From 312aaf28e618fb1492fe8852ba42c314d54b5351 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lenoyan <642842715@qq.com> Date: Mon, 11 Jul 2022 13:52:41 +0000 Subject: [PATCH 01/14] =?UTF-8?q?=E6=96=B0=E5=BB=BA=20nimble-docs?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- .../rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/.keep | 0 1 file changed, 0 insertions(+), 0 deletions(-) create mode 100644 rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/.keep diff --git a/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/.keep b/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/.keep new file mode 100644 index 0000000..e69de29 -- Gitee From 2125f35f8754ba64398d8d6c26e099b85f75512b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lenoyan <642842715@qq.com> Date: Mon, 11 Jul 2022 13:54:42 +0000 Subject: [PATCH 02/14] =?UTF-8?q?=E6=96=B0=E5=BB=BA=20figures?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- .../rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/.keep | 0 1 file changed, 0 insertions(+), 0 deletions(-) create mode 100644 rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/.keep diff --git a/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/.keep b/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/.keep new file mode 100644 index 0000000..e69de29 -- Gitee From 58526567b2a84ebeb9541dad91e364a38b69f25e Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lenoyan <642842715@qq.com> Date: Mon, 11 Jul 2022 13:56:17 +0000 Subject: [PATCH 03/14] =?UTF-8?q?=E6=B7=BB=E5=8A=A0=20NimBLE=20HCI=20?= =?UTF-8?q?=E5=88=86=E6=9E=90=E6=96=87=E6=A1=A3?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; 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+extern void ble_transport_hs_init(void); + +/* APIs to be implemented by HS/LL side of transports */ +extern int ble_transport_to_ll_cmd_impl(void *buf); +extern int ble_transport_to_ll_acl_impl(struct os_mbuf *om); +extern int ble_transport_to_hs_evt_impl(void *buf); +extern int ble_transport_to_hs_acl_impl(struct os_mbuf *om); +``` + +这些接口在 `transport\include\nimble\transport\monitor.h` 中被引用： + +```c++ +static inline int +ble_transport_to_ll_cmd(void *buf) +{ + return ble_transport_to_ll_cmd_impl(buf); +} + +static inline int +ble_transport_to_ll_acl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_transport_to_ll_acl_impl(om); +} + +static inline int +ble_transport_to_hs_evt(void *buf) +{ + return ble_transport_to_hs_evt_impl(buf); +} + +static inline int +ble_transport_to_hs_acl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_transport_to_hs_acl_impl(om); +} +``` + +看完这个文件，大概明白了，之前官方文档图中提到的 HCI 4个接口，在这里与对应的 *_impl() 接口绑定了起来。而 *impl() 接口就是官方提供给开发者具体实现对接的接口。 + +由于 Host 和 Contoller 是双向交互的，所以发送与接收 HCI 包接口是要完整实现的，也就是大多数情况下上述 4 个 *impl() 接口都需要全部实现。 + + + +## 分析 UART 对接 HCI 层官方例程 + +官方提供了一个使用 UART 对接 HCI 层的例程，源码文件为 `nimble/transport/uart/src/hci_uart.c` + +首先找到熟悉的接口：代码中显式实现了 `ble_transport_to_hs_evt_impl` 以及 `ble_transport_to_hs_acl_impl` ，这两个接口中基本上就是使用 uart 向 host 发送数据包，涉及到某个板子 uart 发送数据的具体细节，这里不过多关注。 + +看完上面两个接口，其实 HCI 中向 Host 发送数据包功能算实现完了，且当前文件中没有实现其他的 impl 接口，很容易能想到，这是写的 Controller 端的 HCI 层代码。 + +有了这个定性信息，可以开始分析如何从 uart 中接收 Host 层发来的数据包。 + +通过 uart 初始化函数找到 uart 接收回调函数： + +```c++ +// uart 初始化函数 +rc = hal_uart_init_cbs(MYNEWT_VAL(BLE_TRANSPORT_UART_PORT), + hci_uart_tx_char, NULL, + hci_uart_rx_char, NULL); +``` +```c++ +// uart 接收回调函数 +static int hci_uart_rx_char(void *arg, uint8_t data) +{ + hci_h4_sm_rx(&hci_uart_h4sm, &data, 1); + return 0; +} +``` + +可以看到每接收一个字符，都使用 `hci_h4_sm_rx` 进行接收。该函数声明在 `transport\common\hci_h4\include\nimble\transport\hci_h4.h` 文件下，是关于 H4 的一个函数，大概看一下具体定义，接收字符后有一个组帧判断的过程。看一下 `hci_h4.h` 下比较关键的两个接口： + +```c++ +void hci_h4_sm_init(struct hci_h4_sm *h4sm, + const struct hci_h4_allocators *allocs, + hci_h4_frame_cb *frame_cb); + +int hci_h4_sm_rx(struct hci_h4_sm *h4sm, const uint8_t *buf, uint16_t len); +``` + +`hci_h4_sm_init()` 中出现了一个 `hci_h4_frame_cb *frame_cb` 参数，这是一个函数指针参数，初步猜测用于回调函数的注册。且在 + +`hci_uart.c` 代码中，也找到了 `hci_h4_sm_init()` 相关调用： + +```c++ +244: hci_h4_sm_init(&hci_uart_h4sm, &hci_h4_allocs_from_hs, hci_uart_frame_cb) +``` + +这里将 `hci_uart_frame_cb` 注册成了回调函数，源码中定义如下： + +```c++ +static int +hci_uart_frame_cb(uint8_t pkt_type, void *data) +{ + switch (pkt_type) { + case HCI_H4_CMD: + return ble_transport_to_ll_cmd(data); + case HCI_H4_ACL: + return ble_transport_to_ll_acl(data); + default: + assert(0); + break; + } + return -1; +} +``` + +`hci_uart_frame_cb` 基本上是对一个完整的 HCI 包的处理，根据不同的类型使用 `ble_transport_to_ll_cmd` 和 `ble_transport_to_ll_acl` 传输给 Link Layer 层( Link Layer 是 Controller 上的一个层次，更加确定这是 Controller 上的 HCI 层实现 )。 + +结合 `hci_uart.c` 中对 `hci_h4_sm` 的使用，以及对 `hci_h4_sm` 相关接口源码的分析，`hci_h4_sm` 其实是官方提供的一个类似保证包完整性的东西，用于判断一帧完整的 HCI 数据包，并且提供组包完成回调函数的机制。 + +看到这里，大概脉络应该已经捋清楚了。这是一个 Controller 上的 UART HCI 层对接实现： + +1. 向 Host 发送 HCI 包：主要通过显式实现 `ble_transport_to_hs_evt_impl` 以及 `ble_transport_to_hs_acl_impl` 接口实现，具体何时被调用，协议栈已经自动处理好。 +2. 从 Host 接收 HCI 包：主要是使用的 hci_h4 中的组包接口，hci_h4_sm 即一个组包的状态机实例，通过 `hci_h4_sm_rx` 接收 uart 接收到的字符，在判断 hci 包完整接收时调用提前注册好的 回调函数 `hci_h4_frame_cb` 。 `hci_h4_frame_cb` 里则实现了将 uart 接收到的包传递给 LL 层，进而 Controller 可以对 Host 传下来的命令或数据做出响应动作。 + + + +## 完整的 HCI 层实现 + +### Controller 使用 UART 做 HCI 层数据传输 + +开始说到无论在什么情况下都要完成 HCI 层中 4个主要接口的实现，当前 `hci_uart.c` 中只找到了两个接口的实现，还有另外两个接口在哪呢。使用全局搜索在 `nimble\controller\src\ble_ll.c` 下找到了另外两个接口的实现： + +```c++ +/* Transport APIs for LL side */ + +int +ble_transport_to_ll_cmd_impl(void *buf) +{ + return ble_ll_hci_cmd_rx(buf, NULL); +} + +int +ble_transport_to_ll_acl_impl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_ll_hci_acl_rx(om, NULL); +} +``` + +因为目前默认在 Controller 端实现 HCI 层，剩下未实现的两个接口在 Controller 源码下实现了。 + + + +### Host 使用 UART 做 HCI 层数据传输 + +那么假设当前需要实现 Host 端的 HCI 层，且还是需要使用 UART 对接。那么需要实现对接 UART 的接口应该刚好和 `hci_uart.c` 中相反。 + +需要在对接源码中，实现 `ble_transport_to_ll_cmd_impl` 和 `ble_transport_to_ll_acl_impl` 发送接口，具体同样也是使用 UART 发送包。相应的，在 `nimble\host\src\ble_hs.c` 下找到了以下两个接口的实现： + +```c++ +/* Transport APIs for HS side */ + +int +ble_transport_to_hs_evt_impl(void *buf) +{ + return ble_hs_hci_rx_evt(buf, NULL); +} + +int +ble_transport_to_hs_acl_impl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_hs_rx_data(om, NULL); +} +``` + +也就实现了 Host端 HCI 层的完整搭建。 + + + +- 在使用 UART 对接 HCI 层时，是默认当前环境只跑了 Host 或 Controller 中的一端，因此 `nimble\controller\src\ble_ll.c` 和 + + `nimble\host\src\ble_hs.c` 不会同时参与编译，自然也不会引起一些 `*impl()` 接口重复定义的错误。 + + + +### 不需要其他接口进行 HCI 传输 + +当 Host 与 Controller 跑在同一环境中，不需要对接具体的数据传输接口， `nimble\controller\src\ble_ll.c` 和 + + `nimble\host\src\ble_hs.c` 同时参与编译，此时无需再编写额外的代码，即可完整实现整个 HCI 层。 + + + +## 总结 + +在较早的版本中，NimBLE 对接 HCI 层需要实现以下接口([参考文档](https://github.com/Jackistang/HM/blob/rtthread/docs/HCI_Tramsport.md))： + +```c++ +int ble_hci_trans_hs_cmd_tx(uint8_t *cmd); +int ble_hci_trans_hs_acl_tx(struct os_mbuf *om); +void ble_hci_trans_cfg_hs(ble_hci_trans_rx_cmd_fn *cmd_cb, + void *cmd_arg, + ble_hci_trans_rx_acl_fn *acl_cb, + void *acl_arg); + +uint8_t *ble_hci_trans_buf_alloc(int type); +void ble_hci_trans_buf_free(uint8_t *buf); +int ble_hci_trans_set_acl_free_cb(os_mempool_put_fn *cb, void *arg); + +int ble_hci_trans_reset(void); +``` + +可以看出来有一些麻烦，除了处理数据传输方向，还有处理数据包的内存申请与释放，实现起来较为复杂。 + +当前版本中官方对 HCI 层进行了重构，在 `transport.c` 中统一处理了数据包的内存申请与释放；让开发者专注于处理数据的发送与接收方式，并且提供了 H4 类型的 HCI 包接收工具，更加方便开发者的对接使用。 + -- Gitee From a1fb4738956bed16a9d7a02be971653682089f2d Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lenoyan <642842715@qq.com> Date: Mon, 11 Jul 2022 13:57:34 +0000 Subject: [PATCH 04/14] =?UTF-8?q?=E5=88=A0=E9=99=A4=E6=96=87=E4=BB=B6=20rt?= =?UTF-8?q?-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/?= =?UTF-8?q?figures/NimBLE=20HCI=20=E5=B1=82=E5=88=86=E6=9E=90.md?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- ...I \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" | 261 ------------------ 1 file changed, 261 deletions(-) delete mode 100644 "rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" diff --git "a/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" "b/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" deleted file mode 100644 index cc9da8a..0000000 --- "a/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" +++ /dev/null @@ -1,261 +0,0 @@ -# NimBLE HCI 层分析 - -本文主要分析了 [Apache NimBLE](https://github.com/apache/mynewt-nimble) v1.5 版本的 BLE HCI 层设计，并分析了官方仓库自带 UART 对接例程；关于 BLE 层次结构可以先看一下这篇[参考文档](https://supperthomas-wiki.readthedocs.io/en/latest/ble/00_ble_introduce/BLE_introduce.html#id2)。 - -## NimBLE 目录结构 - -``` -NimBLE - ├───apps /* Bluetooth 示例应用程序 */ - ├───docs /* 官方文档及 API 说明 */ - ├───ext - ├───nimble - │ ├───controller /* Controller 实现 */ - │ ├───doc /* 当前包含 transport 层说明文档 */ - │ ├───drivers /* Nordic 系列 Phy 驱动 */ - │ ├───host /* Host Stack(主机控制器)实现 */ - │ ├───include - │ ├───src - │ └───transport /* HCI 传输抽象层 */ - └───porting /* OS 抽象层及系统配置 */ -``` - -- 观察目录，可以看出 NimBLE 是实现了 Host 与 Controller 分离的，在[官方介绍](https://github.com/apache/mynewt-nimble)中也有说明。 -- nimble 的 Host 可以跑在任一芯片上；Controller 则限制比较多，需要有特殊的硬件以及驱动支持。 -- `nimble/controller` 则是 Controller 相关代码； `nimble/host` 对应 Host 代码； `nimble/transport` 就是 HCI 层代码；这一版本 `nimble/doc` 下还包含了 HCI 层的说明文档 `transport.md`。 -- 顺带一提，porting 目录下是 OS 抽象层及系统配置； rt-thread 的移植就实现在 `porting/npl` 下。 - -## NimBLE HCI 层 - -> 主机控制接口层（Host Controller Interface，简写 HCI）：HCI是可选的，主要用于2颗芯片实现BLE协议栈的场合（一个当作 Host 一个当作 Controller），用来规范两者之间的通信协议和通信命令等。 - -NimBLE HCI 层主要是了解 `nimble/transport` 下的内容。首先看一下官方文档 `nimble/doc/transport.md` 中对 transport 层的说明，主要看下面这张图： - -![hci_interface](image/hci_interface.png) - -HCI 层包括这4接口：Host 从 Controller 端接收接口 `ble_transport_to_hs_evt` 和 `ble_transport_to_hs_acl`；以及 Host 向 Controller 发送接口 `ble_transport_to_ll_cmd` 和 `ble_transport_to_ll_acl`。 - -在目录下，官方流出的接口定义主要包含在下面几个文件中： - -``` -transport - └───inlucde - ├───nimble - │ └───transport - │ └───monitor.h - ├───transport_impl.h - └───transport.h -``` - -其中比较重要的是 `transport_impl.h` 文件，从名字也可以看出这是一个需要实现的接口定义文件，其主要内容如下： - -```c++ -/* Init functions to be implemented for transport acting as HS/LL side */ -extern void ble_transport_ll_init(void); -extern void ble_transport_hs_init(void); - -/* APIs to be implemented by HS/LL side of transports */ -extern int ble_transport_to_ll_cmd_impl(void *buf); -extern int ble_transport_to_ll_acl_impl(struct os_mbuf *om); -extern int ble_transport_to_hs_evt_impl(void *buf); -extern int ble_transport_to_hs_acl_impl(struct os_mbuf *om); -``` - -这些接口在 `transport\include\nimble\transport\monitor.h` 中被引用： - -```c++ -static inline int -ble_transport_to_ll_cmd(void *buf) -{ - return ble_transport_to_ll_cmd_impl(buf); -} - -static inline int -ble_transport_to_ll_acl(struct os_mbuf *om) -{ - return ble_transport_to_ll_acl_impl(om); -} - -static inline int -ble_transport_to_hs_evt(void *buf) -{ - return ble_transport_to_hs_evt_impl(buf); -} - -static inline int -ble_transport_to_hs_acl(struct os_mbuf *om) -{ - return ble_transport_to_hs_acl_impl(om); -} -``` - -看完这个文件，大概明白了，之前官方文档图中提到的 HCI 4个接口，在这里与对应的 *_impl() 接口绑定了起来。而 *impl() 接口就是官方提供给开发者具体实现对接的接口。 - -由于 Host 和 Contoller 是双向交互的，所以发送与接收 HCI 包接口是要完整实现的，也就是大多数情况下上述 4 个 *impl() 接口都需要全部实现。 - - - -## 分析 UART 对接 HCI 层官方例程 - -官方提供了一个使用 UART 对接 HCI 层的例程，源码文件为 `nimble/transport/uart/src/hci_uart.c` - -首先找到熟悉的接口：代码中显式实现了 `ble_transport_to_hs_evt_impl` 以及 `ble_transport_to_hs_acl_impl` ，这两个接口中基本上就是使用 uart 向 host 发送数据包，涉及到某个板子 uart 发送数据的具体细节，这里不过多关注。 - -看完上面两个接口，其实 HCI 中向 Host 发送数据包功能算实现完了，且当前文件中没有实现其他的 impl 接口，很容易能想到，这是写的 Controller 端的 HCI 层代码。 - -有了这个定性信息，可以开始分析如何从 uart 中接收 Host 层发来的数据包。 - -通过 uart 初始化函数找到 uart 接收回调函数： - -```c++ -// uart 初始化函数 -rc = hal_uart_init_cbs(MYNEWT_VAL(BLE_TRANSPORT_UART_PORT), - hci_uart_tx_char, NULL, - hci_uart_rx_char, NULL); -``` -```c++ -// uart 接收回调函数 -static int hci_uart_rx_char(void *arg, uint8_t data) -{ - hci_h4_sm_rx(&hci_uart_h4sm, &data, 1); - return 0; -} -``` - -可以看到每接收一个字符，都使用 `hci_h4_sm_rx` 进行接收。该函数声明在 `transport\common\hci_h4\include\nimble\transport\hci_h4.h` 文件下，是关于 H4 的一个函数，大概看一下具体定义，接收字符后有一个组帧判断的过程。看一下 `hci_h4.h` 下比较关键的两个接口： - -```c++ -void hci_h4_sm_init(struct hci_h4_sm *h4sm, - const struct hci_h4_allocators *allocs, - hci_h4_frame_cb *frame_cb); - -int hci_h4_sm_rx(struct hci_h4_sm *h4sm, const uint8_t *buf, uint16_t len); -``` - -`hci_h4_sm_init()` 中出现了一个 `hci_h4_frame_cb *frame_cb` 参数，这是一个函数指针参数，初步猜测用于回调函数的注册。且在 - -`hci_uart.c` 代码中，也找到了 `hci_h4_sm_init()` 相关调用： - -```c++ -244: hci_h4_sm_init(&hci_uart_h4sm, &hci_h4_allocs_from_hs, hci_uart_frame_cb) -``` - -这里将 `hci_uart_frame_cb` 注册成了回调函数，源码中定义如下： - -```c++ -static int -hci_uart_frame_cb(uint8_t pkt_type, void *data) -{ - switch (pkt_type) { - case HCI_H4_CMD: - return ble_transport_to_ll_cmd(data); - case HCI_H4_ACL: - return ble_transport_to_ll_acl(data); - default: - assert(0); - break; - } - return -1; -} -``` - -`hci_uart_frame_cb` 基本上是对一个完整的 HCI 包的处理，根据不同的类型使用 `ble_transport_to_ll_cmd` 和 `ble_transport_to_ll_acl` 传输给 Link Layer 层( Link Layer 是 Controller 上的一个层次，更加确定这是 Controller 上的 HCI 层实现 )。 - -结合 `hci_uart.c` 中对 `hci_h4_sm` 的使用，以及对 `hci_h4_sm` 相关接口源码的分析，`hci_h4_sm` 其实是官方提供的一个类似保证包完整性的东西，用于判断一帧完整的 HCI 数据包，并且提供组包完成回调函数的机制。 - -看到这里，大概脉络应该已经捋清楚了。这是一个 Controller 上的 UART HCI 层对接实现： - -1. 向 Host 发送 HCI 包：主要通过显式实现 `ble_transport_to_hs_evt_impl` 以及 `ble_transport_to_hs_acl_impl` 接口实现，具体何时被调用，协议栈已经自动处理好。 -2. 从 Host 接收 HCI 包：主要是使用的 hci_h4 中的组包接口，hci_h4_sm 即一个组包的状态机实例，通过 `hci_h4_sm_rx` 接收 uart 接收到的字符，在判断 hci 包完整接收时调用提前注册好的 回调函数 `hci_h4_frame_cb` 。 `hci_h4_frame_cb` 里则实现了将 uart 接收到的包传递给 LL 层，进而 Controller 可以对 Host 传下来的命令或数据做出响应动作。 - - - -## 完整的 HCI 层实现 - -### Controller 使用 UART 做 HCI 层数据传输 - -开始说到无论在什么情况下都要完成 HCI 层中 4个主要接口的实现，当前 `hci_uart.c` 中只找到了两个接口的实现，还有另外两个接口在哪呢。使用全局搜索在 `nimble\controller\src\ble_ll.c` 下找到了另外两个接口的实现： - -```c++ -/* Transport APIs for LL side */ - -int -ble_transport_to_ll_cmd_impl(void *buf) -{ - return ble_ll_hci_cmd_rx(buf, NULL); -} - -int -ble_transport_to_ll_acl_impl(struct os_mbuf *om) -{ - return ble_ll_hci_acl_rx(om, NULL); -} -``` - -因为目前默认在 Controller 端实现 HCI 层，剩下未实现的两个接口在 Controller 源码下实现了。 - - - -### Host 使用 UART 做 HCI 层数据传输 - -那么假设当前需要实现 Host 端的 HCI 层，且还是需要使用 UART 对接。那么需要实现对接 UART 的接口应该刚好和 `hci_uart.c` 中相反。 - -需要在对接源码中，实现 `ble_transport_to_ll_cmd_impl` 和 `ble_transport_to_ll_acl_impl` 发送接口，具体同样也是使用 UART 发送包。相应的，在 `nimble\host\src\ble_hs.c` 下找到了以下两个接口的实现： - -```c++ -/* Transport APIs for HS side */ - -int -ble_transport_to_hs_evt_impl(void *buf) -{ - return ble_hs_hci_rx_evt(buf, NULL); -} - -int -ble_transport_to_hs_acl_impl(struct os_mbuf *om) -{ - return ble_hs_rx_data(om, NULL); -} -``` - -也就实现了 Host端 HCI 层的完整搭建。 - - - -- 在使用 UART 对接 HCI 层时，是默认当前环境只跑了 Host 或 Controller 中的一端，因此 `nimble\controller\src\ble_ll.c` 和 - - `nimble\host\src\ble_hs.c` 不会同时参与编译，自然也不会引起一些 `*impl()` 接口重复定义的错误。 - - - -### 不需要其他接口进行 HCI 传输 - -当 Host 与 Controller 跑在同一环境中，不需要对接具体的数据传输接口， `nimble\controller\src\ble_ll.c` 和 - - `nimble\host\src\ble_hs.c` 同时参与编译，此时无需再编写额外的代码，即可完整实现整个 HCI 层。 - - - -## 总结 - -在较早的版本中，NimBLE 对接 HCI 层需要实现以下接口([参考文档](https://github.com/Jackistang/HM/blob/rtthread/docs/HCI_Tramsport.md))： - -```c++ -int ble_hci_trans_hs_cmd_tx(uint8_t *cmd); -int ble_hci_trans_hs_acl_tx(struct os_mbuf *om); -void ble_hci_trans_cfg_hs(ble_hci_trans_rx_cmd_fn *cmd_cb, - void *cmd_arg, - ble_hci_trans_rx_acl_fn *acl_cb, - void *acl_arg); - -uint8_t *ble_hci_trans_buf_alloc(int type); -void ble_hci_trans_buf_free(uint8_t *buf); -int ble_hci_trans_set_acl_free_cb(os_mempool_put_fn *cb, void *arg); - -int ble_hci_trans_reset(void); -``` - -可以看出来有一些麻烦，除了处理数据传输方向，还有处理数据包的内存申请与释放，实现起来较为复杂。 - -当前版本中官方对 HCI 层进行了重构，在 `transport.c` 中统一处理了数据包的内存申请与释放；让开发者专注于处理数据的发送与接收方式，并且提供了 H4 类型的 HCI 包接收工具，更加方便开发者的对接使用。 - -- Gitee From 0575318559f45717fd4f48758f11c119057a0a45 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lenoyan <642842715@qq.com> Date: Mon, 11 Jul 2022 13:58:47 +0000 Subject: [PATCH 05/14] =?UTF-8?q?=E6=B7=BB=E5=8A=A0=20NimBLE=20HCI=20?= =?UTF-8?q?=E5=88=86=E6=9E=90=E6=96=87=E6=A1=A3?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- ...I \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" | 261 ++++++++++++++++++ 1 file changed, 261 insertions(+) create mode 100644 "rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" diff --git "a/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" "b/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" new file mode 100644 index 0000000..c911c1a --- /dev/null +++ "b/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/NimBLE HCI \345\261\202\345\210\206\346\236\220.md" @@ -0,0 +1,261 @@ +# NimBLE HCI 层分析 + +本文主要分析了 [Apache NimBLE](https://github.com/apache/mynewt-nimble) v1.5 版本的 BLE HCI 层设计，并分析了官方仓库自带 UART 对接例程；关于 BLE 层次结构可以先看一下这篇[参考文档](https://supperthomas-wiki.readthedocs.io/en/latest/ble/00_ble_introduce/BLE_introduce.html#id2)。 + +## NimBLE 目录结构 + +``` +NimBLE + ├───apps /* Bluetooth 示例应用程序 */ + ├───docs /* 官方文档及 API 说明 */ + ├───ext + ├───nimble + │ ├───controller /* Controller 实现 */ + │ ├───doc /* 当前包含 transport 层说明文档 */ + │ ├───drivers /* Nordic 系列 Phy 驱动 */ + │ ├───host /* Host Stack(主机控制器)实现 */ + │ ├───include + │ ├───src + │ └───transport /* HCI 传输抽象层 */ + └───porting /* OS 抽象层及系统配置 */ +``` + +- 观察目录，可以看出 NimBLE 是实现了 Host 与 Controller 分离的，在[官方介绍](https://github.com/apache/mynewt-nimble)中也有说明。 +- nimble 的 Host 可以跑在任一芯片上；Controller 则限制比较多，需要有特殊的硬件以及驱动支持。 +- `nimble/controller` 则是 Controller 相关代码； `nimble/host` 对应 Host 代码； `nimble/transport` 就是 HCI 层代码；这一版本 `nimble/doc` 下还包含了 HCI 层的说明文档 `transport.md`。 +- 顺带一提，porting 目录下是 OS 抽象层及系统配置； rt-thread 的移植就实现在 `porting/npl` 下。 + +## NimBLE HCI 层 + +> 主机控制接口层（Host Controller Interface，简写 HCI）：HCI是可选的，主要用于2颗芯片实现BLE协议栈的场合（一个当作 Host 一个当作 Controller），用来规范两者之间的通信协议和通信命令等。 + +NimBLE HCI 层主要是了解 `nimble/transport` 下的内容。首先看一下官方文档 `nimble/doc/transport.md` 中对 transport 层的说明，主要看下面这张图： + +![hci_interface](figures/hci_interface.png) + +HCI 层包括这4接口：Host 从 Controller 端接收接口 `ble_transport_to_hs_evt` 和 `ble_transport_to_hs_acl`；以及 Host 向 Controller 发送接口 `ble_transport_to_ll_cmd` 和 `ble_transport_to_ll_acl`。 + +在目录下，官方流出的接口定义主要包含在下面几个文件中： + +``` +transport + └───inlucde + ├───nimble + │ └───transport + │ └───monitor.h + ├───transport_impl.h + └───transport.h +``` + +其中比较重要的是 `transport_impl.h` 文件，从名字也可以看出这是一个需要实现的接口定义文件，其主要内容如下： + +```c++ +/* Init functions to be implemented for transport acting as HS/LL side */ +extern void ble_transport_ll_init(void); +extern void ble_transport_hs_init(void); + +/* APIs to be implemented by HS/LL side of transports */ +extern int ble_transport_to_ll_cmd_impl(void *buf); +extern int ble_transport_to_ll_acl_impl(struct os_mbuf *om); +extern int ble_transport_to_hs_evt_impl(void *buf); +extern int ble_transport_to_hs_acl_impl(struct os_mbuf *om); +``` + +这些接口在 `transport\include\nimble\transport\monitor.h` 中被引用： + +```c++ +static inline int +ble_transport_to_ll_cmd(void *buf) +{ + return ble_transport_to_ll_cmd_impl(buf); +} + +static inline int +ble_transport_to_ll_acl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_transport_to_ll_acl_impl(om); +} + +static inline int +ble_transport_to_hs_evt(void *buf) +{ + return ble_transport_to_hs_evt_impl(buf); +} + +static inline int +ble_transport_to_hs_acl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_transport_to_hs_acl_impl(om); +} +``` + +看完这个文件，大概明白了，之前官方文档图中提到的 HCI 4个接口，在这里与对应的 *_impl() 接口绑定了起来。而 *impl() 接口就是官方提供给开发者具体实现对接的接口。 + +由于 Host 和 Contoller 是双向交互的，所以发送与接收 HCI 包接口是要完整实现的，也就是大多数情况下上述 4 个 *impl() 接口都需要全部实现。 + + + +## 分析 UART 对接 HCI 层官方例程 + +官方提供了一个使用 UART 对接 HCI 层的例程，源码文件为 `nimble/transport/uart/src/hci_uart.c` + +首先找到熟悉的接口：代码中显式实现了 `ble_transport_to_hs_evt_impl` 以及 `ble_transport_to_hs_acl_impl` ，这两个接口中基本上就是使用 uart 向 host 发送数据包，涉及到某个板子 uart 发送数据的具体细节，这里不过多关注。 + +看完上面两个接口，其实 HCI 中向 Host 发送数据包功能算实现完了，且当前文件中没有实现其他的 impl 接口，很容易能想到，这是写的 Controller 端的 HCI 层代码。 + +有了这个定性信息，可以开始分析如何从 uart 中接收 Host 层发来的数据包。 + +通过 uart 初始化函数找到 uart 接收回调函数： + +```c++ +// uart 初始化函数 +rc = hal_uart_init_cbs(MYNEWT_VAL(BLE_TRANSPORT_UART_PORT), + hci_uart_tx_char, NULL, + hci_uart_rx_char, NULL); +``` +```c++ +// uart 接收回调函数 +static int hci_uart_rx_char(void *arg, uint8_t data) +{ + hci_h4_sm_rx(&hci_uart_h4sm, &data, 1); + return 0; +} +``` + +可以看到每接收一个字符，都使用 `hci_h4_sm_rx` 进行接收。该函数声明在 `transport\common\hci_h4\include\nimble\transport\hci_h4.h` 文件下，是关于 H4 的一个函数，大概看一下具体定义，接收字符后有一个组帧判断的过程。看一下 `hci_h4.h` 下比较关键的两个接口： + +```c++ +void hci_h4_sm_init(struct hci_h4_sm *h4sm, + const struct hci_h4_allocators *allocs, + hci_h4_frame_cb *frame_cb); + +int hci_h4_sm_rx(struct hci_h4_sm *h4sm, const uint8_t *buf, uint16_t len); +``` + +`hci_h4_sm_init()` 中出现了一个 `hci_h4_frame_cb *frame_cb` 参数，这是一个函数指针参数，初步猜测用于回调函数的注册。且在 + +`hci_uart.c` 代码中，也找到了 `hci_h4_sm_init()` 相关调用： + +```c++ +244: hci_h4_sm_init(&hci_uart_h4sm, &hci_h4_allocs_from_hs, hci_uart_frame_cb) +``` + +这里将 `hci_uart_frame_cb` 注册成了回调函数，源码中定义如下： + +```c++ +static int +hci_uart_frame_cb(uint8_t pkt_type, void *data) +{ + switch (pkt_type) { + case HCI_H4_CMD: + return ble_transport_to_ll_cmd(data); + case HCI_H4_ACL: + return ble_transport_to_ll_acl(data); + default: + assert(0); + break; + } + return -1; +} +``` + +`hci_uart_frame_cb` 基本上是对一个完整的 HCI 包的处理，根据不同的类型使用 `ble_transport_to_ll_cmd` 和 `ble_transport_to_ll_acl` 传输给 Link Layer 层( Link Layer 是 Controller 上的一个层次，更加确定这是 Controller 上的 HCI 层实现 )。 + +结合 `hci_uart.c` 中对 `hci_h4_sm` 的使用，以及对 `hci_h4_sm` 相关接口源码的分析，`hci_h4_sm` 其实是官方提供的一个类似保证包完整性的东西，用于判断一帧完整的 HCI 数据包，并且提供组包完成回调函数的机制。 + +看到这里，大概脉络应该已经捋清楚了。这是一个 Controller 上的 UART HCI 层对接实现： + +1. 向 Host 发送 HCI 包：主要通过显式实现 `ble_transport_to_hs_evt_impl` 以及 `ble_transport_to_hs_acl_impl` 接口实现，具体何时被调用，协议栈已经自动处理好。 +2. 从 Host 接收 HCI 包：主要是使用的 hci_h4 中的组包接口，hci_h4_sm 即一个组包的状态机实例，通过 `hci_h4_sm_rx` 接收 uart 接收到的字符，在判断 hci 包完整接收时调用提前注册好的 回调函数 `hci_h4_frame_cb` 。 `hci_h4_frame_cb` 里则实现了将 uart 接收到的包传递给 LL 层，进而 Controller 可以对 Host 传下来的命令或数据做出响应动作。 + + + +## 完整的 HCI 层实现 + +### Controller 使用 UART 做 HCI 层数据传输 + +开始说到无论在什么情况下都要完成 HCI 层中 4个主要接口的实现，当前 `hci_uart.c` 中只找到了两个接口的实现，还有另外两个接口在哪呢。使用全局搜索在 `nimble\controller\src\ble_ll.c` 下找到了另外两个接口的实现： + +```c++ +/* Transport APIs for LL side */ + +int +ble_transport_to_ll_cmd_impl(void *buf) +{ + return ble_ll_hci_cmd_rx(buf, NULL); +} + +int +ble_transport_to_ll_acl_impl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_ll_hci_acl_rx(om, NULL); +} +``` + +因为目前默认在 Controller 端实现 HCI 层，剩下未实现的两个接口在 Controller 源码下实现了。 + + + +### Host 使用 UART 做 HCI 层数据传输 + +那么假设当前需要实现 Host 端的 HCI 层，且还是需要使用 UART 对接。那么需要实现对接 UART 的接口应该刚好和 `hci_uart.c` 中相反。 + +需要在对接源码中，实现 `ble_transport_to_ll_cmd_impl` 和 `ble_transport_to_ll_acl_impl` 发送接口，具体同样也是使用 UART 发送包。相应的，在 `nimble\host\src\ble_hs.c` 下找到了以下两个接口的实现： + +```c++ +/* Transport APIs for HS side */ + +int +ble_transport_to_hs_evt_impl(void *buf) +{ + return ble_hs_hci_rx_evt(buf, NULL); +} + +int +ble_transport_to_hs_acl_impl(struct os_mbuf *om) +{ + return ble_hs_rx_data(om, NULL); +} +``` + +也就实现了 Host端 HCI 层的完整搭建。 + + + +- 在使用 UART 对接 HCI 层时，是默认当前环境只跑了 Host 或 Controller 中的一端，因此 `nimble\controller\src\ble_ll.c` 和 + + `nimble\host\src\ble_hs.c` 不会同时参与编译，自然也不会引起一些 `*impl()` 接口重复定义的错误。 + + + +### 不需要其他接口进行 HCI 传输 + +当 Host 与 Controller 跑在同一环境中，不需要对接具体的数据传输接口， `nimble\controller\src\ble_ll.c` 和 + + `nimble\host\src\ble_hs.c` 同时参与编译，此时无需再编写额外的代码，即可完整实现整个 HCI 层。 + + + +## 总结 + +在较早的版本中，NimBLE 对接 HCI 层需要实现以下接口([参考文档](https://github.com/Jackistang/HM/blob/rtthread/docs/HCI_Tramsport.md))： + +```c++ +int ble_hci_trans_hs_cmd_tx(uint8_t *cmd); +int ble_hci_trans_hs_acl_tx(struct os_mbuf *om); +void ble_hci_trans_cfg_hs(ble_hci_trans_rx_cmd_fn *cmd_cb, + void *cmd_arg, + ble_hci_trans_rx_acl_fn *acl_cb, + void *acl_arg); + +uint8_t *ble_hci_trans_buf_alloc(int type); +void ble_hci_trans_buf_free(uint8_t *buf); +int ble_hci_trans_set_acl_free_cb(os_mempool_put_fn *cb, void *arg); + +int ble_hci_trans_reset(void); +``` + +可以看出来有一些麻烦，除了处理数据传输方向，还有处理数据包的内存申请与释放，实现起来较为复杂。 + +当前版本中官方对 HCI 层进行了重构，在 `transport.c` 中统一处理了数据包的内存申请与释放；让开发者专注于处理数据的发送与接收方式，并且提供了 H4 类型的 HCI 包接收工具，更加方便开发者的对接使用。 + -- Gitee From 0ff2956c9f5fbd76e9429e70d8547799a08415ca Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lenoyan <642842715@qq.com> Date: Mon, 11 Jul 2022 13:59:09 +0000 Subject: [PATCH 06/14] =?UTF-8?q?=E6=B7=BB=E5=8A=A0=20NimBLE=20HCI=20?= =?UTF-8?q?=E5=88=86=E6=9E=90=E6=96=87=E6=A1=A3=20=E5=9B=BE=E7=89=87?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- .../nimble-docs/figures/hci_interface.png | Bin 0 -> 11280 bytes 1 file changed, 0 insertions(+), 0 deletions(-) create mode 100644 rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/hci_interface.png diff --git a/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/hci_interface.png b/rt-thread-version/rt-thread-standard/packages-manual/nimble-docs/figures/hci_interface.png new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..1161b72e24b73d2fad253fff03b84eadb42f0a6c GIT binary patch literal 11280 zcmcJVc{tR4|MsU9H)AL&l`XrnZ&`<8%w!p(gfNV4 z$P7dFZH#S94CeV#-Pe8JzvX_O>-T&9a2#`tahUmh=X;*#>wLdo8t7>CKc+_x1J86O-DLuS&VjUUsu%~Pk%mWf_y)%5%Vy}HodX9xbF|GZ!eXnB zob2&&K|C8eR3~zCe`Ocfp##JkA7Uv|^&s_K*A0W2^w+fw2vHdGNiT_u#G0CuHEdl3 zBXBRdNjL7zmiWs~iI=pXhR?;zm^ZBxbyHiXrsL7{4XW}!5QuMQ1TF#sHK=KH?FZds zQ(*)>RylYD1Uh^i4g#IJ`TzIH;|!!X>!nYng$KGhB5K`C;P?6A(|WZR8d{1Bbp`7! zx^ZxkP@XC82%f*cqqWu%`W9^@UHcCzJ2K`uUBT9<^8E#^n&OiQey-WP1!=`LPMrHk zWP39lO3s2!^uiaDOyzBD=K~~j|1i{&#pU#KX!cz($PBMXskF!!(!U*e(V2w>8;pAM zS`Z{0<>liET;;M2c%~H-_krK%cbpY?{P-OBFPxyk7nOO%qF`(k!uV#EN%wP;u19Wo_I*lv zQ4ds?#|GggPn3Qi2h?6=-n#msaan>`%H>y6Xs$lZB$^pc`qd||hl!qsshzH$x`t-6*y~Ufp1L?vvC%yij)n=3yXfyo zJ zz^9rlF|?NUBrim6pVMab<@~fX(*xdV;elGM_h{w=^9!G^xccS!wkK&1`;q%v4~F{G zA-V}@9a&t%j*Ho>ti_T~{2NBRMz^VjEH{rm`+ShUI^kJj*ZhhYUb%dBZI%&sW&Pv? zPiqnXWF1qIH>WIjjg=(@ZMp5IDa1YNM7OUg-kQP5o9nyjga^*9b&zddAcQxwFHhZ{gdydGOqg;;{wZS>ah8N(U@VUeQg%#lks zTjIrVRqh+M=CZO{MO!8Q`@~HNGi2Mgz|+p{obdIlL!F%^ry22XDEZ_BeFnXEDsh(J zzHMRltHLH(ZQJ$3OYZ!<^Sz@35$%>qKFbCEs&roqE^{)@Nw#R+CPb?zoGNFc zXKSS>R?*W|@~)lrIF7xcv8Sf%SzZM}uzX@sbc#LR6L!H$QX2|3M=-@MOv|4F!ZLaYY zEZEJV3NgdXHLW8eLytSEpUfU#cW(P@hk1;25WkNTsU%;TUM&8%9d>h?_F`|oz4MU* z*z&v~Qf6yrdGtP8h_lm;mb0KujV_O15+^ugEj(uUL}I*rTg;JZ=Rm%AQf%`Fd~=h- z6)H=hj?ujTwoxjbr6ckXEJVtbU?KxRI1C5hh5LapNcPEed+deW`*rGu1)jkJ%jKHd z(AA~}U*Swq{-{!Bmy?oSuCmZ+vC=ao?hjc5<;(XoR+ss1xtbMFgR|LCgIsbpn7OLj zQpI-DI&ZOPB%8~amo}LlDfvpCbhQ{<|E60ES!CvJ=HiB2b!aOpK7BV^<~1jVKH`~G54WoSnrdK6 z(w+9%F76?&NZ{9Xy3UI6ug62gCXGEmtbDvAVDKCnC;R@0Zz;mi@=Bj?g|UI0xhc7x z;+x`{j#%^aMe}BEZDY}Nb+e&2>st=Q+^OSJTDdbLmwec8$EJjwP2jPCCDR9`#MuGi znxA8Bs-9Y;Atx~2wGWh#jvh0oK##+p?y1d-@aTP@8*GY}AQ01qzl+ehP!13%?8yJy zldrBjW8qHxaKq|og!zzlNe;6}wxa*v<+I~e**ojwYk*d-{r&%B)hhoO9yS|NIN#QbBy1vr~Q zoL5nqyBj`npOVt<0Zq%x$$k}I%SPQ0PqeU-f47v%5O`H@tW5 z753x6Rk_dZGxXL^{c+5l+!TYl0BMqIR?Nmwj^?iIvtD;D_pN(lFyu;4%_XMQ@)pXN zeFEiNYjMvVp)K@7ZKGVwT$q4Yal-u!%z9xZ7Hxp{#eYE5fon}PTn7+mMG^MiU=G zX)R|jKbD9jNUxWzek;72TJ*Y>jE#Rjtw%%3*bu%Ul^nk9bi5g4wDh+fna@|&v@q+v zB4i8PxhFM7N zO{ct)@rh^Y%zRzmYJ?t}wTaEH@*5-J_`u=N{$mzRktUZ5)R46(oTq<6Pi(Ls!FSWp zVbaIk{3xmYzKtAowbqPks;-=nA0%W>{;mJ1sfi(=#o<%#xt8oua$ka1F&`zH;hoViXs96LWv<1QBbohm+!lZJ9hxdFPskTw|V|cU2mWP2X~z41J`q#-&-GW zxUIc7qZ1~empNevJ+lRVWYHccx>J`_dZ=7)gYyZ9QmWLhHA&snFq2&!`p+iEPShk?F(2N$eE0gF#$us@%P=*P-d+wiF4Bd3>5nZYQh# zZGx8<)J$0gP|AEfZMOc&Z-vh@R+>%Kaoz&=k(iai3IV6SC>mCii`hW=``x?!6|S3;F&XN{un~%m`;PoINe*}nJRw2vfRh#w*}$?}#pdhJ zR^)oX&ilHnq9dqPSu?s2K;x%ueWp%4$PCF(h=%jrO&MKuLtUP<{o&oRBYtae(c-29 zuhx?a(7A_o2*U^qXmWC!-;c5vC2c#XZAyVg_k3W;G*%!6C%w7aQP5d(L$Q2M*ju?L zAq9jfj6eu|l^oK|?*C3Pgfh79&Z=9I6NM?$BiK&s$XRR}&dS)%PMrJrt;oOrf>41a z)6+z=Wa8?3Ye&iJ63U;mPRLCfLpUxm;T=8G4<`>;^_%2p`HbAeEUh&66g%^+nqoa^ zG|*z6p{}!ae3jyPJ7ml^rFU#B$YRf-DPwv=w6_hKDBch=0ww_RMj7r0(bl}v50cYduoWgODB%J%f1Q%_ z@?9A-{8*Tm=4$8`!8gZIh*cXQW{q?Ag)Hp5>D1+dv zX3Sr3tUbeX_6tM&jQaEMIMZFQ+Rj*1x%NH~=1jS@=gAYVII)Wb+WyyS0XAzmaN~cM z$e=4!W%`Z`NgD)OGU(0);{RWA-am~y>qXeQF2q!oD{uh@C0+V-eaOY^AZQ9; 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