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【JOB202005】nRF5x BSP 框架搭建和完善

1、介绍

Nordic nRF5x 系列 MCU 应用广泛，且功能齐全、灵活性高，非常适用于 Bluetooth 低功耗蓝牙和 2.4 GHz 超低功耗无线应用。

目前 RT-Thread BSP 中已经存在 nrf51822 和 nrf52832 两个 nRFx 系列设备 BSP ，不过其功能实现较为简单，且工程结构定义不合理，不利于底层功能的完善和更多 nRF5x 系列设备的添加，也不利于基于该 BSP 的应用开发。为此，本活动希望搭建和完善 nRF5x 系列设备 BSP 框架，接入部分常用 nRF5x 系列设备，并完善 BSP 底层驱动和上层应用。

硬件平台：nrf52832(pca10040)、nrf52840（pca10056）

项目将分为如下几个部分，分别为：

1.1 框架搭建

框架搭建需要确定 BSP 目录结构，可以参考 STM32 BSP 框架目录结构。

目标：列出 nRF5x BSP 框架目录结构，并给出对应目录介绍。

1.2 nRF5 SDK 整理

Nordic 官方提供的 nRF5 SDK 功能齐全，适用于多种 nRF51 和 nRF52 系列开发板，SDK 包括不同类型设备的外设驱动、固件升级（DFU）功能、蓝牙低功耗配置、使用示例等，SDK 下载地址。

目标：移植 nRF5 SDK 并以软件包形式对外提供，主要用于 nRFx BSP 框架中，支持 nRF 系列开发板类型配置，支持对应模块外设驱动配置。

1.3 内核移植

在整理的 nRF5_SDK 基础上，在 nrf52832 、nrf52840 设备上移植 RT-Thread，包括：

  • 实现中断开关、系统调度、 systick 时钟节拍以及异常处理方式 ；
  • 编写链接脚本文件；
  • 通过 scons 脚本编译生成工程文件；
  • 添加 UART 驱动适配；
  • 处理固件烧录问题；

目标：nrf52832、nrf52840 设备上正常运行 RT-Thread 系统，正常运行串口 FinSH 控制台 。

1.4 驱动添加

模块移植完成，需要给 BSP 框架添加更多驱动支持，驱动添加时需要考虑对不同设备的兼容处理，尽量确保驱动通用与多中类型设备。nrf52832、nrf52840 设备上需要添加的驱动有：GPIO、SPI、Flash、TIMER、WDT、PWM、RTC、I2C、USB 等。

目标：完成上述驱动适配，并通过测试框架测试相关驱动。

1.5 应用开发

主要是基于BLE 蓝牙功能的应用开发，包括蓝牙 profile 支持，如：BAS（电池服务）、HRS（心率服务）、BLS（血压服务）、DIS（设备信息服务）、CTS（当前时间服务）等，以及针对不同服务的示例开发。

目标：蓝牙 profile 支持以软件包形式给出，支持配置添加不同类型 profile，profile 服务可在不同 nRFx 系列设备上通用。

2、会议纪要

2020-03-12

  • nrf52832 BSP 使用：熟悉 rt-thread nrf52832 BSP工程，并正常运行使用；
  • nrf5x BSP 框架搭建：搭建基础 BSP 框架，并给出目录结构介绍；
  • nrf5_sdk 软件包整理：熟悉 nrf5_sdk 目录结构和功能；

2020-03-23

  • nrf5x_sdk 软件包整理：整理 nrf 官方 sdk，以软件包形式给出，默认开启基础外设支持，默认支持 nrf52832 和 nrf52840 设备；
  • nrf52840 BSP 添加：基于最新 nrf5x BSP 框架添加 nrf52840 BSP 工程；

2020-04-15

  • 完善 nrf5x 框架：暂时删除 BSP 工程中蓝牙相关功能和代码，使整个 BSP 外设驱动正常运行；尽量使用系统默认 main 函数启动；
  • nrf5x_sdk 软件包完善：软件包到 nRF5_SDK_16.0.0 版本，完善软件包外设配置选项；
  • BSP 外设驱动添加：UART、GPIO、SPI、FLASH、I2C 外设驱动添加；

2020-05-14

  • 分配掉所有BSP外设模块任务
  • 讨论之后的协议栈支持方式，优先支持softdevice，后续nimble做备选
  • 在外设和蓝牙添加都做完之后，开始做BLE SAMPLE
  • 添加低功耗和easyflash等log措施来完善。

2020-07-18

  • guohp1128分享GPIO驱动如何实现。
  • xckhmf 最近出差，项目比较急，暂缓，
  • 在外设和蓝牙添加都做完之后，开始做BLE SAMPLE, sample app 任务已经分配。
  • 下一步，先熟悉相应的sample。
  • 驱动继续完善。

2020-08-11

  • thomas分享“ble 广播以及扫描 ” 分享蓝牙基本功能

  • thomas完成nrf52832的led小灯的完成并提交PR

  • thomas PWM提交PR

2020-08-25

  • ylz0923 分享Watchdong驱动的编写，并提交PR
  • 提供技术支持给大家，如何快速使用官方的nordic的sdk
  • 提供指导方案，如何快速熟悉profile和理解代码
  • guohp112提交ADC的PR

2020-08-30

2020-09-16

  • cheng分享和讨论rtc驱动的编写
  • guohp分享bas的profile的分享
  • yang分享dis的profile的分享
  • thomas分享和分配接下来的任务

2020-10-18

  • guohp分享ble_app_blinky

  • yang工领取任务NFC

2020-11-01

  • cheng分享ble_app_uart 透传，实现console功能

  • xckhmf 领取任务I2C和修复SPI，以及修复UART

  • thomas完成readme文档的编写

2020-11-27

  • xckhmf 分享I2C移植经验
  • 讨论开始着手写BSAL的应用
  • cheng领取任务BSAL_BLE_APP_UART
  • xckhmf 领取任务BSAL_BLE_APP_HRS
  • guohp领取任务BSAL_BLE_APP_BLINKY

3、 路线图

项目大致分为以下几个阶段：

M0: nrf5x BSP 框架搭建

  • 【已完成】BSP框架搭建：目前已完成基础 nrf5x BSP 框架搭建，项目地址；@chenyong
  • 【已完成】目录结构介绍：相关文档；@chenyong

M1: nrf5x_sdk 软件包设计与实现

  • 【已完成】nrf5x_sdk 软件包整理；@Thomas
  • 【已完成】nrf52840 BSP 工程添加；@Thomas

M2: 框架功能完善和外设驱动添加及测试

框架功能完善

  • 【已完成】完善 nrf5x BSP 工程中对蓝牙相关功能依赖关系；@xckhmf（4.20）
  • 【已完成】使用系统默认 main 函数（RT_USING_MAIN）启动；@xckhmf（4.20）
  • 完善 nrf52832/nrf52840 工程 README 文档（参考 STM32 BSP README 文档）；

M3: SOFTDEVICE 功能添加

框架功能完善

  • 【已完成】添加softdevice软件包，完成ble_app_beaconsample；@thomas（7.28）
  • 【正在进行】抽象接口；

M4: 完善softdevice的example

softdevice的example进行完善

  • 【正在进行】完成各个sample的menuconfig脚本，完善文件。
  • 【正在进行】需要各个负责人完善sample和rtthread的bsp的连接；

M5: 将之前的nimble和BSAL用上

已经提交

M6: Mesh example

mesh_example
light_switch_server
light_switch_client

外设驱动添加和测试

外设驱动 申请人 预计完成时间 外设驱动 申请人 预计完成时间
UART @xckhmf 已完成（需要完善多串口） TIMER @chen
GPIO @guohp112 已完成 WDT @Yang 已完成
SPI @Thomas 已完成 PWM @Thomas 已完成
ONCHIP_FLASH/QSPI @Thomas 已完成 RTC @chen 已完成
I2C @xckhmf 已完成 ADC @guohp1128 已完成
BLE SoftDevice @Thomas 已完成ble_app_beacon ble open stack nimble 已完成
USB I2S

软件包功能完善

  • 【正在进行】nrfx 软件包整理添加；@xckhmf （4.18）

  • 【已完成】同步更新软件包到 nRF5_SDK_16.0.0 版本；@Thomas（7.28）

  • 【蓝牙接口】将sample抽象接口；

  • 【完善sample】；

BLE 功能支持完善和应用开发

等待完善。主要处理BLE APP的应用

BLE SAMPLE

APP 申请人 预计完成时间
ble_app_beacon @thomas
ble_app_bas @guohp1128
ble_app_hrs @xckhmf
ble_app_uart @cheng
ble_app_dis @Yang
ble_app_blinky @guohp1128

立即申请

小组成员

guohp1128

熟悉nrf5x的资料。 外设驱动添加和测试。

GPIO 已完成

ADC 已完成

bas profile 分享已完成

ble_app_bas 对接adc驱动

ble_app_blinky 对接gpio驱动

功耗PM管理

xckhmf

熟悉nRF SDK
外设驱动添加和测试

UART有时间继续完善 支持多串口，DMA UARTE

I2C 已完成

ble_app_hrs

Thomas

SPI 完成SPI外设功能 已完成

QSPI flash 已完成

PWM 已完成

softdevice 已完成

ble_app_beacon 已完成

nimble 对接已完成

softdevice sample对接 已完成

chenyingchun0312

RTC 已完成

ble_app_uart 对接finish

基于cotex -M系列的 segger rtt的（DATA,CLOCK）软件包(支持SWO)

HWTIMER驱动

Yang

WDT 已完成

dis分享 已完成

ble_app_dis 已完成

NFC驱动

ble_app_hrs 添加dis和bas服务 已完成

SDK 下载链接：

http://developer.nordicsemi.com/nRF5_SDK/nRF5_SDK_v16.x.x/nRF5_SDK_16.0.0_98a08e2.zip

文档链接：

http://developer.nordicsemi.com/nRF5_SDK/nRF5_SDK_v16.x.x/nRF5_SDK_16.0.0_offline_doc.zip

蓝牙core spec： https://www.bluetooth.com/specifications/bluetooth-core-specification/

蓝牙profile spec: https://www.bluetooth.com/specifications/gatt/

nrf sdk 16.0.0 在线国内文档：

http://doc-nrf5-sdk-v16-0-0.wireless-tech.cn/nrf5/index.html

nRF5 SDK for Mesh v4.0.0 在线国内文档：

http://doc-mesh-sdkapi-v4-0-0.wireless-tech.cn/

nordic DK V0.9.2 换52840之后的bug

https://devzone.nordicsemi.com/nordic/nordic-blog/b/blog/posts/difference-between-nrf52840-engineering-a-and-b-re

青风视频教程：

https://www.bilibili.com/video/BV18Z4y1K7GM/

驱动编写意见：

  1. 尽量转换成nrfx等函数

  2. hardware的初始化init函数，通常可以用INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_pin_init);来代替，不需要放到board.c中

  3. 将自行测试的sample 以命令留存，方便验证：MSH_CMD_EXPORT(ble_app_beacon, ble beacon);

  4. sdk config.h 中尽量不修改，改到Kconfig中，参考softdevice

TODO list:

BSP部分

  1. NFC驱动 ☆☆☆☆ （杨工）
  2. 功耗PM管理 ☆☆☆☆☆ (郭)
  3. USB驱动 ☆☆☆☆☆ （thomas)
  4. HWTIMER驱动 ☆☆☆ (cheng)
  5. 基于cotex -M系列的 segger rtt的（DATA,CLOCK）软件包(支持SWO) ☆☆☆ (陈工，2个功能)

BLE 部分

  1. BSAL 对接（Thomas）
  2. ble_app_bas 要对接adc sample制作和分享 以及 基于BSAL (郭工)
  3. ble_app_dis sample制作和分享 以及BSAL (杨工)
  4. ble_app_uart 和串口对接 并且可以配置 对接finish ☆☆☆☆☆ 以及BSAL （陈工）
  5. ble_app_blinky 和LED BUTTON对接 对接 以及BSAL （郭工）
  6. ble_app_hrs 代码整理和分享 加电池服务BAS和dis服务 ☆☆☆ 以及BSAL （杨工）
  7. ble_central_app 主机APP SAMPLE添加 ☆☆☆☆☆ 以及BSAL （thomas）
  8. ble_hid_mouse 模拟鼠标 以及BSAL （Thomas）

Mesh部分

  1. light_switch_server

  2. light_switch_client

  3. provisioner

  4. 开源mesh协议栈的移植基于BSAL

  5. zephyer mesh

后续项目畅想

  • STM32WB55 支持
  • STM32 IOT board 支持
  • DIY智能家居，天猫精灵对接
  • MICROPYTHON BLE接口对接BSAL
  • nordic zephyr协议栈移植过来当一个软件包和softdevice类似。

产品验收测试：

  • RF
  • DTM测试
  • BQB测试认证