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【英飞凌测评】rtthread cyw43012软件包蓝牙编程和智能门锁示例

发布于 2024-03-17 14:25:10 浏览：440 订阅该版

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# 一、项目介绍
  本系统的主控是CY8C624ABZI，负责智能门锁的控制逻辑和蓝牙的host，通过sdio和串口外接一个型号为cyw43012的wifi & ble controller combo，为系统提供联网和蓝牙功能。
  本系统在软件上由门锁模块、gatt模块组成：gatt模块实现一个基于gatt的智能门锁的profile；门锁模块通过创建一个任务为系统其他应用提供门锁控制的服务，提供注册接口给上层应用注册 具体的门锁驱动。
  本项目使用的开发板是 RT-Thread 联合英飞凌推出的一款集成32位双核CPU子系统（ ARM Cortex-M4 和 ARM Cortex-M0）的Psoc6-evaluationkit-062S2开发板。
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# 二、CY8C624ABZI和CYW43012介绍
## 2.1 CY8C624ABZI介绍
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## 2.2 CYW43012介绍
英飞凌的AIROC cyw43012是一款超低功耗单芯片组合设备，具有双频2.4 GHz和5 GHz Wi-Fi 4（802.11n）和蓝牙5.4。CYW43012采用低功耗架构，非常适合电池供电应用，在这些应用中，同类最佳的功耗至关重要。CYW43012支持256-QAM（适用于5 GHz频段的20 MHz通道），支持802.11ac接入点，数据速率最高可达78 Mbps。2.4和5GHz频段均内置片内功率放大器和低噪声放大器。
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# 三、CYW43012蓝牙SDK介绍和注意事项
## 3.1 ATT和GATT介绍
### 3.1.1 ATT属性
  服务器持有客户端需要访问的资源，这些数据作为属性存储在服务器上。属性是一种数据表示格式，由四个字段组成：属性句柄，属性类型，属性权限，属性值。

属性句柄用于引用属性，应用通过句柄访问指定的属性；属性类型通过UUID编码，不同类型的属性具有不同的含义和功能，如一个属性的UUID如果为0x2803，表示这个属性用于作为特征的开始，特别地，除了SIG已经定义的类型，其他的类型主要作为用户自定义的特征值，如在门锁应用中，自定义0xDD01为门锁开关的特征值；属性权限决定客户端能够对属性采取的操作；属性值是属性存储数据的字段，在门锁wifi配网功能中，属性值存储了客户端想要传给服务器进行配网的wifi ssid和密码。

属性类型指定此属性代表什么。这是通过使用通用唯一标识符(简称为UUID)来实现的。UUID是一个128位的值，任何人都可以将其分配给属性，而无需将其注册到中央机构。两个不同方分配相同UUID的概率非常低(1/2128)，因此UUID被认为是唯一的。由于这些设备提供的许多功能都是常见的，因此为预定义的值保留了一系列UUID值，每个值都为常见用例公开了一组操作和数据。为了减少传输的数据量，这些值的长度为16位或32位，并且通过使用蓝牙基本UUID和简单的算术运算来计算实际的UUID。

- 属性句柄是一个非零值，用于引用属性。通过增加属性句柄值，将BLE服务器的所有属性存储在其数据库中。连续的属性不一定要有下一个整型句柄值。属性句柄值之间允许有空格，但句柄值必须按升序排列。

- 属性权限指定是否可以读取和/或写入资源，以及执行此操作所需的安全级别。允许不同的安全组合。例如，属性可能不需要读取权限，但客户端可能必须进行身份验证才能修改资源。

- 属性值可以是固定长度的，也可以是可变长度的。对于可变长度属性值，一个PDU中只允许发送一个属性值。如果该值太长，它可能会被分到多个PDU中。

- 有一种特殊类型的属性不允许读取，但可以写入、通知或指示(我们稍后将讨论最后两个操作)。这些属性称为控制点属性，因为它们主要用于应用程序控制，而不是在设备之间传递数据。

### 3.1.2 ATT属性方法
  ATT协议还定义了读取或写入属性的方法。支持的方法有六种，因此它们定义了六个协议数据单元(PDU)。就ATT协议而言，PDU是将被转发到(或从)较低层，即逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)层接收的分组，并且随后将被封装以在物理链路上发送(或分别被发送到较高层)。这六种方法及其PDU类型是：
- 命令：由客户端发送到服务器并且不调用响应请求：由客户端发送到服务器并且调用响应响应：当接收到请求时由服务器发送到客户端。
- 通知：由服务器发送到客户端，而不调用响应。它们是在客户端没有请求它们的情况下发送的。
- 指示：由服务器发送到客户端，并调用响应。它们是在客户端没有请求它们的情况下发送的。
- 确认：由客户端发送到服务器，作为对指示的确认。

### 3.1.3 GATT介绍
  Generic Attribute Profile(GATT)建立在属性协议(ATT)之上，并为属性协议传输和存储数据提供通用的操作和框架。
  GATT定义了两个角色：服务器和客户端。GATT的角色不一定与特定的GAP角色捆绑在一起，而是可以由更高层的profile指定。
  GATT和ATT不不依赖于特定的controller，可以在BR/EDR和LE中使用。然而，GATT和ATT是在LE中是要求强制实现的，在LE应用中使用GATT来发现设备能够提供的服务。
  GATT服务器存储着属性协议传输需要的数据，接受来自GATT客户端的属性协议请求、命令和确认，GATT服务器发送对请求的响应。可以通过配置，让GATT服务器在发生指定事件时向GATT客户端异步地发送指示和通知。
  GATT规定了GATT服务器上包含的数据的格式，属性协议传输的属性被格式化为服务和特征，服务包含一组特征，特征包含值和描述该特征值的任意数量的描述符。通过规定好的服务、特征和特征描述符的结构，GATT客户端可以遍历GATT服务器并向用户显示特征值，特征描述符以用户可理解的方式对特征值进行描述。
## 3.3 GATT-BASED PROFILE层次结构
  GATT Profile规定了Profile交换数据的结构。此结构定义Profile中使用的基本元素，如服务和特征。结构的顶层是Profile。Profile由实现用例所必需的一个或多个服务组成。服务由特征或对其他服务的引用组成。每个特征都包含一个值，并且可能包含有关该值的可选信息。服务和特征以及特征的组成部分(即，值和描述符)包含Profile数据，存储在服务器的属性中。
* Service：服务是用于实现设备或设备部分的特定功能或特性的数据和相关行为的集合。服务可以引用其他主要或次要服务和/或组成该服务的一组特征。有两种类型的服务：主要服务和次要服务。主要服务是提供设备的主要功能的服务。辅助服务是提供设备的辅助功能并且从该设备上的至少一个主服务引用的服务。为了保持与早期客户端的向后兼容性，服务定义的较新版本只能添加新的引用服务或可选特征。服务定义的较新版本也被禁止更改与服务定义的先前版本相比的行为。服务可以在一个或多个配置文件中使用，以满足特定的用例。
* Referenced Services：引用的服务是将服务器上的另一个服务定义合并为引用它的服务的一部分的方法。当一个服务引用另一个服务时，整个引用的服务将成为新服务的一部分，包括任何嵌套的引用服务和特征。引用的服务仍作为独立服务存在。嵌套参照的深度没有限制。
* Characteristic：特征是在服务中使用的值，以及有关如何访问值的属性和配置信息以及有关如何显示或表示值的信息。特征定义包含特征声明、特征属性和值。它还可以包含描述服务器相对于特征值的值或允许配置的描述符。

## 3.2 CYW43012 SDK应用编程接口
### 3.2.1 SDK架构
  SDK由platform和bt协议栈组成，platform为bt协议栈提供调用controller的接口，可以使用串口或者芯片内部的ipc，bt协议栈主要由HCI_TX和HCI_RX两个任务完成，HCI_TX任务完成串口数据的发送，HCI_RX完成串口数据的接收和协议栈的处理。在协议栈中，回调用户注册的gap和gatt事件回调函数，在回调函数中，处理用户的逻辑。
### 3.2.2 应用编程接口
wiced_bt_stack_init注册蓝牙回调，示例中注册了app_bt_management_callback，当蓝牙准备好时，在回调中处理BTM_ENABLED_EVT事件，启动蓝牙应用，在app_bt_application_init中初始化gatt服务器。
在初始化gatt服务的过程中，通过wiced_bt_gatt_register注册gatt的回调，这个回调是用户的编程接口；通过wiced_bt_gatt_db_init初始化属性表gatt_database，gatt_database是用户定义的gatt profile。
### 3.2.3 自定义profile
根据gatt_database示例，通过PRIMARY_SERVICE_UUID16和CHARACTERISTIC_UUID16定义服务和特征。
## 3.3 SDK调试方法
默认cybt_platform_trace.h中的日志等级是CYBT_TRACE_LEVEL_ERROR，只在出错的时候打印log，用户在遇到问题调试时，可以根据需要调整log等级。
## 3.4 注意事项：取消.heap段从flash加载，减少1M的flash空间占用
startup_psoc6_02_cm4.S中，sdk会从flash复制数据到内存的.heap和.stack段，导致这部分段是READONLY的，占了1M的flash,我理解这部分是在主控做低功耗（standby模式）时heap掉电的时候用于从flash恢复heap中的内容，如果主控不需要stanby模式可以注释相关代码释放1M的flash给到应用。
# 四、创建基于gatt的智能门锁的profile
定义智能门锁的gattdb
```c
//---------------------------服务和特征---------------------------
//智能门铃服务
#define __UUID_SERVICE_SMART_LOCK                       0xD000
//门锁开关
#define __UUID_CHARACTERISTIC_LOCK_SWITCH               0xD001
//密码
#define __UUID_CHARACTERISTIC_LOCK_PASSWORD             0xD002

//门铃铃声
#define __UUID_CHARACTERISTIC_DOORBELL_RINGTONE         0xD003
//音量
#define __UUID_CHARACTERISTIC_VOLUME                    0xD004
//电池电量
#define __UUID_CHARACTERISTIC_BATTERY_LEVEL             0xD005

//离家布防
#define __UUID_CHARACTERISTIC_FORTIFICATION             0xD006
//逗留侦测
#define __UUID_CHARACTERISTIC_STAY_DETECTION            0xD007
//逗留感应距离
#define __UUID_CHARACTERISTIC_STAY_INDUCTION_DISTANCE   0xD008
//逗留保持时间
#define __UUID_CHARACTERISTIC_STAY_INDUCTION_TIME       0xD009

//wifi配网服务
#define __UUID_SERVICE_PROV_WIFI                        0xD100
//WIFI ssid和密码
#define __UUID_CHARACTERISTIC_SSID_AND_PSWD             0xD101

//---------------------------句柄---------------------------------
/* Service Generic Access */
#define SMART_LOCK_SERV                                         0x0001
#define SMART_LOCK_CHARACTER_SWITCH                             0x0002
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_SWITCH                       0x0003

#define SMART_LOCK_CHARACTER_PASSWORD                           0x0004
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_PASSWORD                     0x0005

#define SMART_LOCK_CHARACTER_DOORBELL_RINGTONE                  0x0006
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_DOORBELL_RINGTONE            0x0007

#define SMART_LOCK_CHARACTER_VOLUME                             0x0008
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_VOLUME                       0x0009

#define SMART_LOCK_CHARACTER_BATTERY_LEVEL                      0x000a
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_BATTERY_LEVEL                0x000b

#define SMART_LOCK_CHARACTER_FORTIFICATION                      0x000c
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_FORTIFICATION                0x000d

#define SMART_LOCK_CHARACTER_STAY_DETECTION                     0x000e
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_STAY_DETECTION               0x000f

#define SMART_LOCK_CHARACTER_STAY_INDUCTION_DISTANCE            0x0010
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_STAY_INDUCTION_DISTANCE      0x0011

#define SMART_LOCK_CHARACTER_STAY_INDUCTION_TIME                0x0012
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_STAY_INDUCTION_TIME          0x0013

#define SMART_LOCK_PROV_SERV                                    0x0014 
#define SMART_LOCK_CHARACTER_SSID_AND_PSWD                      0x0015
#define SMART_LOCK_CHARACTER_VALUE_SSID_AND_PSWD                0x0016
```
# 五、门锁任务
门锁任务负责接收其他任务对门锁的请求，在smart_door_init初始化的时候注册用户的门锁驱动，与具体门锁驱动解耦。门锁操作集和门锁结构体定义如下：

```
struct smart_lock_ops
{
    smart_lock_err_t (*smart_lock_switch)(smart_lock_t *lock,uint8_t onoff);
};

struct smart_lock
{
    uint32_t inited :1;
    uint32_t state :1;
    uint32_t rsvd :30;
    uint8_t  msg_num;

rt_thread_t thread;
    rt_mq_t msg;
    struct smart_lock_ops *lock_ops;
};
```
# 六、总结
  有幸参加了rtthread和英飞凌联合举行的开发板测评活动，领到了心心念念的开发板，rtthread工作人员已经适配好了英飞凌CY8C624ABZI的bsp和cyw43012的蓝牙sdk，在实现智能门锁的profile中，主要在回调中处理。开发过程得到了微信群里大佬们的帮助，也学习到了很多，感谢rtthread和英飞凌提供的机会。