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蓝牙 BLE CC2540/1 初学者入门指导

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发表于 2015-4-6 10:40:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 zhjrdz 于 2015-4-6 14:08 编辑

  • 一、初识BLE
    通过这两天对《CC2540 BLE Software Developer Guider V1.2.pdf 》的学习对CC2540以及蓝牙4.0有了一个整体上的认识:

    1、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,不能够与4.0以前的版本通信。

    2、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)。

    3、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)。

    4、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、链路建立、链路终止、启动安全功能、设备配置(主要是连接参数的配置)。

    5、GATT主要完成服务器和客户端之间通信的相关子过程。

    6、BLE支持40个通道的跳频机制,其中3个通道用于advertise,剩下的用于数据通信;而BR的通道数在80,相比而言BLE的机制更加节电。两者的跳频偏移分别为2MHz、1MHz。

    7、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。

    8、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能够在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。

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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:41:12 | 显示全部楼层
  • 二、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)。


    1、BLE-Stack中有每一种角色的Sample程序,且正对不同的示例程序对应的lib也不相同,eg:CC2540_ble_single_chip_peri.lib 、CC2540_ble_network_processor_all.lib 等。

    2、对于应用程序的profile需要按照规范自己编写,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,我的理解是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。

    3、在wiki网上找到一个相关的例子:Serial App 通过串口实现两台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,在该页上能够下载一个HCI Tester的脚本测试工具,并不是直接通过两个串口实现数据传输,需要上层的profile和HCI Command。

    附上地址:http://processors.wiki.ti.com/index.php/LPRF_BLE_SerialApp

    4、Btool工具通过连接usb dongle看了一下软件的选项,尝试连接两个usb dongle,在wiki上看到有人说能够建立连接,实测无法搜索到设备。

    5、初步计划先移植keyfob的程序到dongle上,实现两个设备之间建立连接,keyfob通过一个按钮触发30s的dicoverable状态,这时候启动dongle进行scan等一系列操作。





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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:45:03 | 显示全部楼层
  • 三、摸着石头过河

    1、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之间可以建立链接并通信,参考wiki地址如下:

    http://processors.wiki.ti.com/index.php/Category:KeyFobDemo

    存在的问题:
         1)KeyFob例程使用按键启动30秒的advertising,此后由Btool通过USB dongle向KeyFob(另外一个dongle模拟的)发送请求链接的命令。按键使用轮询的方式能够正常进入相应事件,使用IO中断的方式无法进入,检查了很多遍未找到原因所在。

         2)建立链接之前USB dongle需要Scan设备,这是在KeyFob发送advertising之后,会存在无法查找到设备,猜测是由于使用了轮询按键的方式导致的。

    2、CC2540的接收发送缓存都为128Byte:



    再去看了下之前wiki上看到的关于发送字节不超过20Byte的说法,是限制在10ms以内的。

    3、Btool建立连接的状态:

    [25]中表明GAP_EstablishLink Success,在Read/Write选项中通过操作关键字、描述符来实现通信中数据的交互,参考1中网址。

    eg:通过USB dongle读取KeyFob电池的电量等,实际读取错误,无效的数据(我想是否需要购买一个keyFob加快开发)



    4、想要实现两台PC之间的通信:

    1)如果采用HostTestApp的方式,上位机需要与Btool类似,产生HCI Command读写数据也需要相关命令和操作序列。

    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,还需要花时间进一步学习BLE-stack。






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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:46:48 | 显示全部楼层
  • 四、站的高一点点

    1、基本上搞清楚一个应用程序由哪些部分组成,需要做哪些初始化,App函数的位置,以及各种事件的响应方式。

    2、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确定TI未开放,所以无法编写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。



    原则上能够进行数据包的收发测试。

    3、查阅相关TI Bluetooth的器件,简单对比如下:









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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:48:41 | 显示全部楼层
  • 五、开始搞起了

    通过对TI_BLE_Vendor_Specific_HCI_Guide.pdf 和e2e上相关讨论的学习,总结如下;

    1、可以通过HIC Command对CC2540进行相关操作,总体描述见下图。



    2、关于CC2540 Production Test Mode参考网址:

    http://processors.wiki.ti.com/index.php/PTM

    3、创建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,需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,需要指定信道
    HCI_EXT_EndModemTestCmd        停止Modem测试





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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:49:53 | 显示全部楼层
  • 六、简单分析

    1、以Central、Peripheral之间通信为例,学习BLE-stack设备之间的数据通信:

    1)Peripheral 通过GATT_Notification函数实现数据发送,这种情况下外围设备扮演Seriver(注1)。
    2)Central 通过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,这种情况下中央设备扮演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作,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);
         
        //用户可在这里操作&noti,通过串口发送或者USB发送出去等等
             
      }


    2、建立连接的某些细节函数还未搞清楚,发送数据所能够被用户看到的最底层函数如1中描述


    3、进一步计划:

    1)通过Central、Peripheral之间通信为基本模板先实现设备之间建立连接,然后使用1中方式实现数据交换。
    2)在1)的基础上加入串口通信实现串口之间的通信,并能够通过串口控制设备建立连接的过程等。
    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间数据通信,不涉及BLE-stack协议栈相关只是一个USB程序。
    4)由于CDC类的USB相对而言要简单一些,上位机编程可以使用串口,在3)的基础上再去实现HID,具体关于这一部分USB驱动和上位机等还没有很清晰的思路。

    4、需要做的事情:

    1)使用购买的CC2540验证链接建立数据交互的功能。
    2)实现CC2540的UART与PC通信的功能。
    3)使用Dongle实现CDC类USB与PC通信的功能。
    4)使用Dongle实现HID类USB与PC通信的功能。

    附件:



    GATT_Notification、GATT_Indication函数的说明,不能够独立运行需要在建立连接的基础上。








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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:51:31 | 显示全部楼层
  • 七、换个硬件看看

    1、使用购买的CC2540模块实验,修改了Debug接口,能够采用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。

    2、下载BLE-Stack 1.21中例程KebFob和HostAppTest测试连接过程也正常。

    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



    3、使用BLE-Stack 1.1例程中的虚拟键盘,测试连接失败(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。

    待做的事情:

    1)搞清楚3连接过程中出现的问题。
    2)花时间去熟悉API函数以及相关的结构体。






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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:53:22 | 显示全部楼层
  • 八、开始做硬件了

    1、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

    2、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,通过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

    3、阅读BLE的宣传资料,觉得不适合在底板上添加传统的传感器,不知道是否需要添加传感器?





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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:55:38 | 显示全部楼层
  • 九、闲置阶段,随便玩玩

    1、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。
      
    2、OLED选择了一款内置升压电路的型号与之前的像素一致:
    1)选取内置升压的OLED省去了升压电路的设计。
    2)实际经过调研科选择TPS61040作为升压芯片,满足需求(考虑到电感、续流二极管等物料不好采购的问题)。
      
    3、确定底板上物料在ERP中的型号,主要的器件目前都已经确定、包括接插件。
      
    4、调试CC2540的UART,调试OK能够打印信息:
    1)发现在Advertising过程中会出错(测试了多种发送情况,确认是Advertising时RF引起的)。
    2)使用DMA、ISR都是同样的情况。
      








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 楼主| 发表于 2015-4-6 10:58:03 | 显示全部楼层
  • 十、开始玩弄她吧

    1、CC2540通信建立过程调试:
    1)找到UART在advertising过程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,导致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,暂时不做深入研究。
    2)在调通串口的基础上实现基本的通信建立过程调试,主要是通过peripheral、central的例子,实现了PC通过串口向peripheral设备发送数据通过无线被central设备接收再通过串口传输至另一台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:附件一、附件二。
      
    2、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,所以还需要花点时间建立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,需要一个BleHealthDemo(C#开发)上位机的配合,Collector是工作在Network Process模式下。
      
    测试效果参考:附件三。
      
    3、开会提出的问题小结:
    1)为什么要有Proflie?
    A:Profile由蓝牙SIG发布,描述了不同设备使用蓝牙协议栈时的差异性和统一性。比如一个血压计,大家都按照这个BP Profile、BP Service来进行规范定义,那么一个BP收集器就能够收集不同厂家生产的BP Sensor测量的血压值等。如果没有Profile关有协议那么大家都只能闭门造车,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,因为那些数据格式、设备描述等只有我知道,所以才有音频Profile(A2DP)之后大家按照这个规范去严格定义自己的设备就可以了。
      
    2)BT流行版本的Profile比较:
    我所理解的在BT2.0、BT2.1、BT3.0这些版本能够使用传统Profile,而4.0之后会多出一部分GATT-Basic规范Profile。
      
    这里我们需要理解的是:
    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(这里和以往不同,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 之前版本使用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)+ ……

    这些规范可以从官方网站查看:
    https://www.bluetooth.org/Technical/Specifications/adopted.htm

    以上参考:附件四、附件五。


      
    3、附件:
      
    附件一

      
    附件二

      
    附件三

      
    附件四

      
    附件五








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