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应用笔记 | STM32WB基于Custom Template实现客户定制BLE私有协议

STM32单片机 来源:未知 2023-10-08 17:40 次阅读


关键字:STM32WB,BLE私有协议,定制



目录预览


1.引言

2.STM32CubeMx 实现步骤

3.测试平台搭建及功能测试

4.小结



01

引言


STM32WB55是一款支持BLE5.x的双核高性能MCU,针对BLE的应用固件包STM32Cube_FW_WB_V1.xx.xxProjectsP-NUCLEO-WB55.NucleoApplicationsBLE里面也提供了大量的例程,目前支持的标准GAP服务例程在STM32CubeMX中已有列出,或可以在固件包STM32Cube_FW_WB_V1.xx.xx MiddlewareSTSTM32_WPANlesvc中找到。然而,在实际的STM32WB意向客户中,使用BLE私有协议来开发Profile非标产品的客户占了绝大部分。读者可以去查看BLE_p2pServer、BLE_Custom等例程,对于需要添加自定义ATT属性和服务的应用,现有例程里面STM32CubeMX是无法自定义添加ATT属性和服务。但笔者发现,其实使用STM32CubeMX的Custom Template是能实现上述功能的。


本文的目的旨在使用STM32CubeMX以及Custom Template例程基于STM32WB55-Nucleo实现基于BLE私有协议的通用通信框架,使客户快速上手进行产品开发,且可以直接应用在产品上,应用框架的设计如下图所示。另外,本文还对BLE协议栈的下载和升级注意事项做了详细指导,如果读者不熟悉这些内容,可以先行阅读。



如上图所示,使用手机APP与STM32WB进行BLE私有协议通信,一共设计了4种类型的数据访问:读/写、只写、只读、通知,这4种访问类型基本可以覆盖大部分数据访问场景


02

STM32CubeMX实现步骤


2.1 创建BLE工程添加并配置外设


请在搭建工程之前,下载安装最新的STM32CubeMX和STM32CubeWB


2.1.1 在STM32CubeMX中点击“File”/“New Project”在弹出对话框中输入“STM32WB55RG”创建一个新工程



2.1.2 工程配置如下图所示,配置工程名字、保存路径、选择编译工具、调整堆栈大小和选择需要的STM32CubeWB的库文件(缺省为已安装的最新版本)。



2.1.3 系统配置:调试口



2.1.4 外设配置:添加外部高速晶振(HSE)和低速晶振(LSE)



2.1.5 外设配置:调试打印串口USART,手动将USART1引脚重映射到PB6/PB7



使能USART1的TX的DMA功能和USART1的全局中断



2.1.6 外设配置:使能HESM,它完全由BLE stack管理



2.1.7 外设配置:使能RF,它完全由BLE stack管理。



2.1.8 外设配置:使能IPCC,它完全由BLE stack管理。只需同时使能它的RX/TX中断即可。



2.1.9 外设配置:使能RTC,同时选择WakeUp为“Internal WakeUp”和WakeUp中断。



2.1.10 外设配置:配置时钟



2.1.11 外设配置:NVIC的配置



至此,外设的配置和添加部分已经完成。


2.2 BLE协议栈的添加及配置


2.2.1 协议栈配置:使能BLE协议栈



2.2.2 协议栈配置:禁止“Custom P2P Server”并使能“Custom Template”自定义GATT通用模板



2.2.3 协议栈配置:新建一个GATT服务,其名称为“My_Data_Server"



2.2.4 协议栈配置:GATT服务基本配置



2.2.5 协议栈配置:配置GATT读&写 服务特征及属性值



2.2.6 协议栈配置:配置GATT写 服务特征及属性值



2.2.7 协议栈配置:配置GATT读 服务特征及属性值



2.2.8 协议栈配置:配置GATT通知 服务特征及属性值



2.2.9 协议栈配置:配置GATT广播参数配置



2.2.10 协议栈配置:BLE配对参数设置



2.2.11 协议栈配置:BLE协议栈调试及打印配置(需依次序配置)



2.3 生成工程代码并初步测试


2.3.1 点击“GENERATE CODE”生成工程代码



2.3.2 在生成的代码中添加BLE Trace&Debug初始化代码


2.3.3 在“main.c”文件中取消“MX_UART_Init(void)”的“static”属性


2.3.4 在“app_entry.c”文件中增加“Debug”模块的初始化代码“APPD_Init()”。



2.3.5 下载代码到STM32WB55-NUCLEO中运行。此时,在手机的蓝牙列表中,已经能成功地搜索添加的BLE设备。说明Debug和BLE协议栈已经成功运行。



2.4 添加BLE Stack应用代码


为了便于对后续添加代码的理解,我们先将Central(手机)与STM32WB进行BLE通信的数据交互概括如下。所以需要将用户代码添加到Custom_STM_Event_Handler()、Custom_STM_App_Notification()中。



BLE应用代码添加:定义用户数据缓存。

在“custom_app.c”文件中定义4个用户缓存区数组。



BLE事件驱动代码添加:


在“custom_stm.c”文件中的“Custom_STM_Event_Handle r(void*Event)”中依次为WRITE_READ_DATA_BUF、WRITE_DATA_BUF、NOTIFY_DATA_BUF特征和属性添加stack层的事件驱动代码,以使BLE数据从stack层传递到app层。


添加特征1 Events:WRITE_READ_DATA_BUF(即User_Write_Read_Data[]对应的写&读操作句柄)请求驱动代码。



上图对应的代码文本如下所示:




上图对应的代码文本如下图所示:



添加特征2 Events驱动:WRITE_DATA_BUF(即User_Write_Data []对应的写操作句柄)代码。



上图对应的代码文本如下图所示:



添加特征3 Events驱动:READ_DATA_BUF(即User_Read_Data[]对应的写操作句柄)代码



上图对应的代码文本如下图所示:



添加特征4 Events驱动:NOTIFY_DATA_BUF(即User_Notify_Data[]对应的写操作句柄)请求驱动已经由STM32CubeMX自动完成了。NOTIFY_DATA_BUF不用再手动添加。



BLE应用数据代码添加:


在“custom_app.c”文件中的Custom_STM_App_Notification(Custom_STM_App_Notification_evt_t*pNotification)”添加代码,以将BLE数据上传到4个User_xxx_Data[]缓冲区,依次添加代码如下。



2.5 修改BLE最大数据包传输长度


如果不修改,BLE单包长度最大仅为23字节


1. 在“app_conf.h”中修改BLE stack最大数据包长度(CFG_BLE_MAX_ATT_MTU)



2. 在“app_ble.c”文件SVCCTL_UserEvtFlowStatus_t_SVC CTL_App_Notification(void*pckt)中添加红色部分代码。



至此,所有代码更改完成。


03

测试平台搭建及功能测试


3.1 使用STM32CubeProgrammer BLE协议栈安装(升级)


升级ST-LINK固件以保证与STM32CubeProgrammer驱动是匹配的



查看当前FUS版本,并将FUS升级到最新版本



如果当前FUS版本是0.5.3,FUS固件使用“stm32wb5x_FUS_fw_for_fus_0_5_3.bin”,否则FUS固件使用“stm32wb5x_FUS_fw.bin”,强烈建议阅读BLE协议栈及FUS升级详细说明“STM32Cube_FW_WB_V1.13.3Projects STM32WB_Copro_Wireless_BinariesSTM32WB5xRelease_Notes.html”。



升级(安装)BLE协议栈,根据MCU型号选择相应的固件和下载地址



3.2 测试平台搭建及验证


3.2.1 在Android安卓应用市场下载安装“BLE调试助手”



3.2.2 可发现设备“MY_STM32WB”,并点击“CONNECT”后可以发现application特征和属性访问服务,如下图所示。



3.2.3 设置BLE最大单包传输长度为256字节,否则L2CAP层传输超过23字节将自动分包。



3.2.4 手机app写数据访问(User_Write_Read_Data[64])测试



3.2.5 手机App读数据访问(User_Write_Read_Data[64])测试



3.2.6 手机App写User_Write_Data[64]测试



3.2.7 手机App读User_Read_Data[64]测试。



3.2.8 通知数据访问(User_Notify_Data[64])测试



至此,整个验证和测试过程完成。


04

小结



BLE经过多年的发展和迭代,BLE协议本身已是一个很复杂和庞大的协议族,如果希望开发自定义Service和GATT应用时,若对底层协议不熟悉的话还是较为困难的。但是由于STM32良好的生态,特别是借助于我们的STM32CubeMX+STM32Cube_FW_ WB固件包,使得我们可以快速、高效地开发出各种BLE应用。



完整内容请点击“阅读原文”下载原文档。


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