【BLE】CC2541之串口收发

一、简介

本文介绍如何在SimpleBLEPeripheral工程中，使用串口。

二、实验平台

协议栈版本：BLE-CC254x-1.4.0

编译软件：IAR 8.20.2

硬件平台：Smart RF（主芯片CC2541）

三、版权声明

博主：si_zhou_qun_84342712

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四、基础知识

1、协议栈的串口默认使用的是查询方式，还是中断方式？

答：默认使用的是DMA的查询方式。

2、PC端为什么收不到2541的串口数据？

答：最常见原因有两个：

1）没有关闭流控。（关闭步骤见下文）

2）开了低功耗。快速解决办法如下

3、低功耗下是否能使用串口？

答：不能。进低功耗前要关闭串口，唤醒后要再使能串口。

4、如何关闭串口？（未实践，提供思路）

答：有群友指出一种方法：

使用dma方式、isr方式的串口，将串口引脚映射为普通IO口，即为关闭。

5、低功耗唤醒后串口没用了？（未实践，提供思路）

答：由于低功耗与正常模式的切换，会导致晶振的32k与32M的切换。而串口等外设使用的是32M的外部晶振，因此低功耗唤醒后需要做两件事：

1）适当延时等待32M晶振稳定。

2）再次初始化一次串口。

五、修改代码

1、IAR设置中添加宏定义

1. HAL_UART=TRUE  

2、修改串口驱动

1）添加头文件（npi.c中）

1. #include "OSAL.h"  

2）新增两个串口发送函数（npi.c中）

1. //******************************************************************************  
2. //name:     NPI_PrintString  
3. //introduce:    打印字符串  
4. //parameter:    str:字符串  
5. //return:   none  
6. //******************************************************************************  
7. void NPI_PrintString(uint8 *str)  
8. {  
9.     NPI_WriteTransport(str, osal_strlen((char*)str));  
10. }  
11.   
12. //******************************************************************************  
13. //name:     NPI_PrintValue  
14. //introduce:    打印指定的格式的数值  
15. //parameter:    title:前缀字符串  
16. //              value:需要显示的数值   
17. //              format,需要显示的进制,10或16  
18. //return:   none  
19. //******************************************************************************  
20. void NPI_PrintValue(char *title, uint16 value, uint8 format)  
21. {  
22.   uint8 tmpLen;  
23.   uint8 buf[128];  
24.   uint32 err;  
25.   
26.   tmpLen = (uint8)osal_strlen( (char*)title );  
27.   osal_memcpy( buf, title, tmpLen );  
28.   buf[tmpLen] = ' ';  
29.   err = (uint32)(value);  
30.   _ltoa( err, &buf[tmpLen+1], format );  
31.   NPI_PrintString(buf);       
32. }  

3）函数声明（npi.h中）

1. extern void NPI_PrintString(uint8 *str);  
2. extern void NPI_PrintValue(char *title, uint16 value, uint8 format);  

3、包含头文件（simpleBLEPeripheral.c中）

1. #include "npi.h"   

4、新增初始化代码（simpleBLEPeripheral.c的SimpleBLEPeripheral_Init中）

1. //初始化串口  
2. NPI_InitTransport(NpiSerialCallback);     
3.     
4. // 按长度输出2    
5. NPI_WriteTransport("SimpleBLETest_Init\r\n", 20);    
6.     
7. // 按字符串输出    
8. NPI_PrintString("SimpleBLETest_Init2\r\n");      
9.     
10. // 可以输出一个值，用10进制表示    
11. NPI_PrintValue("甜甜的大香瓜1 = ", 168, 10);    
12. NPI_PrintString("\r\n");      
13.     
14. // 可以输出一个值，用16进制表示    
15. NPI_PrintValue("甜甜的大香瓜2 = 0x", 0x88, 16);    
16. NPI_PrintString("\r\n");   

5、定义并声明一个串口回调函数

1）定义串口回调函数（simpleBLEPeripheral.c中）

1. static void NpiSerialCallback( uint8 port, uint8 events )  
2. {  
3.     (void)port;//加个 (void)，是未了避免编译告警，明确告诉缓冲区不用理会这个变量  
4.   
5.     if (events & (HAL_UART_RX_TIMEOUT | HAL_UART_RX_FULL))   //串口有数据  
6.     {  
7.         uint8 numBytes = 0;  
8.   
9.         numBytes = NPI_RxBufLen();           //读出串口缓冲区有多少字节  
10.           
11.         if(numBytes == 0)  
12.         {  
13.             return;  
14.         }  
15.         else  
16.         {  
17.             //申请缓冲区buffer  
18.             uint8 *buffer = osal_mem_alloc(numBytes);  
19.             if(buffer)  
20.             {  
21.                 //读取读取串口缓冲区数据，释放串口数据     
22.                 NPI_ReadTransport(buffer,numBytes);     
23.   
24.                 //把收到的数据发送到串口-实现回环   
25.                 NPI_WriteTransport(buffer, numBytes);    
26.   
27.                 //释放申请的缓冲区  
28.                 osal_mem_free(buffer);  
29.             }  
30.         }  
31.     }  
32. }  

2）声明串口回调函数（simpleBLEPeripheral.c中）

1. static void NpiSerialCallback( uint8 port, uint8 events );   //串口回调  

6、关流控（npi.h中）

1. #if !defined( NPI_UART_FC )  
2. #define NPI_UART_FC                    FALSE //TRUE  
3. #endif // !NPI_UART_FC  

流控是用于防止串口阻塞的，需要多两根线用于流控。

通常使用中都是关闭的，因此我们这里关闭之。

注意！！如果这里不关闭，会导致串口通信不了。

六、实验结果

初始化时打印了4条语句，最后一条是通过PC端的串口工具发给2541、2541再原样返回的值。

七、串口相关问题

1、上电时串口接收缓冲区会有一个字节，暂不明该数据哪里来的。暂时用接收处理将该无用字节过滤掉。

答：经检查，是P0_2(RX)使用内部上拉电阻，但电压仅为0.6V。上电时电压不稳定导致接收缓冲区会有一个字节的数据“0x00”。

因此解决方法是：外接1个10K上拉电阻到3.3V，将P0_2(RX)的电压拉高至3.3V。

注：TX引脚最好也外接上拉电阻。

2、串口什么时候进回调函数？

答：

1）正常串口端无发送、无接收时，是不会进回调函数的。如果这种情况会进回调函数，TX、RX端外接上拉电阻稳定电平。

2）如果接收端有数据，立马就会进回调。事件是“接收超时事件”。

3）2541发送端发送完数据，会进回调函数。事件是“发送缓冲区空事件”。

3、没开广播时串口正常使用，开了广播后串口出现乱码、丢包？

答：

1）在SimpleBLEPeripheral的应用层初始化中注释掉：
HCI_EXT_ClkDivOnHaltCmd( HCI_EXT_ENABLE_CLK_DIVIDE_ON_HALT );
PS：这条语句会让空闲的CPU自动进入低频以此降低功耗，注释掉代表不自动切换频率。


2）在SimpleBLEPeripheral的应用层初始化中添加：
HCI_EXT_HaltDuringRfCmd(HCI_EXT_HALT_DURING_RF_DISABLE);
PS：默认是ENABLE的，ENABLE会让RF期间停止MCU。因此需要添加本条语句，关闭它。

4、编译时出现警告“Warning[w52]: More than one definition for the byte at address 0x6b in common segment INTVEC. It is defined in  module "hal_uart" as well as in module "hal_key"”？

答：原因是IAR中包含了POWER_SAVING的宏之后，串口唤醒就需要用到IO中断，而协议栈中串口唤醒的默认IO口是P04脚。因此在_hal_uart_dma.c中包含了的P0中断服务函数就与Hal_key.c中包含的P0中断服务函数相冲突。

详情代码如下：

1）当IAR中包含了POWER_SAVING的宏之后，会定义一个DMA_PM的宏（_hal_uart_dma.c中）

1. #if !defined( DMA_PM )  
2. #if defined POWER_SAVING  
3. #define DMA_PM                     1  
4. #else  
5. #define DMA_PM                     0  
6. #endif // POWER_SAVING  
7. #endif // !DMA_PM  

2）一旦有了DMA_PM这个宏，_hal_uart_dma.c中就会包含P0的中断服务函数

1. #if DMA_PM  
2. /************************************************************************************************** 
3.  * @fn      PortX Interrupt Handler 
4.  * 
5.  * @brief   This function is the PortX interrupt service routine. 
6.  * 
7.  * @param   None. 
8.  * 
9.  * @return  None. 
10.  *************************************************************************************************/  
11. #if (HAL_UART_DMA == 1)  
12. HAL_ISR_FUNCTION(port0Isr, P0INT_VECTOR)  
13. #else  
14. HAL_ISR_FUNCTION(port1Isr, P1INT_VECTOR)  
15. #endif  
16. {  
17.   HAL_ENTER_ISR();  
18.   
19.   PxIFG = 0;  
20.   PxIF = 0;  
21.   
22.   dmaRdyIsr = 1;  
23.   
24.   CLEAR_SLEEP_MODE();  
25.   HAL_EXIT_ISR();  
26. }  
27. #endif</span>  

3）IAR设置中包含HAL_KEY=TRUE时，Hal_key.c中就会包含P0的中断服务函数

/************************************************************************************************** 

1.  * @fn      halKeyPort0Isr 
2.  * 
3.  * @brief   Port0 ISR 
4.  * 
5.  * @param 
6.  * 
7.  * @return 
8.  **************************************************************************************************/  
9. HAL_ISR_FUNCTION( halKeyPort0Isr, P0INT_VECTOR )  
10. {  
11.   HAL_ENTER_ISR();  
12.   
13. #if defined ( CC2540_MINIDK )  
14.   if ((HAL_KEY_SW_1_PXIFG & HAL_KEY_SW_1_BIT) || (HAL_KEY_SW_2_PXIFG & HAL_KEY_SW_2_BIT))  
15. #else  
16.   if (HAL_KEY_SW_6_PXIFG & HAL_KEY_SW_6_BIT)  
17. #endif  
18.   {  
19.     halProcessKeyInterrupt();  
20.   }  
21.   
22.   /* 
23.     Clear the CPU interrupt flag for Port_0 
24.     PxIFG has to be cleared before PxIF 
25.   */  
26. #if defined ( CC2540_MINIDK )  
27.   HAL_KEY_SW_1_PXIFG = 0;  
28.   HAL_KEY_SW_2_PXIFG = 0;  
29. #else  
30.   HAL_KEY_SW_6_PXIFG = 0;  
31. #endif  
32.   HAL_KEY_CPU_PORT_0_IF = 0;  
33.   
34.   CLEAR_SLEEP_MODE();  
35.   
36.   HAL_EXIT_ISR();  
37.   
38.   return;  
39. }  

所以，解决办法如下：

方法一（治标不治本）：IAR设置中将HAL_UART、HAL_KEY其中一个设置为FALSE。

方法二（治标不治本）：不使用低功耗。

方法三（治本但改动了协议栈代码）：将两个P0的中断服务函数合二为一。

//(待测)方法四（非强迫症人群使用）：任其冲突，反正只是警告。

5、串口接收多少个字节能进入回调函数？

1）测试代码如下：

1. uint8 cb_time = 0;    
2. uint8 numBytes_time1 = 0;    
3. uint8 numBytes_time2 = 0;    
4. uint8 numBytes_time3 = 0;    
5. /*********************************************************************  
6. *********************************************************************/    
7. static void NpiSerialCallback( uint8 port, uint8 events )      
8. {      
9.     (void)port;//加个 (void)，是未了避免编译告警，明确告诉缓冲区不用理会这个变量      
10.     
11.     switch(++cb_time)   //记录进回调函数的次数    
12.     {    
13.       case 1:    
14.       numBytes_time1 = NPI_RxBufLen();//第一次进来时接收的数据长度    
15.       break;    
16.           
17.       case 2:    
18.       numBytes_time2 = NPI_RxBufLen();//第二次进来时接收的数据长度    
19.       break;    
20.     
21.       case 3:    
22.       numBytes_time3 = NPI_RxBufLen();//第三次进来时接收的数据长度    
23.       break;         
24.          
25.       default:    
26.       cb_time = 0;//无用语句，设置断点    
27.       break;     
28.     }    
29. }   

2）测试结果

3）测试结论

2541串口接收端的数据是由DMA去接收的，2541会通过轮询的方式定期查询DMA的缓冲区是否有数据，一旦有数据即会进入回调函数（协议栈默认不开超时等待）。

上图说明了第一次进回调函数时DMA接收到了7个字节数据，它的长度与“主轮询时间”、“串口数据来的时机”有关系。

而第二次、第三次的接收数据之所以会比第一次多，是因为还加上了串口处理时接收到的数据。