假日嵌入式藍芽開發工程師：nRF51822 (5)

9月 26, 2016

Introduction of SoftDevice

這一篇我要介紹Nordic SDK的用法，我第一次讀完寫的筆記。自己也都不大會，只好寫下來給社會大眾笑了。

通信系統一般會包括 {Antenna, LNA, RF filter-chain, Digital-front-end, Baseband, BLE protocol}。Baseband/ protocol包括硬體加速器和軟體，這邊的軟體就是SoftDevice，Nordic提供編譯好的binary，燒進指定區域就有BLE protocol可以用。Nordic提供一系列的SoftDevice，我只用過S110，其他的都是照著網頁的寫（心虛）

S110：BLE Peripheral
S120：BLE Peripheral or Central
S130：BLE Central, Observer, Broadcaster
S210：ANT+
S310：BLE & ANT+ concurrent

Nordic的SoftDevice燒進去後，memory map如下圖，S110占Flash(96KB)，RAM(8KB)，這個數量級證明BLE protocol沒辦法自幹。Nordic SDK讓BLE protocol和User code跑在同個space裡，使用MPU(Memory Protection Unit)保護記憶體不互踩，只是debug要花點心思。另外SoftDevice會佔某些MCU的硬體，用戶要知道哪些硬體還可以用。這種做法最優的地方是BLE protocol能無痛升級，怎麼設計SoftDevice也很有趣。用戶的code用SVC(Supervisor Call)呼叫SoftDevice，這部分等有空再寫一下。我在用的S110 SoftDevice這裡有文件可以閱讀。

Basic Program Structure of LBS Example

底下介紹上一篇的程式，Nordic sample code結構都差不多，先把周邊設備都初始化，然後初始化BLE stack，最後進入一個low power的main-loop等待事件。Nordic整份SDK都用了event-driven思維，這部分也很值得學習。

看懂這個範例，免不了要到跨檔案到處讀，我也沒打算寫清楚所有細節（做不到啊...）。底下就盡量用註解的方法，大概描述一下。首先是Device driver initialization的部分：

timers_init()
- SoftDevice本體會拿RTC0去用，這裡在配置RTC1。SoftDevice有部分是用source code形式，而且他們假設RTC1也有得用。
- 簡而言之，要用SoftDevice其實RTC0/RTC1就都老實的配置下去，這樣程式才跑得起來，參考資料。
leds_init()
- 這個function容易一點，配置幾根LED pins而已。
button_init()
- Nordic的範例程式包括debounce和完整的IRQ handling，有興趣可以追整包code。這個function設定button按下時，對應的event handler。
- Event handler code比較麻煩一點，因為這個範例按下按鈕後，會呼叫BLE framework，通知手機說現在按鈕是按下或放開。
- Nordic把和BLE相關實作放一個獨立的檔案，這個檔案後面還會不斷出現，用力讀吧！
  - components/ble/ble_services/ble_lbs/ble_lbs.c

整份程式和底下資料結構強相關，Softdevice回傳的handler都存在裡面。像fopen()回傳FILE*，這個指標要再塞給fwrite()/ fread()。資料結構還包括一個service_handle，和好幾個char_handle。這些Handle的data-type看起來很恐怖，其實只是uint16。使用Debugger連進去看，正好和BLE scanner看到的數值一致。

然後來介紹BLE相關的程式。

ble_stack_init()
- SOFTDEVICE_HANDLER_INIT(NRF_CLOCK_LFCLKSRC_XTAL_20_PPM, false);
  - 設定BLE device使用那種crystal
- ble_enable_params_t ble_enable_params = {0};
  err_code = sd_ble_enable(&ble_enable_params);
  - 啟動BLE service
- ble_gap_addr_t addr;
  sd_ble_gap_address_get(&addr);
  sd_ble_gap_address_set(BLE_GAP_ADDR_CYCLE_MODE_NONE, &addr);
- softdevice_ble_evt_handler_set(ble_evt_dispatch);
  - 前面提到SoftDevice是Event-Driven的程式寫法，所以告訴SoftDevice是哪個function負責處理events也是合情合理的。
  - 這包程式和前面提到的ble_lbs.c牽連極深，想看懂BLE做什麼，讀吧！
gap_params_init()
- 這裡面設定security mode，device-name，以及連線參數。
- 連線參數會大幅影響電池壽命，超級重要；security mode也很重樣；這裡可以故意把device name改掉，看nRF會不會有反應。
services_init()
- 首先告訴BLE protocol我們現在UUID多少，這裡我承認講不清楚（自己也沒多懂）。欲知詳情，查一下BLE protocol裡的UUID規劃，網路上滿容易找的。
- 然後會呼叫BLE protocol，新增一個service，把回傳的handler填進上述的資料結構。
- 最後是把所有characteristics依序加入上一步的service裡。Nordic有個專門的寫法，裡面還有一堆參數可以填，用力的查文件吧。
  - LED characteristic很簡單，就是手機叫他亮就亮，暗就暗。
  - Button characteristic就複雜得多，裡面還有一個CCC要設定。
- 我覺得這個function是使用Nordic SDK的精華，要弄清楚要有些BLE底子；但是我們不可能都看完文件再開始寫code，比較合理的做法是邊試邊改
advertising_init()
- 這個function能設定BLE device要廣播什麼出去。 BLE的多種用法，其中一種是BLE-node只有broadcast，不停送出某些資訊，世界上最有名的iBeacon就是這樣做。
- 放幾個reference以免顯得自己都沒念書（笑）
  - https://developer.mbed.org/blog/entry/BLE-Beacons-URIBeacon-AltBeacons-iBeacon/
  - https://en.wikipedia.org/wiki/IBeacon
conn_params_init()
- 這個function設定BLE在connection mode底下，使用的參數
advertising_start()
- 上面參數都設定完，呼叫這個function就會開始動

Final Word

寫了很多，又好像什麼都沒寫，我也不是專業藍芽開發者，實在不曉得怎麼寫清楚（好想放棄啊）。但是起碼用這個範例，我們就有個會動的BLE系統，理論上可以拿它來改東改西，做成自己要的東西。

Reference

https://www.nordicsemi.com/eng/nordic/download_resource/55741/6/5312058

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