RT-Thread平台 zephyr_polling软件包 Bluenrg2 蓝牙芯片启动流程

RTThread物联网操作系统 2023-09-27 905

描述

RTT zephyr_polling软件包 Bluenrg2 蓝牙芯片启动流程

“开源之夏”“蓝牙HOST协议栈zephyr_polling完善” 项目个人记录

菜鸡参与项目的个人记录

项目软件包地址：RTT_PACKAGE_zephyr_polling

前面已经完成了 SPI 接口的实现，要让 zephyr_polling 在 Bluenrg2 上运行起来，下一步是实现其特殊的芯片启动流程。

蓝牙芯片启动流程

在用标准的 HCI 指令控制设备进行蓝牙操作之前，需要提前通过 VS Command 对设备进行配置，只有正确配置好的设备才能正常使用。

芯片产商只出售芯片，并不关注外围电路和具体的产品形态，这些是具体的ODM厂商来实现的。也就是芯片产商提供带HCI蓝牙功能的芯片，ODM设计电路并设计产品，之后通过HCI和芯片进行交互。实际各家ODM产商的需求各不相同，芯片产商为了满足不同客户的需要，并且为了减少和客户的对接，就必然在同一套代码的基础上，需要提供一系列的配置参数来满足不同 ODM 厂商的需要。

配置可以包括：固件烧录(部分没有带 FLASH 的蓝牙芯片每次上电都需要重新烧录最新的固件)、蓝牙地址配置、硬件接口配置(如RF接口，晶振类型等，部分蓝牙芯片需要)、波特率配置(HCI 一般是UART接口，默认是115200)以及芯片需要的由厂商要求的其他参数配置。

此外，对于一些有Flash的芯片，完全可以将配置参数等预烧录到了 Flash 中，使用时完全不需要配置任何参数，直接通过HCI接口操作使用即可。

zephyr_polling 协议栈提供了 Boot 流程接口和 Prepare 流程接口，可以根据实际芯片的需求实现启动配置。

RT-Thread

Boot流程：

完成厂商的初始化流程，如固件下载，蓝牙地址配置等。在 chipset 注册好接口后，协议栈启动时会通过boot_start()回调启动 chipset(指协议栈 chipset 目录下的启动流程代码，下同) 的 Boot 流程，由于操作接口是 HCI，所以一般都是下发一个VS Command，然后根据 VS Event 来进行后续动作，协议栈会通过event_process()回调接口将收到的 event 上报给 chipset，当 chipset 认为操作结束时，通过调用bt_hci_set_boot_ready()接口通知协议栈boot流程结束。

Prepare流程：

部分厂商的参数要求在 HCI_Reset Command 之后进行(意思是它们的 HCI_Reset Command 会清空配置的参数)。为了兼容这类参数形态，HCI_Reset Command 之后还加入了 Prepare 流程。协议栈收到 HCI_Reset 的 Command Complete Event 后会通过prepare_start()回调启动 chipset 的 Prepare 流程，和 Boot 流程一样，协议栈会通过event_process()回调接口将收到的 event 上报给 chipset ，当chipset 认为操作结束时，通过调用bt_hci_set_prepare_ready()接口通知协议栈prepare流程结束。

BlueNRG-2 启动流程

查阅 ST 官方提供的手册和例程资料，可以了解到 BlueNRG-2 的启动配置需求。

对于 BlueNRG-2：

Boot 流程：无事务。

Prepare 流程：关闭Host功能；蓝牙地址配置；设置 TX power；GATT配置；GAP配置。

BlueNRG-2 启动流程实现

Boot 流程

BlueNRG-2 的 HCI_Reset Command 会清空配置的参数，所以实际的配置放在协议栈的 Prepare 流程中。Boot 流程的回调函数直接调用bt_hci_set_boot_ready()结束流程。

1void boot_start(void) { 2 state = STATE_POLLING_BOOTING; 3 // nothing to do 4 bt_hci_set_boot_ready(); //finish boot 5}

Prepare 流程 - 关闭 Host 功能

开发使用的蓝牙模块 X-NUCLEO-BNRG2A1 中的 BLE 本身是一个 SOC，里面集成了 host 的协议栈。厂商 ST 提供了一套 ACI 指令来控制芯片行为，包括 host 的接口。也就是说默认的情况下，这个芯片的 ACL 交互都被接管了，所以需要通过 ACI 命令，关闭 host 行为。需要通过aci_hal_write_config_data里的CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST关闭 host。

Prepare 流程第一步，关闭 host：

1void prepare_start(void) { 2 state = STATE_POLLING_PREPARING; 3 step = 1; 4 // step 1 close host 5 bluenrg2_config_without_host(); // It can be written only if aci_hal_write_config_data() is the first command after reset. 6}

关闭 host 的指令的 ogf 为0x3f，ocf 为0x00c，参数为2c11。其中，0x2C是关闭 Host 在 CONFIG_DATA 中的 offset。

1#define CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST (0x2C) /**< Switch on/off Link Layer only mode. Set to 1 to disable Host. */ 2#define CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST_LEN (1) 3static int bluenrg2_config_without_host() 4{ 5 uint8_t cmd_buffer[CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST_LEN + 2]; 6 struct net_buf *buf; 7 cmd_buffer[0] = CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST; //offset 8 cmd_buffer[1] = CONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST_LEN; //config len 9 cmd_buffer[2] = 1; //Set to 1 to disable Host 10 uint16_t ogf = 0x3f, ocf = 0x00c; 11 uint16_t opcode = (uint16_t)((ocf & 0x03ff)|(ogf << 10)); 12 buf = bt_hci_cmd_create(opcode, sizeof(cmd_buffer)); 13 if (!buf) 14 { 15 return -ENOBUFS; 16 } 17 net_buf_add_mem(buf, cmd_buffer, sizeof(cmd_buffer)); 18 return bt_hci_cmd_send(opcode, buf); 19}

Prepare 流程 - 蓝牙地址设置

需要通过aci_hal_write_config_data里的CONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET配置蓝牙地址。

配置蓝牙地址的指令的 ogf 为0x3f，ocf 为0x00c。配置蓝牙地址指令在 CONFIG_DATA 中的 offset 为 0x00，后面跟上地址长度和设置的蓝牙地址。

1#define BLE_MAC_ADDR 2 { 3 { 4 0xf5, 0x00, 0x00, 0xE1, 0x80, 0x02 5 } 6 } 7#define CONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET (0x00) /**< Bluetooth public address */ 8#define CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN (6) 9static int bluenrg2_config_set_public_addr() 10{ 11 uint8_t cmd_buffer[CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN + 2]; 12 struct net_buf *buf; 13 bt_addr_t addr = BLE_MAC_ADDR; 14 cmd_buffer[0] = CONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET; //offset 15 cmd_buffer[1] = CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN; //config len 16 memcpy(cmd_buffer + 2, addr.val, CONFIG_DATA_PUBADDR_LEN); // addr 17 uint16_t ogf = 0x3f, ocf = 0x00c; 18 uint16_t opcode = (uint16_t)((ocf & 0x03ff)|(ogf << 10)); 19 buf = bt_hci_cmd_create(opcode, sizeof(cmd_buffer)); 20 if (!buf) 21 { 22 return -ENOBUFS; 23 } 24 net_buf_add_mem(buf, cmd_buffer, sizeof(cmd_buffer)); 25 return bt_hci_cmd_send(opcode, buf); 26}

Prepare 流程 - 设置发射功率

配置发射功率的指令的 ogf 为0x3f，ocf 为0x00f。命令参数为是否启用高功率模式(0x00启用普通功率，0x01启用高功率)和功率放大器输出电平(允许的PA电平取决于设备)。

PA_Level 值对应功率

0: -14 dBm (High Power)

1: -11 dBm (High Power)

2: -8 dBm (High Power)

3: -5 dBm (High Power)

4: -2 dBm (High Power)

5: 2 dBm (High Power)

6: 4 dBm (High Power)

7: 8 dBm (High Power)

1static int bluenrg2_set_tx_power_level(uint8_t En_High_Power, uint8_t PA_Level) 2{ 3 uint8_t cmd_buffer[2]; 4 struct net_buf *buf; 5 cmd_buffer[0] = En_High_Power; //En_High_Power 6 cmd_buffer[1] = PA_Level; //config PA_Level 7 uint16_t ogf = 0x3f, ocf = 0x00f; 8 uint16_t opcode = (uint16_t)((ocf & 0x03ff)|(ogf << 10)); 9 buf = bt_hci_cmd_create(opcode, sizeof(cmd_buffer)); 10 if (!buf) 11 { 12 return -ENOBUFS; 13 } 14 net_buf_add_mem(buf, cmd_buffer, sizeof(cmd_buffer)); 15 return bt_hci_cmd_send(opcode, buf); 16} Prepare 流程 - GATT 配置

GATT 初始化的指令的 ogf 为0x3f，ocf 为0x101，没有其它参数。

1static int bluenrg2_gatt_init(void) 2{ 3 uint16_t ogf = 0x3f, ocf = 0x101; 4 uint16_t opcode = (uint16_t)((ocf & 0x03ff)|(ogf << 10)); 5 return bt_hci_cmd_send(opcode, NULL); 6}

Prepare 流程 - GAP 配置

初始化 GAP 层。注册GAP服务，并设置标准 GAP 服务特性：设备名称、Appearance、外围设备首选连接参数(仅限外围设备)。

GAP 配置的指令的 ogf 为0x3f，ocf 为0x08a。配置为外围设备，如果需要用做其他角色，需要修改此处；不启用隐私策略(为保护地址不被窃取，进行地址加密/解密，并周期更新)；设置设备名字长度。

privacy:

0x00: Privacy disabled

0x01: Privacy host enabled

0x02: Privacy controller enabled

1#define GAP_PERIPHERAL_ROLE (0x01) 2#define GAP_BROADCASTER_ROLE (0x02) 3#define GAP_CENTRAL_ROLE (0x04) 4#define GAP_OBSERVER_ROLE (0x08) 5#define privacy_enabled (0x00) 6#define device_name_char_len (0x08) 7static int bluenrg2_gap_init() 8{ 9 uint8_t cmd_buffer[3]; 10 struct net_buf *buf; 11 cmd_buffer[0] = GAP_PERIPHERAL_ROLE; //role 12 cmd_buffer[1] = privacy_enabled; //privacy 13 cmd_buffer[2] = device_name_char_len; //device_name_char_len 14 uint16_t ogf = 0x3f, ocf = 0x08a; 15 uint16_t opcode = (uint16_t)((ocf & 0x03ff)|(ogf << 10)); 16 buf = bt_hci_cmd_create(opcode, sizeof(cmd_buffer)); 17 if (!buf) 18 { 19 return -ENOBUFS; 20 } 21 net_buf_add_mem(buf, cmd_buffer, sizeof(cmd_buffer)); 22 return bt_hci_cmd_send(opcode, buf); 23}

启动事件处理

对于启动流程的返回响应，需要由event_process()回调进行判断和推进。这里为了方便，只对CMD_COMPLETE事件进行判断处理，推进 Prepare 流程进行。

GAP 设置完成后调用bt_hci_set_prepare_ready()结束流程。

1void event_process(uint8_t event, struct net_buf *buf) 2{ 3 if(state == STATE_POLLING_PREPARING) // boot do nothing 4 { 5 if (event == BT_HCI_EVT_CMD_COMPLETE) //only complete 6 { 7 printk("prepare_event_process, step: %d ", step); 8 switch (step) 9 { 10 case 1: //close host just now 11 bluenrg2_config_set_public_addr(); //step2 set_public_addr 12 step = 2; 13 break; 14 case 2: 15 bluenrg2_set_tx_power_level(1, 4); //step3 set_public_addr 16 step = 3; 17 break; 18 case 3: 19 bluenrg2_gatt_init(); //step4 gatt_ini 20 step = 4; 21 break; 22 case 4: 23 bluenrg2_gap_init(); //step5 gap_ini 24 step = 5; 25 break; 26 case 5: 27 bt_hci_set_prepare_ready(); //finish prepare 28 step = 0; 29 break; 30 } 31 } 32 } 33}

启动流程注册

将上述实现的启动流程的函数指针打包到bt_hci_chipset_driver结构体中，供协议栈调用注册。

1static const struct bt_hci_chipset_driver chipset_drv = { 2 init_work, boot_start, prepare_start, event_process, 3}; 4// public drv API 5const struct bt_hci_chipset_driver *bt_hci_chipset_impl_local_instance(void) 6{ 7 return &chipset_drv; 8}

验证

完成 HCI 接口的时候虽然成功运行了 Beacon 例程，但 Beacon 例程是不需要进行 chipset 启动配置流程的（运行时启用的是common空白回调）。运行外设的心率例程验证 Bluenrg2 蓝牙芯片启动流程。

1 | / 2- RT - Thread Operating System 3 / | 5.0.1 build Sep 20 2023 22:16:27 4 2006 - 2022 Copyright by RT-Thread team 5do components initialization. 6initialize rti_board_end:0 done 7initialize stm32l4_hw_lptim_init:0 done 8initialize finsh_system_init:0 done 9msh >zephyr 10zephyr_polling_init 11bt_init_hci_driver 12SPI_init_process device_name: spi10, spi_name: spi1, rate: 1000000, databits: 8, LSB_MSB: 1, Master_Slave: 0, CPOL: 0, CPHA: 1 13SPI_init_process cs_pin_num: 1, irq_pin_num: 0 14hci_driver_open, SPI_config_finish 15I: (bt_hci_core)hci_init():3230: work start. 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: work end. 22E: (bt_smp)smp_self_test():5695: smp_self_test start 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: version 5.2 (0x0b) revision 0x1222, manufacturer 0x0030 25I: (bt_hci_core)bt_dev_show_info():3044: LMP: version 5.2 (0x0b) subver 0x0015 26Bluetooth initialized 27Advertising successfully started 28Connected 29BAS Notifications enabled 30HRS notifications enabled

prepare_event_process 步骤的日志输出正常，设备连接、电池服务、心率服务正常。

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原文标题：RT-Thread平台 zephyr_polling软件包 Bluenrg2 蓝牙芯片启动流程

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