(意思是它們的 HCI_Reset Command 會清空配置的參數)。為了兼容這類參數形態，HCI_Reset Command 之后還加入了 Prepare 流程。協議棧收到 HCI_Reset 的 Command Complete Event 后會通過prepare_start()回調啟動 chipset 的 Prepare 流程，和 Boot 流程一樣，協議棧會通過event_process()回調接口將收到的 event 上報給 chipset ，當chipset 認為操作結束時，通過調用bt_hci_set_prepare_ready()接口通知協議棧prepare流程結束。

BlueNRG-2 啟動流程

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查閱 ST 官方提供的手冊和例程資料，可以了解到 BlueNRG-2 的啟動配置需求。

對于 BlueNRG-2：

Boot 流程：無事務。

Prepare 流程：關閉Host功能；藍牙地址配置；設置 TX power；GATT配置；GAP配置。

BlueNRG-2 啟動流程實現

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Boot 流程

BlueNRG-2 的 HCI_Reset Command 會清空配置的參數，所以實際的配置放在協議棧的 Prepare 流程中。Boot 流程的回調函數直接調用bt_hci_set_boot_ready()結束流程。

1voidboot_start(void){ 2state=STATE_POLLING_BOOTING; 3//nothingtodo 4bt_hci_set_boot_ready();//finishboot 5}

Prepare 流程 - 關閉 Host 功能

開發使用的藍牙模塊 X-NUCLEO-BNRG2A1 中的 BLE 本身是一個 SOC，里面集成了 host 的協議棧。廠商 ST 提供了一套 ACI 指令來控制芯片行為，包括 host 的接口。也就是說默認的情況下，這個芯片的 ACL 交互都被接管了，所以需要通過 ACI 命令，關閉 host 行為。需要通過aci_hal_write_config_data里的CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST關閉 host。

Prepare 流程第一步，關閉 host：

1voidprepare_start(void){ 2state=STATE_POLLING_PREPARING; 3step=1; 4//step1closehost 5bluenrg2_config_without_host();//Itcanbewrittenonlyifaci_hal_write_config_data()isthefirstcommandafterreset. 6}

關閉 host 的指令的 ogf 為0x3f，ocf 為0x00c，參數為2c11。其中，0x2C是關閉 Host 在 CONFIG_DATA 中的 offset。

1#defineCONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST(0x2C)/** 2#defineCONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST_LEN(1) 3staticintbluenrg2_config_without_host() 4{ 5uint8_tcmd_buffer[CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST_LEN+2]; 6structnet_buf*buf; 7cmd_buffer[0]=CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST;//offset 8cmd_buffer[1]=CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST_LEN;//configlen 9cmd_buffer[2]=1;//Setto1todisableHost 10uint16_togf=0x3f,ocf=0x00c; 11uint16_topcode=(uint16_t)((ocf&0x03ff)|(ogf<10)); 12buf=bt_hci_cmd_create(opcode,sizeof(cmd_buffer)); 13if(!buf) 14{ 15return-ENOBUFS; 16} 17net_buf_add_mem(buf,cmd_buffer,sizeof(cmd_buffer)); 18returnbt_hci_cmd_send(opcode,buf); 19}

Prepare 流程 - 藍牙地址設置

需要通過aci_hal_write_config_data里的CONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET配置藍牙地址。

配置藍牙地址的指令的 ogf 為0x3f，ocf 為0x00c。配置藍牙地址指令在 CONFIG_DATA 中的 offset 為 0x00，后面跟上地址長度和設置的藍牙地址。

1#defineBLE_MAC_ADDR 2{ 3{ 40xf5,0x00,0x00,0xE1,0x80,0x02 5} 6} 7#defineCONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET(0x00)/** 8#defineCONFIG_DATA_PUBADDR_LEN(6) 9staticintbluenrg2_config_set_public_addr() 10{ 11uint8_tcmd_buffer[CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN+2]; 12structnet_buf*buf; 13bt_addr_taddr=BLE_MAC_ADDR; 14cmd_buffer[0]=CONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET;//offset 15cmd_buffer[1]=CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN;//configlen 16memcpy(cmd_buffer+2,addr.val,CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN);//addr 17uint16_togf=0x3f,ocf=0x00c; 18uint16_topcode=(uint16_t)((ocf&0x03ff)|(ogf<10)); 19buf=bt_hci_cmd_create(opcode,sizeof(cmd_buffer)); 20if(!buf) 21{ 22return-ENOBUFS; 23} 24net_buf_add_mem(buf,cmd_buffer,sizeof(cmd_buffer)); 25returnbt_hci_cmd_send(opcode,buf); 26}

Prepare 流程 - 設置發射功率

配置發射功率的指令的 ogf 為0x3f，ocf 為0x00f。命令參數為是否啟用高功率模式(0x00啟用普通功率，0x01啟用高功率)和功率放大器輸出電平(允許的PA電平取決于設備)。

PA_Level值對應功率

0:-14dBm(HighPower)

1:-11dBm(HighPower)

2:-8dBm(HighPower)

3:-5dBm(HighPower)

4:-2dBm(HighPower)

5:2dBm(HighPower)

6:4dBm(HighPower)

7:8dBm(HighPower)

1staticintbluenrg2_set_tx_power_level(uint8_tEn_High_Power,uint8_tPA_Level) 2{ 3uint8_tcmd_buffer[2]; 4structnet_buf*buf; 5cmd_buffer[0]=En_High_Power;//En_High_Power 6cmd_buffer[1]=PA_Level;//configPA_Level 7uint16_togf=0x3f,ocf=0x00f; 8uint16_topcode=(uint16_t)((ocf&0x03ff)|(ogf<10)); 9buf=bt_hci_cmd_create(opcode,sizeof(cmd_buffer)); 10if(!buf) 11{ 12return-ENOBUFS; 13} 14net_buf_add_mem(buf,cmd_buffer,sizeof(cmd_buffer)); 15returnbt_hci_cmd_send(opcode,buf); 16} Prepare 流程 - GATT 配置

GATT 初始化的指令的 ogf 為0x3f，ocf 為0x101，沒有其它參數。

1staticintbluenrg2_gatt_init(void) 2{ 3uint16_togf=0x3f,ocf=0x101; 4uint16_topcode=(uint16_t)((ocf&0x03ff)|(ogf<10)); 5returnbt_hci_cmd_send(opcode,NULL); 6}

Prepare 流程 - GAP 配置

初始化 GAP 層。注冊GAP服務，并設置標準 GAP 服務特性：設備名稱、Appearance、外圍設備首選連接參數(僅限外圍設備)。

GAP 配置的指令的 ogf 為0x3f，ocf 為0x08a。配置為外圍設備，如果需要用做其他角色，需要修改此處；不啟用隱私策略(為保護地址不被竊取，進行地址加密/解密，并周期更新)；設置設備名字長度。

privacy:

0x00:Privacydisabled

0x01:Privacyhostenabled

0x02:Privacycontrollerenabled

1#defineGAP_PERIPHERAL_ROLE(0x01) 2#defineGAP_BROADCASTER_ROLE(0x02) 3#defineGAP_CENTRAL_ROLE(0x04) 4#defineGAP_OBSERVER_ROLE(0x08) 5#defineprivacy_enabled(0x00) 6#definedevice_name_char_len(0x08) 7staticintbluenrg2_gap_init() 8{ 9uint8_tcmd_buffer[3]; 10structnet_buf*buf; 11cmd_buffer[0]=GAP_PERIPHERAL_ROLE;//role 12cmd_buffer[1]=privacy_enabled;//privacy 13cmd_buffer[2]=device_name_char_len;//device_name_char_len 14uint16_togf=0x3f,ocf=0x08a; 15uint16_topcode=(uint16_t)((ocf&0x03ff)|(ogf<10)); 16buf=bt_hci_cmd_create(opcode,sizeof(cmd_buffer)); 17if(!buf) 18{ 19return-ENOBUFS; 20} 21net_buf_add_mem(buf,cmd_buffer,sizeof(cmd_buffer)); 22returnbt_hci_cmd_send(opcode,buf); 23}

啟動事件處理

對于啟動流程的返回響應，需要由event_process()回調進行判斷和推進。這里為了方便，只對CMD_COMPLETE事件進行判斷處理，推進 Prepare 流程進行。

GAP 設置完成后調用bt_hci_set_prepare_ready()結束流程。

1voidevent_process(uint8_tevent,structnet_buf*buf) 2{ 3if(state==STATE_POLLING_PREPARING)//bootdonothing 4{ 5if(event==BT_HCI_EVT_CMD_COMPLETE)//onlycomplete 6{ 7printk("prepare_event_process,step:%d ",step); 8switch(step) 9{ 10case1://closehostjustnow 11bluenrg2_config_set_public_addr();//step2set_public_addr 12step=2; 13break; 14case2: 15bluenrg2_set_tx_power_level(1,4);//step3set_public_addr 16step=3; 17break; 18case3: 19bluenrg2_gatt_init();//step4gatt_ini 20step=4; 21break; 22case4: 23bluenrg2_gap_init();//step5gap_ini 24step=5; 25break; 26case5: 27bt_hci_set_prepare_ready();//finishprepare 28step=0; 29break; 30} 31} 32} 33}

啟動流程注冊

將上述實現的啟動流程的函數指針打包到bt_hci_chipset_driver結構體中，供協議棧調用注冊。

1staticconststructbt_hci_chipset_driverchipset_drv={ 2init_work,boot_start,prepare_start,event_process, 3}; 4//publicdrvAPI 5conststructbt_hci_chipset_driver*bt_hci_chipset_impl_local_instance(void) 6{ 7return&chipset_drv; 8}

驗證

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完成 HCI 接口的時候雖然成功運行了 Beacon 例程，但 Beacon 例程是不需要進行 chipset 啟動配置流程的（運行時啟用的是common空白回調）。運行外設的心率例程驗證 Bluenrg2 藍牙芯片啟動流程。

1|/ 2-RT-ThreadOperatingSystem 3/|5.0.1buildSep20202322:16:27 42006-2022CopyrightbyRT-Threadteam 5docomponentsinitialization. 6initializerti_board_end:0done 7initializestm32l4_hw_lptim_init:0done 8initializefinsh_system_init:0done 9msh>zephyr 10zephyr_polling_init 11bt_init_hci_driver 12SPI_init_processdevice_name:spi10,spi_name:spi1,rate:1000000,databits:8,LSB_MSB:1,Master_Slave:0,CPOL:0,CPHA:1 13SPI_init_processcs_pin_num:1,irq_pin_num:0 14hci_driver_open,SPI_config_finish 15I:(bt_hci_core)hci_init():3230:workstart. 16msh>prepare_event_process,step:1 17prepare_event_process,step:2 18prepare_event_process,step:3 19prepare_event_process,step:4 20prepare_event_process,step:5 21I:(bt_hci_core)hci_init_end():3205:workend. 22E:(bt_smp)smp_self_test():5695:smp_self_teststart 23I:(bt_hci_core)bt_dev_show_info():3008:Identity:02:8000:00:f5(public) 24I:(bt_hci_core)bt_dev_show_info():3042:HCI:version5.2(0x0b)revision0x1222,manufacturer0x0030 25I:(bt_hci_core)bt_dev_show_info():3044:LMP:version5.2(0x0b)subver0x0015 26Bluetoothinitialized 27Advertisingsuccessfullystarted 28Connected 29BASNotificationsenabled 30HRSnotificationsenabled

prepare_event_process 步驟的日志輸出正常，設備連接、電池服務、心率服務正常。

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