本系列教程將結(jié)合TI推出的CC254x SoC 系列，講解從環(huán)境的搭建到藍(lán)牙4.0協(xié)議棧的開發(fā)來深入學(xué)習(xí)藍(lán)牙4.0的開發(fā)過程。教程共分為六部分，本文為第三部分：

　　第三部分知識點(diǎn)：

　　第十一節(jié) 串口通信

　　第十二節(jié) Flash的讀寫

　　第十三節(jié) BLE協(xié)議棧簡介

　　第十四節(jié) OSAL工作原理

　　第十五節(jié) BLE藍(lán)牙4.0協(xié)議棧啟動(dòng)分析
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　　有關(guān)TI 的CC254x芯片介紹，可點(diǎn)擊下面鏈接查看：

　　主流藍(lán)牙BLE控制芯片詳解（1）：TI CC2540
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　　同系列資料推薦：

　　由淺入深，藍(lán)牙4.0/BLE協(xié)議棧開發(fā)攻略大全（1）

　　由淺入深，藍(lán)牙4.0/BLE協(xié)議棧開發(fā)攻略大全（2）
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　　有關(guān)本文的工具下載，大家可以到以下這個(gè)地址：

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　　第十一節(jié) 串口通信

　　在軟件開發(fā)過程中調(diào)試是一個(gè)很關(guān)鍵的過程，而調(diào)試用的最多的手段就是打印Log，嵌入式平臺很少有顯示設(shè)備，所以我們需要將信息通過串口打印到PC端。

　　MT254xboard上已經(jīng)通過RS232芯片將UART0連接到DB9，我們只需要將DB9連接到電腦即可，UART0 對應(yīng)的外部設(shè)備 IO 引腳關(guān)系為：P0_2------RX，P0_3------TX。

　　我們需要將這兩個(gè)IO配置為復(fù)用功能，CC2540的USART可以配置為SPI模式或者異步UART模式，這里我們需要配置為異步UART模式。

　　首先配置IO為UART模式：

　　PERCFG &= ~0x01; // 配置UART為位置 1

　　P0SEL = 0x3c; // P0_2，P0_3，P0_4，P0_5用作串口功能

　　P2DIR &= ~0XC0; // P0 優(yōu)先作為UART0

　　配置UART0寄存器，將UART0配置為8N1模式，波特率為115200。

　　U0CSR |= 0x80; // UART 方式

　　U0GCR |= 11; // U0GCR與U0BAUD配合

　　U0BAUD |= 216; // 波特率設(shè)為115200

　　UTX0IF = 0; // 清除中斷標(biāo)志

　　U0CSR |= 0X40; // 允許接收

　　IEN0 |= 0x84; // 開總中斷，接收中斷

　　這里采用中斷方式來接收串口數(shù)據(jù)，并在中斷中回調(diào)應(yīng)用層的接收處理函數(shù)。

　　#pragma vector = URX0_VECTOR

　　__interrupt void UART0_ISR（void）

　　{

　　uint8 ch;

　　URX0IF = 0; // 清中斷標(biāo)志

　　ch = U0DBUF;

　　if （ NULL ！= RecvCb ） // 調(diào)用回調(diào)函數(shù)

　　{

　　RecvCb（ch）;

　　}

　　}

　　為了測試串口的通訊功能，這里我們通過串口接收命令的方式來控制LED的亮滅和蜂鳴器的響和停止，并且顯示當(dāng)前的狀態(tài)。根據(jù)串口輸出提示，發(fā)送對應(yīng)字符可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，并且顯示狀態(tài)。

　　第十二節(jié) Flash的讀寫

　　嵌入式系統(tǒng)中需要存儲數(shù)據(jù)，而片內(nèi)的Flash資源很匱乏，所以我們經(jīng)常需要使用SpiFlash來存儲數(shù)據(jù)，MT254xboard中板載了一個(gè) 512Kbyte的Flash，下面我們來驅(qū)動(dòng)此Flash。上一小節(jié)中我們用SPI的方式驅(qū)動(dòng)了LCD12864，這節(jié)我們繼續(xù)用SPI來驅(qū)動(dòng)板載的 Flash，詳細(xì)的說明了如何驅(qū)動(dòng)這片F(xiàn)lash，在此不做累述，我們復(fù)制LCD12864工程，重命名為SpiFlash，在此工程中添加GD25Q40的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)文件。

　　下面我們來檢測這個(gè)Flash，檢測的方法為，全部寫入0xAA，然后再讀出，對比是否為0xAA，如果是，那Flash是沒有問題的，否則Flash可能已經(jīng)有壞塊。具體的代碼見例程，這個(gè)過程所需要的時(shí)間取決于我們需要檢測的區(qū)域大小，如果完全檢測，則可能需要幾分鐘的時(shí)間。

　　int main（void）

　　{

　　SysStartXOSC（）;

　　LCD12864_Init（）; // LCD初始化

　　GD25Q40_Init（）; // Flash初始化

　　LCD12864_DisStr（0， “Flash Check.。。。”）;

　　sprintf（LCDBuf， “Flash ID ：%04X”， GD25Q40_ReadID（））; // 讀取器件ID

　　LCD12864_DisStr（1， LCDBuf）;

　　GD25Q40_EraseChip（）; // 擦除整片F(xiàn)lash 大約需要10S

　　LCD12864_DisStr（2， “Erase Chip Complete”）;

　　uint32 iCnt = 0;

　　// 全部寫入0xAA

　　const uint8 Write = 0xAA;

　　for（iCnt=0; iCnt < CHECK_ADDR_RANGE; iCnt++）

　　{

　　GD25Q40_Write（&Write， iCnt， 1）; // 寫入0xAA

　　}

　　// 讀取Flash內(nèi)部的值，與寫入的值對比

　　uint8 Read;

　　for（iCnt=0; iCnt < CHECK_ADDR_RANGE; iCnt++）

　　{

　　GD25Q40_Read（&Read， iCnt， 1）;

　　if（Read ！= Write）

　　{

　　LCD12864_DisStr（3， “Flash Error”）;

　　break;

　　}

　　}

　　// 寫入的值與讀出的值完全一樣

　　if（iCnt >= CHECK_ADDR_RANGE）

　　{

　　LCD12864_DisStr（3， “Flash Check Success”）;

　　}

　　GD25Q40_EraseChip（）; // 再次擦除

　　while（1）;

　　return 0;

　　}

　　MT254X藍(lán)牙4.0開發(fā)板Flash效果：

　　第十三節(jié) BLE協(xié)議棧簡介

　　TI的協(xié)議棧分為兩部分：控制器和主機(jī)。對于4.0以前的藍(lán)牙，這兩部分是分開的。所有profile和應(yīng)用都建構(gòu)在GAP或GATT之上。根據(jù)這張圖，我們從底層開始介紹。TI的這款CC2540器件可以單芯片實(shí)現(xiàn)BLE藍(lán)牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖的所有組件，包括應(yīng)用程序。

　　1.1.1 PHY層

　　1Mbps自適應(yīng)跳頻GFSK（高斯頻移鍵控），運(yùn)行在免證的2.4GHz。

　　1.1.2 LL層

　　LL層為RF控制器，控制設(shè)備處于準(zhǔn)備（standby）、廣播、監(jiān)聽/掃描（scan）、初始化、連接，這五種狀態(tài)中一種。五種狀態(tài)切換描述為：未連接時(shí)，設(shè)備廣播信息，另外一個(gè)設(shè)備一直監(jiān)聽或按需掃描，兩個(gè)設(shè)備連接初始化，設(shè)備連接上了。發(fā)起聊天的設(shè)備為主設(shè)備，接受聊天的設(shè)備為從設(shè)備，同一次聊天只能有一個(gè)意見領(lǐng)袖，即主設(shè)備和從設(shè)備不能切換。

　　1.1.3 HCI層

　　HCI層為接口層，向上為主機(jī)提供軟件應(yīng)用程序接口（API），對外為外部硬件控制接口，可以通過串口、SPI、USB來實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。

　　1.1.4 L2CAP層

　　L2CAP層提供數(shù)據(jù)封裝服務(wù)，允許邏輯上的點(diǎn)對點(diǎn)通訊。

　　1.1.5 SM層

　　SM層提供配對和密匙分發(fā)，實(shí)現(xiàn)安全連接和數(shù)據(jù)交換。

　　1.1.6 ATT層

　　ATT層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)檢索，允許設(shè)備向另外一個(gè)設(shè)備展示一塊特定的數(shù)據(jù)稱之為屬性，在ATT環(huán)境中，展示屬性的設(shè)備稱之為服務(wù)器，與它配對的設(shè)備稱之為客戶端。鏈路層的主機(jī)從機(jī)和這里的服務(wù)器、客服端是兩種概念，主設(shè)備既可以是服務(wù)器，也可以是客戶端。從設(shè)備毅然。

　　1.1.7 GATT層

　　GATT層定義了使用 ATT 的服務(wù)框架和配置文件（profiles）的結(jié)構(gòu)。BLE 中所有的數(shù)據(jù)通信都需要經(jīng)過 GATT。GATT負(fù)責(zé)處理向上與應(yīng)用打交道，其關(guān)鍵工作是把為檢索工作提供合適的profile結(jié)構(gòu)，而profile由檢索關(guān)鍵詞（characteristics）組成。

　　1.1.8 GAP層

　　GAP直接與應(yīng)用程序或配置文件（profiles）通信的接口，處理設(shè)備發(fā)現(xiàn)和連接相關(guān)服務(wù)。另外還處理安全特性的初始化。對上級，提供應(yīng)用程序接口，對下級，管理各級職能部門，尤其是指示LL層控制室五種狀態(tài)切換，指導(dǎo)保衛(wèi)處做好機(jī)要工作。

　　1.2 TI協(xié)議棧源碼介紹

　　在第二章我們講解了源碼的安裝，這里我們就來剖析源碼的結(jié)構(gòu)。打開協(xié)議棧目錄我們可以看到下圖：

　　BLE源碼：

　　目錄名

　　內(nèi)容說明

　　Accessories一些工具和已經(jīng)編譯好的Hex文件此文件夾中有Btool的安裝包、USB-CDC的驅(qū)動(dòng)。

　　ComponentsHal驅(qū)動(dòng)，OSAL源碼、協(xié)議棧通用源碼此文件夾是OSAL各層組件的實(shí)現(xiàn)

　　Documents幫助文檔協(xié)議棧說明文檔，這是學(xué)習(xí)BLE最好的資料。

　　Projects工程文件這里有一些TI的Demo，我們開發(fā)一般是在Demo的基礎(chǔ)上進(jìn)行

　　這里TI給出了很多Demo，這些例程都是經(jīng)過了SIG評審的，ble 文件夾中有很多工程文件，有些是具體的應(yīng)用，例如BloodPressure、GlucoseCollector 、GlucoseSensor 、 HeartRate 、HIDEmuKbd 等都為傳感器的實(shí)際應(yīng)用，有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的 Profile。

　　其中有4種角色： SimpleBLEBroadcaster 、 SimpleBLECentral 、SimpleBLEObserver、SimpleBLEPeripheral。

　　他們都有自己的特點(diǎn)。

　　1.Broadcaster 廣播員 —— 非連接性的信號裝置

　　2.Observer 觀察者 —— 掃描得到，但不能鏈接

　　3.Peripheral 從機(jī) —— 可鏈接，在單個(gè)鏈路層鏈接中作為從機(jī)

　　4.Central 主機(jī) —— 掃描設(shè)備并發(fā)起鏈接，在單鏈路層或多鏈路層中作為主機(jī)。

　　我們的講解將圍繞這主機(jī)和從機(jī)進(jìn)行。因?yàn)槠渌脑O(shè)備都是基于這兩種設(shè)備擴(kuò)展開來的。

　　第十四節(jié) OSAL工作原理

　　藍(lán)牙為了實(shí)現(xiàn)同多個(gè)設(shè)備相連，或?qū)崿F(xiàn)多功能，也實(shí)現(xiàn)了功能擴(kuò)充，這就產(chǎn)生了調(diào)度問題。因?yàn)椋m然軟件和協(xié)議棧可擴(kuò)充，但終究最底層的執(zhí)行部門只有一個(gè)。為了實(shí)現(xiàn)多事件和多任務(wù)切換，需要把事件和任務(wù)對應(yīng)的應(yīng)用，并起一個(gè)名字OSAL操作系統(tǒng)抽象層。

　　OSAL管理的實(shí)現(xiàn)

　　如果實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的低耦合，使軟件不經(jīng)改動(dòng)或很少改動(dòng)即可應(yīng)用在另外的硬件上，這樣就方便硬件改造、升級、遷移后，軟件的移植。HAL硬件抽象層正是用來抽象各種硬件的資源，告知給軟件。其作用類似于嵌入式系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的定義硬件資源的h頭文件。

　　BLE低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)架構(gòu)：

　　OSAL作為調(diào)度核心，BLE協(xié)議棧、profile定義、所有的應(yīng)用都圍繞它來實(shí)現(xiàn)。OSAL不是傳統(tǒng)大家使用的操作系統(tǒng)，而是一個(gè)允許軟件建立和執(zhí)行事件的循環(huán)。

　　軟件功能是由任務(wù)事件來實(shí)現(xiàn)的，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)事件需要以下工作：

　　1. 創(chuàng)建task identifier任務(wù)ID；

　　2. 編寫任務(wù)初始化（task initialization routine）進(jìn)程，并需要添加到OSAL初始化進(jìn)程中，這就是說系統(tǒng)啟動(dòng)后不能動(dòng)態(tài)添加功能；

　　3. 編寫任務(wù)處理程序；

　　4. 如有需要提供消息服務(wù)。

　　BLE協(xié)議棧的各層都是以O(shè)SAL任務(wù)方式實(shí)現(xiàn)，由于LL控制室的時(shí)間要求最為迫切，所以其任務(wù)優(yōu)先級最高。為了實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理，OSAL通過消息處理（messageprocess），存儲管理，計(jì)時(shí)器定時(shí)等附加服務(wù)實(shí)現(xiàn)。

　　系統(tǒng)啟動(dòng)流程：

　　為了使用OSAL，在main函數(shù)的最后要啟動(dòng)一個(gè)名叫osal_start_system的進(jìn)程，該進(jìn)程會調(diào)用由特定應(yīng)用決定的啟動(dòng)函數(shù) osalInitTasks（來啟動(dòng)系統(tǒng)）。osalInitTasks逐個(gè)調(diào)用BLE協(xié)議棧各層的啟動(dòng)進(jìn)程來初始化協(xié)議棧。隨后，設(shè)置一個(gè)任務(wù)的 8bit任務(wù)ID（task ID），跳入循環(huán)等待執(zhí)行任務(wù)，系統(tǒng)啟動(dòng)完成。

　　1. 任務(wù)優(yōu)先級決定于任務(wù)ID，任務(wù)ID越小，優(yōu)先級越高

　　2. BLE協(xié)議棧各層的任務(wù)優(yōu)先級比應(yīng)用程序的高

　　3. 初始化協(xié)議棧后，越早調(diào)入的任務(wù)，任務(wù)ID越高，優(yōu)先級越低，即系統(tǒng)傾向于處理新到的任務(wù)

　　每個(gè)事件任務(wù)由對應(yīng)的16bit事件變量來標(biāo)示，事件狀態(tài)由旗號（taskflag）來標(biāo)示。如果事件處理程序已經(jīng)完成，但其旗號并沒有移除，OSAL會認(rèn)為事情還沒有完成而繼續(xù)在該程序中不返回。比如，在SimpleBLEPeripheral實(shí)例工程中，當(dāng)事件START_DEVICE_EVT發(fā)生，其處理函數(shù)SimpleBLEPeripheral_ProcessEvent就運(yùn)行，結(jié)束后返回16bit事件變量，并清除旗語 SBP_START_DEVICE_EVT。

　　每當(dāng)OSAL事件檢測到了有任務(wù)事件，其相應(yīng)的處理進(jìn)程將被添加到由處理進(jìn)程指針構(gòu)成的事件處理表單中，該表單名叫taskArr（taskarray）。taskArr中各個(gè)事件進(jìn)程的順序和osalInitTasks初始化函數(shù)中任務(wù)ID的順序是對應(yīng)的。

　　有兩種，最簡單的方法是使用osal_set_event函數(shù)（函數(shù)原型在OSAL.h文件中），在這個(gè)函數(shù)中，用戶可以像定義函數(shù)參數(shù)一樣設(shè)置任務(wù)ID 和事件旗語。第二種方法是使用osal_start_timerEx函數(shù)（函數(shù)原型在OSAL_Timers.h文件中），使用方法同 osal_set_event函數(shù)，而第三個(gè)以毫秒為單位的參數(shù)osal_start_timerEx則指示該事件處理必須要在這個(gè)限定時(shí)間內(nèi)，通過定時(shí)器來為事件處理計(jì)時(shí)。

　　類似于Linux嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存分配C函數(shù)mem_alloc，OSAL利用osal_mem_alloc提供基本的存儲管理，但osal_mem_alloc只有一個(gè)用于定義byte數(shù)的參數(shù)。對應(yīng)的內(nèi)存釋放函數(shù)為osal_mem_free。

　　不同的子系統(tǒng)通過OSAL的消息機(jī)制通信。消息即為數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)種類和長度都不限定。消息收發(fā)過程描述如下：

　　接收信息，調(diào)用函數(shù)osal_msg_allocate創(chuàng)建消息占用內(nèi)存空間（已經(jīng)包含了osal_mem_alloc函數(shù)功能），需要為該函數(shù)指定空間大小，該函數(shù)返回內(nèi)存空間地址指針，利用該指針就可把所需數(shù)據(jù)拷貝到該空間。

　　發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用函數(shù)osal_msg_send，需為該函數(shù)指定發(fā)送目標(biāo)任務(wù)，OSAL通過旗語SYS_EVENT_MSG告知目標(biāo)任務(wù)，目標(biāo)任務(wù)的處理函數(shù)調(diào)用osal_msg_receive來接收發(fā)來的數(shù)據(jù)。建議每個(gè)OSAL任務(wù)都有一個(gè)消息處理函數(shù)，每當(dāng)任務(wù)收到一個(gè)消息后，通過消息的種類來確定需要本任務(wù)做相應(yīng)處理。消息接收并處理完成，調(diào)用函數(shù)osal_msg_deallocate來釋放內(nèi)存（已經(jīng)包含了osal_mem_free函數(shù)功能）。

　　為了實(shí)現(xiàn)更好的移植性，協(xié)議棧將硬件層抽象出了一個(gè)HAL硬件抽象層，當(dāng)新的硬件平臺做好后，只需修改HAL，而不需修改HAL之上的協(xié)議棧的其他組件和應(yīng)用程序。

　　第十五節(jié) BLE藍(lán)牙4.0協(xié)議棧啟動(dòng)分析

　　TI的這款CC2540/CC2541器件可以單芯片實(shí)現(xiàn)BLE藍(lán)牙協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖的所有組件，包括應(yīng)用程序。從這章開始我們來剖析協(xié)議棧源碼，我們選用 SimpleBLEPeripheral工程開刀，這是一個(gè)從機(jī)的例程，基本的工作是對外廣播，等待主機(jī)來連接，讀寫展示的屬性。

　　首先打開工程文件，打開后可以看到整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)。

　　我們按照系統(tǒng)的啟動(dòng)順序來一步一步走，我們都知道在C代碼中，一般啟動(dòng)的首個(gè)函數(shù)為main，這個(gè)函數(shù)在 SimpleBLEPeripheral_Main.c中，打開文件，可以看到這個(gè)文件只有一個(gè)main函數(shù)和一個(gè)函數(shù)的申明，我們暫時(shí)不理會那個(gè)申明的函數(shù)，先看main都做了些什么工作：

　　Int main（void）

　　{

　　/* Initialize hardware */

　　HAL_BOARD_INIT（）; // 硬件初始化

　　// Initialize board I/O

　　InitBoard（ OB_COLD ）; // 板級初始化

　　/* Initialze the HAL driver */

　　HalDriverInit（）; // Hal驅(qū)動(dòng)初始化

　　/* Initialize NV system */

　　osal_snv_init（）; // Flash存儲SNV初始化

　　/* Initialize LL */

　　/* Initialize the operating system */

　　osal_init_system（）; // OSAL初始化

　　/* Enable interrupts */

　　HAL_ENABLE_INTERRUPTS（）; // 使能總中斷

　　// Final board initialization

　　InitBoard（ OB_READY ）; // 板級初始化

　　#if defined （ POWER_SAVING ）

　　osal_pwrmgr_device（ PWRMGR_BATTERY ）; // 低功耗管理

　　#endif

　　/* Start OSAL */

　　osal_start_system（）; // No Return from here 啟動(dòng)OSAL

　　return 0;

　　}

　　通過代碼我們可以看到，系統(tǒng)啟動(dòng)的過程，主要是做了一些初始化，如果開啟了低功耗，則還需要開啟低功耗管理。我們先不去理會初始化做了什么，但是我們知道在main函數(shù)的最后啟動(dòng)了OSAL，那么我們就進(jìn)去看看OSAL是如何運(yùn)作的。

　　在IAR中如果需要跳轉(zhuǎn)到某個(gè)函數(shù)或變量的定義，可以在此函數(shù)名中右擊然后選擇Go To Definition……就可以調(diào)到相應(yīng)的定義。

　　void osal_start_system（ void ）

　　{

　　#if ！defined （ ZBIT ） && ！defined （ UBIT ）

　　for（;;） // Forever Loop

　　#endif

　　{

　　osal_run_system（）;

　　}

　　}

　　這里看到我們進(jìn)入了一個(gè)死循環(huán)，并且一直調(diào)用osal_run_system（），那我們再進(jìn)入此函數(shù)。