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

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

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“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

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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。

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

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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

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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。

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

1voidprepare_start(void){ 2state=STATE_POLLING_PREPARING; 3step=1; 4//step1closehost 5bluenrg2_config_without_host();//Itcanbewrittenonlyifaci_hal_write_config_data()isthefirstcommandafterreset. 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#defineCONFIG_DATA_LL_WITHOUT_HOST(0x2C)/**< Switch on/off Link Layer only mode. Set to 1 to disable Host. */ 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 - 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#defineBLE_MAC_ADDR 2{ 3{ 40xf5,0x00,0x00,0xE1,0x80,0x02 5} 6} 7#defineCONFIG_DATA_PUBADDR_OFFSET(0x00)/**< Bluetooth public address */ 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 - 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:-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 为0x3f，ocf 为0x101，没有其它参数。

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 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: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}

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。

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}

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。

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}

验证

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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-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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