BLE_CC2540_初学者入门指导

可以参考用户手册【www.ti.com/lit/swru271】 的GATT章节，另外对于蓝牙入门，这个帖子说不定有帮助：http://www.deyisupport.com/question_answer/wireless_connectivity/bluetooth/f/103/p/61462/136790.aspx

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。

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。

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。
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：

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
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(¬i.value, &pMsg->msg.handleValueNoti.value,noti.len);
 
//用户可在这里操作¬i,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。
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。
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？

见附件：TI BLE @ CES.pdf

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。

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

十一、血压计分析

1、Blood Pressure示例程序占用资源（256K Flash + 8K RAM）：

2、Blood Pressure Profile规定的数据格式：

3、Profile 定义了数据格式、过程、服务的UUID等：

以上这些会在协议属性表中体现，而这个属性表会通过相关API将他作为参数传给协议栈。

static gattAttribute_t bloodPressureAttrTbl[] =
{
// BloodPressure Service
{
{ ATT_BT_UUID_SIZE, primaryServiceUUID }, /* type /
GATT_PERMIT_READ, / permissions /
0, / handle */
(uint8 )&bloodPressureService / pValue */
},

// 1. Characteristic Declaration
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },
    GATT_PERMIT_READ,
    0,
    &bloodPressureTempProps 
},

// 2. Characteristic Value
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, bloodPressureTempUUID },
    0, //return READ_NOT_PERMITTED
    0, 
    &bloodPressureTemp 
},

// 3.Characteristic Configuration
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, clientCharCfgUUID },
    GATT_PERMIT_READ | GATT_PERMIT_WRITE, 
    0, 
    (uint8 *)&bloodPressureMeasConfig
},
// 4.Presentation Format
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, charFormatUUID },
    GATT_PERMIT_READ, 
    0, 
    (uint8 *)&bloodPressureTempFormat
},


//
// IMMEDIATE MEASUREMENT
//

// 5.Characteristic Declaration
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },
    GATT_PERMIT_READ, 
    0,
    &bloodPressureImeasProps 
},

// 6.Characteristic Value
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, bloodPressureImeasUUID },
    0, //return READ_NOT_PERMITTED
    0, 
    &bloodPressureImeas 
},

// 7.Characteristic Configuration
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, clientCharCfgUUID },
    GATT_PERMIT_READ | GATT_PERMIT_WRITE, 
    0, 
    (uint8 *)&bloodPressureIMeasConfig
},


//
// FEATURE
//

// 8.Characteristic Declaration
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID },
    GATT_PERMIT_READ, 
    0,
    &bpFeatureProps 
},

// 9.Characteristic Value
{ 
    { ATT_BT_UUID_SIZE, bpFeatureUUID },
    GATT_PERMIT_READ,
    0, 
    (uint8 *)&bpFeature 
},

};