BLE核心模塊FS-QN9021模塊開發-linux版

這段時間又參與了一個新的小項目，簡單概括爲藍牙、智能、家居吧，雖然時間有點緊，還是希望能把這一些東西記錄下來。

####BLE 什麼是BLE？參考這篇文章做如下總結。
中文名稱爲藍牙低功耗。主要特點爲低成本、超低功耗、短距離、標準接口和可互操作性強，並且工作在免許可的2.4GHz ISM射頻段，需要支持藍牙4.0（系統爲Android4.3及以上）的主機設備才能與其連接。

目前生產BLE芯片的廠家主要有CSR、TI、Nodic和NXP（QN902x），各個廠家芯片對比如下圖

從如上圖對比可以看出，NXP的QN902x在功耗方面比CSR和TI更省電，在接收靈敏度和模式方面比Nodic的勝一籌，它的從設備相比其它幾家可以連接的更多，共有8個，這也算是藍牙4.0的一大特色吧，並且NXP的芯片已經過了MFI認證，直接能與蘋果設備相連接，因爲這種認證也是挺貴的。

因爲BLE的低功耗、低成本及強大的處理能力，並且隨着iPhone的設備支持藍牙4.0，BLE的終端設備在我們的生活當中將會越來越多，在未來將會有爆發式增長。

QN902X是一款內核爲M0的藍牙BLE SOC芯片，其SDK對藍牙BLE的profile都有實現，並提供源碼，SDK也提供很多工具以便使用芯片，比如引腳配置，NVDS讀寫，串口USB Dongle(配合上位機可以調試各profile，沒有手機也可以調試)，ISP下載等，但QN902X不提供數據手冊，所有的外設操作都以庫的方式提供，SDK說明比較全面但全是英文的。

與NODRDIC的51822和TI的CC2540不同QN902X的架構是M0+ROM+FLASH+SRAM的方式，其中ROM放的是藍牙協議和內部一個小的調度核，FLASH放的是用戶程序和數據，RAM用於跑程序。其中ROM:96K，SRAM:64K，FLASH:64K/128K。因爲QN902X程序是跑到SRAM中，所以它的深度睡眠電流比較大些。

####環境搭建老生長談，開發一款產品，第一步當然是搭建開發環境咯。

#####wine安裝由這裏可知，keil不支持linux環境，所以必須自己想辦法了。這是在linux環境下運行windows的程序，本身使用windows的請自動忽略這一步。具體請看官網/博文。

~ $ sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-wine/ppa
~ $ sudo apt-get update
# => 我的是64爲的系統，所有安裝64位版
~ $ sudo apt-get install wine1.8-amd64
# => 配置
~ $ winecfg
# => 中文路徑：~/ .wine/drive_c/windows/Fonts/
~ $ winetricks corefonts

#####keil安裝首先得下載keil，可以自己去官網下載最新的，也可以直接點擊mdk5.17下載地址，參考這篇博文並實踐做如下記錄。

# => 進入下載目錄安裝
~ $ wine mdk517.exe

提示：卸載程序可以用wine uninstaller
如編譯有限制，下載破解註冊機Keygen：http://pan.baidu.com/s/1hqGSRqs

安裝完成後，會彈出來一個安裝器件（pack installer）如下的界面，也就是說，你要用它來開發哪個芯片（此項目可以忽略，後面步驟導入DB）。

或者打開keil界面會看到如下圖標

要開發哪一款芯片，點擊install即可，或者先網頁端下載好在導入，具體參考上面提供的博文地址。

#####MCU DB庫安裝下載Quintic最新的SDKQBlue1.3.7，安裝：

~ $ wine QBlue-1.3.7.exe

會彈出窗口如下，點擊安裝即可，或者打開桌面QBlue裏的QN9020DevDBforIDE工具安裝。

#####keil使用首先獲取開源代碼

~ $ cd
~ $ git clone [email protected]:T-Firefly/fireble.git

桌面打開keil，假如我們希望開始proxr工程：

在keil的Project菜單中選擇Open Project…
彈出文件選擇框中，打開/home/xxx/fireble/BLE/prj_proxr/keil/proxr.uvproj工程文件（linux可能在z磁盤裏）
配置DB如下，如果沒發現庫，請重啓軟件
編譯代碼，成功後如下，具體配置選項請參考這裏
下載程序，下載的時候需要按復位鍵，如下載出錯，可先下載到SRAM。

Tip:在ubuntu 上串口識別爲ttyS0或ttyUSB0之類，在wine上識別不到，可用：

# =>將其該爲小寫的com1，如果不行，將其改爲大寫的COM1
~ $ sudo ln -s /dev/ttyUSB0 ~/.wine/dosdevices/com1
~ $ sudo usermod -a -G dialout $USER
~ $ sudo chmod 777 ~/.wine/dosdevices/com1

即可在wine的應用程序使用串口

####項目實踐 #####點亮LED 對於新的芯片與開發板，從LED實驗開始。首先下載該開發板的原理圖，對該LED部分的電路進行分析。

本程序非常簡單，複製gpio demo代碼

實現讓開發板D1燈閃爍如下：

/* Set pin D1/P2_7 */
gpio_set_direction_field(GPIO_P27, (uint32_t)GPIO_OUTPUT);
while(1)
{
	gpio_write_pin_field(GPIO_P27, GPIO_LOW);
	delay(100000);
	gpio_write_pin_field(GPIO_P27, GPIO_HIGH);
	delay(100000);
}

程序流程：系統初始化–>GPIO配置–>各驅動模塊初始化–>主循環實現功能
效果如下：

#####UART實驗串口通信可以用來打印數據，調試程序，有必要實驗一下。
同樣複製uart demo代碼
改程序如下：

//Print out "Hello NXP!\n" thought uart.
uart_printf(QN_UART0, (uint8_t *)"Hello NXP!\n");
uart_printf(QN_UART0, (uint8_t *)"This is nephen's test!\n");

波特率設置爲115200，現象如下：

#####PWM實驗由於這個項目會控制到電機什麼的，所以pwm少不了，這個實驗是通過pwm控制陶瓷蜂鳴器報警和呼吸燈。通過PWM方式調節脈衝頻率和佔空比，變換LED亮度，漸變亮度實現呼吸燈效果。FireBLE板載的貼片蜂鳴器是壓電式陶瓷蜂鳴器，壓電陶瓷蜂鳴器要想響起來，需要滿足四個條件：多諧振盪器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱，壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料製成，在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理後，再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。板載的蜂鳴器缺少的只是多謝振盪器，這裏我們用PWM來代替，輸出1.5KHz-2.5KHz的方波信號推動壓電蜂鳴片發聲，頻率在1.5KHz-2.5KHz纔會響，太高太低都不響，直接加3.3V更不會響，直接加3.3V響的那是電磁式蜂鳴器，有源和無源。
首先看下電路連接

同樣複製pwm代碼，改寫如下：

int main (void)
{
    SystemInit();

    pwm_init(PWM_CH0);
    pwm_io_config();
    //P2.7 will output pwm wave with period for 1000us and pulse for 400us
    pwm_config(PWM_CH0, PWM_PSCAL_DIV, PWM_COUNT_US(1000, PWM_PSCAL_DIV), PWM_COUNT_US(500, PWM_PSCAL_DIV));
    pwm_enable(PWM_CH0, MASK_ENABLE);
    pwm_io_dis_config();

    pwm_init(PWM_CH1);
    pwm_io_config();
    //P2.6 will output pwm wave with period for 1000us and pulse for 500us
    pwm_config(PWM_CH1, 119, PWM_COUNT_US(1000, 119), PWM_COUNT_US(500, 119));
    pwm_enable(PWM_CH1, MASK_ENABLE);

    while (1)                                /* Loop forever */
    {
			int i;
			for(i=0;i<=1000;i++)
			{
				pwm_config(PWM_CH1, 119, PWM_COUNT_US(1000-i, 119), PWM_COUNT_US(500, 119));
				if(i%2)
					pwm_config(PWM_CH0, PWM_PSCAL_DIV, PWM_COUNT_US(1000-i, PWM_PSCAL_DIV), PWM_COUNT_US(500, PWM_PSCAL_DIV));
				else
					pwm_config(PWM_CH0, PWM_PSCAL_DIV, PWM_COUNT_US(i, PWM_PSCAL_DIV), PWM_COUNT_US(500, PWM_PSCAL_DIV));
				delay(2000);
			}
    }
}

呼吸燈效果：

#####按鍵廣播看到有些人對買的fireBLE按鍵廣播不懂，其實剛開始我也是這樣的，摸不着頭腦，現在至少不會太迷糊，就給大家記錄下吧。
首先按鍵按下屬於gpio中斷，找到中斷初始化函數：SystemInit(); ——》
gpio_init(gpio_interrupt_callback); ——》
void gpio_interrupt_callback(enum gpio_pin pin) ——》
void usr_button1_cb(void) ——》
ke_evt_set(1UL « EVENT_BUTTON1_PRESS_ID); 找到EVENT_BUTTON1_PRESS_ID對應的事件，搜索 EVENT_BUTTON1_PRESS_ID，找到void usr_init(void)裏的if(KE_EVENT_OK != ke_evt_callback_set(EVENT_BUTTON1_PRESS_ID, app_event_button1_press_handler))可知爲app_event_button1_press_handler ——》
ke_timer_set(APP_KEY_SCAN_TIMER,TASK_APP,2); 同樣通過搜索APP_KEY_SCAN_TIMER可知定時器事件爲app_key_scan_timer_handler ——》
app_key_scan_timer_handler，這裏進行adc採集，完成後由adc_read(&read_cfg, adc_key_value, KEY_SAMPLE_NUMBER, adc_test_cb);可知進入adc_test_cb，在這裏設置了EVENT_ADC_KEY_SAMPLE_CMP_ID，搜索找到對應事件app_event_adc_key_sample_cmp_handler ——》
app_event_adc_key_sample_cmp_handler，判斷按鍵朝哪個方向按，定時回調 ——》
app_key_process_timer_handler，如下：

int app_key_process_timer_handler(ke_msg_id_t const msgid, void const *param,
                                  ke_task_id_t const dest_id, ke_task_id_t const src_id)
{
	ke_evt_clear(1UL << EVENT_ADC_KEY_SAMPLE_CMP_ID);
	switch (key_value0)
	{

	case	key_up:
		if (APP_IDLE == ke_state_get(TASK_APP))
		{

			// start adv
			//QPRINTF("you press up key\r\n!");
			app_gap_adv_start_req(GAP_GEN_DISCOVERABLE | GAP_UND_CONNECTABLE,
			                      app_env.adv_data, app_set_adv_data(GAP_GEN_DISCOVERABLE),
			                      app_env.scanrsp_data, app_set_scan_rsp_data(app_get_local_service_flag()),
			                      GAP_ADV_FAST_INTV1, GAP_ADV_FAST_INTV2);

這裏一看就明白，向上按時，進入廣播。其實在系統上電的時候，已經進行了一系列的gap建立連接的初始話，就差廣播了，所以這裏只要廣播出去就能和別的藍牙建立連接。

#####QTool使用及藍牙瞭解使用QBlueStudio中QTool工具進行藍牙開發分析，可以方便的對各個藍牙操作的過程進行細緻的研究，並結合具體的源代碼進行查看，能夠更加深入的瞭解到藍牙協議的實現過程，大部分的API接口在GAP和GATT。具體的使用文檔請查看QBlueStudio裏的Document。Linux裏可以採取這種方法查看：地址見/home/username/.wine/drive_c/QBlue/QN9020/QBlue-1.3.7/Documents，然後使用evince命令打開。

在這之前，還需對藍牙的一些術語做一個大概的瞭解，比如什麼是master，slave，主機。客戶端與服務器又是什麼。GAP與GATT有什麼區邊。藍牙各個協議層都有哪些分工。下面參考做一些歸納：

BLE規範中定義了GAP（Generic Access Profile）和GATT(Generic Attribute)兩個基本配置文件。
a.協議中的GAP層負責設備訪問模式和進程，包括設備發現，建立連接，終止連接。初始化安全特性和設備配置。
b.GATT層用於已連接的藍牙設備之間的數據通信。GATT通俗理解爲用於主從機之間的客戶端和服務器端的數據交互，以Attribute Table來體現。
BLE低功耗藍牙中有四種設備類型，Central主機,Peripheral從機,Observer觀察者,Broadcaster廣播者。通常Central主機,Peripheral從機一起使用，Observer觀察者,Broadcaster廣播者一起使用。Central和Peripheral連接交換數據，平時我們使用到的基本上是這種模式。而像多溫度採集器，通常使用Observer和Broadcaster這種無連接形式。
主機和從機是這樣開機工作的:從機開始廣播，然後主機掃描廣播的從機，當從機收到主機的掃描請求後，會向主機發送掃描迴應數據。然後主機發起連接，然後開始通訊。所以從機需要設置廣播內容和掃描迴應內容。這方面的代碼可以查看App_gap.c和App_gap_task.c。
- profile：可以理解爲一種規範，一個標準的通信協議，profile存在於從機中。藍牙組織規定了一系列的標準profile，如防丟計、心率計。每個profile中包含多個service，每個service代表從機的一種能力。
- Service：可以理解爲一種服務，在BLE從機裏，通過有多個服務，例如電量信息服務、系統信息服務等。每個service又包含多個characteristic特徵值。每個具體的characteristic特徵值纔是BLE通訊的主體，比如當前電量是80%。所以會通過電量的characteristic特徵值特徵值保存在從機的profile裏，這樣主機就可以通過這個characteristic來讀取80%這個數。
- characteristic：characteristic特徵值，BLE主從機均是通過characteristic來實現，可以理解爲一個標籤，通過這個標籤可以獲取或者寫入想要的內容。
- UUID：統一標識嗎，我們剛提到的characteristic和service，都需要一個唯一的UUID來標識。
每個從機都會有個叫做profile的東西存在，不管自定義的還是標準的profile，他們都是由一系列的Service組成，然後每個service又包含多個characteristic，主機和從機之間的通信，均是通過characteristic來實現。
BLE協議棧中傳輸數據分爲兩方面，一個GATT的client主動向service發送數據。另一個是GATT的service主動向client發送數據。即主從之前相互傳數據。
主機向從機發送數據，使用GATT_Write
從機向主機發送數據，使用GATT_Notification
GATT有Service和Client，Service作爲服務器端，對GATT Client提供read/write接口，一般情況下，Central作爲Client，Peripheral作爲Service。所以主機會調用read/write來和作爲Service端的Peripheral從機通訊。而Peripheral則通過notify的方式即調用GATT_Notifycation發起和主機通訊。
特徵值聲明值可以有五種屬性：Read(可讀) Write(可靠的可寫,帶響應) Write without resp(不可靠的可寫,不帶響應) Indicate(可靠通知，帶響應) Notify（不可靠通知，不帶響應）

更多請查看藍牙設計問與答 /Android 藍牙4.0 BLE 理解

BLE中主從機建立連接，到配對和綁定的過程如下圖。

#####QPPS工程在此之前，建議先了解一下Firefly的QPPS介紹/對QPPS profile中服務和特徵實現的分析理解/對profile QPPS的分析理解。關於藍牙的數據收發部分可以看Firefly的協議棧介紹。數據幀格式如下：

Tip：技術案例中串口透傳案例，實現的是將藍牙模組串口所接收到的數據透傳到app，並且把app的數據通過藍牙透傳到串口輸出，案例本身的實現是針對串口通信和藍牙透傳的結合。

其實BLE完成初始化的條件並不是進入main函數的while（1）中（系統在調度了幾個消息之後才完成的初始化，前幾次進入while（1）時初始化都是沒完成的），真正完成初始化並且可以運行是在打印BLE is Ready這句話的地方。那個地方你可以看到只要開啓QN_DEMO_AUTO宏定義就可以上電廣播了。
設備名默認從NVDS中寫入，但是軟件也可以修改，可以用app_gap_set_devname_req修改設備名。
如果你非要用軟件指定，參考廣播內容設定，取消NVDS讀取，直接利用app_gap_set_devname_req函數指定設備名，然後將QN_LOACL_NAME廣播出去，那麼設備名和廣播中的設備名都會是QN_LOCAL_NAME了。

具體實施如下

修改自動廣播，無需向上撥動按鍵：

c #=> App_config.h中，取消如下的註釋即可 #define QN_DEMO_AUTO 1 在廣播之前改變設備的名字，注意app_set_adv_data函數

c //Set remote device name app_gap_set_devname_req("nephen",6); // Created DB should has been finished by each profile service, // Start Adv mode automatically here app_gap_adv_start_req(GAP_GEN_DISCOVERABLE|GAP_UND_CONNECTABLE, app_env.adv_data, app_set_adv_data(GAP_GEN_DISCOVERABLE), app_env.scanrsp_data, app_set_scan_rsp_data(app_get_local_service_flag()), GAP_ADV_FAST_INTV1, GAP_ADV_FAST_INTV2);
接收手機app中9600可寫屬性發送的數據。
由下面Qpps_task.c可知，當有數據到達藍牙時，會觸發gatt_write_cmd_ind_handler，同理，發送數據觸發qpps_data_send_req_handler，得到通知觸發gatt_notify_cmp_evt_handler，app層對應的api是app_qpps_data_send_cfm_handler、app_qpps_data_ind_handler、app_qpps_cfg_indntf_ind_handler，下文會提到，只會對這些做修改

c /// Connected State handler definition. const struct ke_msg_handler qpps_connected[] = { {QPPS_DATA_SEND_REQ, (ke_msg_func_t) qpps_data_send_req_handler}, {GATT_WRITE_CMD_IND, (ke_msg_func_t) gatt_write_cmd_ind_handler}, {GATT_NOTIFY_CMP_EVT, (ke_msg_func_t) gatt_notify_cmp_evt_handler}, }; 而在gatt_write_cmd_ind_handler函數裏，會對QPPS_IDX_RX_DATA_VAL屬性進行處理

```c else if (param->handle == (qpps_env.shdl + QPPS_IDX_RX_DATA_VAL)) { if (param->length <= QPP_DATA_MAX_LEN) { //inform APP of configuration change struct qpps_data_val_ind * ind = KE_MSG_ALLOC_DYN(QPPS_DAVA_VAL_IND, qpps_env.appid, TASK_QPPS, qpps_data_val_ind, param->length);
```
             memcpy(&ind->conhdl, &(qpps_env.conhdl), sizeof(uint16_t));
             //Send received data to app value
             ind->length = param->length;
             memcpy(ind->data, param->value, param->length);

             ke_msg_send(ind);
         }
         else
         {
             status = QPPS_ERR_RX_DATA_EXCEED_MAX_LENGTH;
         }
     }  ```
```
再由上面的QPPS_DAVA_VAL_IND可知會跳到下面這個函數，在這裏對接收到的數據進行處理

```c int app_qpps_data_ind_handler(ke_msg_id_t const msgid, struct qpps_data_val_ind *param, ke_task_id_t const dest_id, ke_task_id_t const src_id) { uint8_t i; if (param->length > 0) { QPRINTF(“len=%d, I%02X”, param->length, param->data[0]); QPRINTF(“\r\n”); QPRINTF(“the receive data is :”); for(i=0;ilength;i++) { QPRINTF("%x",param->data[i]); } } QPRINTF("\r\n");
```
 return (KE_MSG_CONSUMED);  }  ```  當發送數據爲29時，CuteCom藍牙接收數據爲
```
QN BLE is ready. Set device name complete Advertising start. Connection with 1FDA7E9F8E30 result is 0x0. LTK request indication idx is 0, auth_req is 0. Start encryption complete, idx 0, status 0, key_size 0, sec_prop 1, bonded 0. Slave update success. Update parameter complete, interval: 0xc, latency: 0x0, sup to: 0x12c. len=1, I29 the receive data is :29
App收取藍牙通知。通過點擊app上5個特徵的通知，能獲取藍牙模塊的實時通知。Gatt層與通知相關的函數是qpps_data_send_req_handler，但我們只需要修改app開頭的api即可完成相應的開發，現象及分析如下：
當點擊app上的通知時，會進入如下的函數，爲了調試將其調整爲如下：

```c int app_qpps_cfg_indntf_ind_handler(ke_msg_id_t const msgid, struct qpps_cfg_indntf_ind *param, ke_task_id_t const dest_id, ke_task_id_t const src_id) { if (app_qpps_env->conhdl == param->conhdl) { QPRINTF(“enter app_qpps_cfg_indntf_ind_handler”); QPRINTF(“\r\n”); if (param->cfg_val == PRF_CLI_START_NTF) { QPRINTF(“enter PRF_CLI_START_NTF”); QPRINTF(“\r\n”); app_qpps_env->features |= (QPPS_VALUE_NTF_CFG « param->char_index); QPRINTF(“app_qpps_env->features is %d, param->char_index is %d”,app_qpps_env->features,param->char_index); QPRINTF(“\r\n”); // App send data if all of characteristic have been configured if (get_bit_num(app_qpps_env->features) == app_qpps_env->tx_char_num)//num is 5 { QPRINTF(“enter app_qpps_env->features”); QPRINTF(“\r\n”); app_qpps_env->char_status = app_qpps_env->features; app_test_send_data(app_qpps_env->tx_char_num - 1); } } else { app_qpps_env->features &= ~(QPPS_VALUE_NTF_CFG « param->char_index); app_qpps_env->char_status &= ~(QPPS_VALUE_NTF_CFG « param->char_index); } }
```
 return (KE_MSG_CONSUMED);  }  ```  其中，param->char_index代表第幾個可通知特徵，app_qpps_env->tx_char_num爲特徵的數量5，只有當所有特徵都進入通知狀態時藍牙模塊纔會發數據到手機app。     
```
數據發送的過程見如下函數，這個函數中的數據val可以改爲項目中的需求，如IO口狀態

```c static void app_test_send_data(uint8_t max) { uint8_t cnt;
```
 QPRINTF("enter app_test_send_data");
 QPRINTF("\r\n");
 for (cnt = 0; (max != 0) && cnt < app_qpps_env->tx_char_num; cnt++)
 {
     if ((app_qpps_env->char_status >> cnt) & QPPS_VALUE_NTF_CFG)
     {
         static uint8_t val[] = {0, '0', '1', '2','3','4','5','6','7','8','9','8','7','6','5','4','3','2','1','0'};

         // Increment the first byte for test 
         val[0]++;

         max--;
         // Allow next notify until confirmation received in this characteristic
         app_qpps_env->char_status &= ~(QPPS_VALUE_NTF_CFG << cnt);
         app_qpps_data_send(app_qpps_env->conhdl, cnt, sizeof(val), val);
     }
 }  }  ```  數據發送後，有一個發送確認函數app_qpps_data_send_cfm_handler，發送成功後手機上看到的現象是這樣的
```

至此完成的功能爲，實時反應藍牙通知信息，app發數據控制藍牙模塊。

####QTool使用 QTool是一個運行在PC端的應用軟件，允許用戶啓動兩個BLE設備之間的連接，它能幫助用戶分析BLE藍牙。它是通過串口與BLE設備進行通信，通過ACI命令扮演網絡處理器的作用。

打開pdf使用文檔

~ $ cd /home/nephne/.wine/drive_c/QBlue/QN9020/QBlue-1.3.7/Documents
~ $ evince QBlue\ ISP\ Studio\ Manual\ v1.0.pdf

插入USB連接藍牙模塊，下載np_controller_B2.bin，然後打開QTool進入設備連接。關於界面說明見系統文檔。

例如：點擊Setting-Server-QPPS裏的Create DB，然後進入Setting-Mode裏點擊Advertising，即可實現如上QPPS工程的效果。而在旁邊的Local Device Traces窗口可以看到程序的大概運行過程。

####參考文檔 - FireBLE-wiki - BLE編程API參考手冊 - BLE軟件開發手冊 - 數據手冊 - QN9020快速入門 - QN902x周立功版 - 防丟器項目 - MDK-ARM PRO SET - 總有“一道菜”適合你——BLE - 【FireBLE試用體驗】體驗報告彙總 -FireBLE 開發板試用匯總貼（2015.11.29更新共收錄145篇） [板塊置頂] [精華] - FireBLE驅動第一篇：呼吸燈 -FireBLE低功耗藍牙開發板評測 > 可穿戴手環+藍牙防丟器 - esp8266

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