【編者按 】關(guan) 於(yu) BlueNRG係列如何使用靜態協議棧 - Copy，適用範圍：BlueNRG-LP 軟件， BlueNRG-1/2的也可以參考此方法，本文主要描述使用BlueNRG-LP SDK進行開發時,如何搭建使用靜態協議棧環境。

背景

在使用BlueNRG-LP調試的時候，有時遇到Flash空間不夠的問題，如果應用還需要包含OTA，如果OTA中又包含協議棧，為(wei) 了解決(jue) Flash空間不夠這個(ge) 問題，我推薦使用靜態協議棧的方式，節省空間，加速OTA的升級過程。

知識背景須知

下文描述具體(ti) 的操作，我默認你已經知曉ST 官方的BlueNRG-xx 基本開發環境搭建和OTA基本知識，ST官方提供比較多類型的OTA方式，詳細請自行看官方文檔《AN4869 Application note The BlueNRG-1, BlueNRG-2 BLE OTA (over-the-air) firmware upgrade.pdf》 或者《AN5463 Application note The BlueNRG-LP (over-the-air) firmware upgrade.pdf》。

溫馨提示:請使用最新版本SDK進行開發

搭建靜態協議棧環境

ST官方SDK中已經提供了靜態協議棧的Demo:

• C:\Users\Lucien\ST\BlueNRG-LP DK 1.0.0\Projects\BLE_Examples\BLE_StaticStack

– Release

• OTA_BTL_ResetManager

• C:\Users\Lucien\ST\BlueNRG-LP DK 1.0.0\Projects\BLE_Examples\BLE_SensorDemo_StaticStack

– Release

• LowerApp_OTA

• HigherApp_OTA

其中，一個(ge) 工程負責生成協議棧，另一個(ge) 工程負責應用，那麽(me) 這裏BLE_StaticStack中的Release與(yu) OTA_BTL_ResetManager怎麽(me) 和Release，LowerApp_OTA和HigherApp_OTA組合呢？

• BLE_StaticStack中的Release + BLE_SensorDemo_StaticStack中的Release //不帶OTA的使用固定協議棧的方法

• BLE_StaticStack中的OTA_BTL_ResetManager + BLE_SensorDemo_StaticStack中的 LowerApp_OTA or HigherApp_OTA //帶OTA的使用固定協議棧的方法

如果你的應用工程移植起來不繁瑣或者還沒有開發應用並且ST官方SDK中已經提供了靜態協議棧的Demo滿足你的基本要求，你可以直接使用它。如果不是，那可能就需要直接在你目標的工程上改為(wei) 靜態協議棧，並且可能需要裁剪協議棧。下麵我介紹一個(ge) 比較複雜些的使用靜態協議棧的修改方法。我們(men) 先通過了解Flash分布來知曉接下來這個(ge) 實驗的整個(ge) 框架。

Flash分布:

BlueNRG-355 的Flash空間是256kB,實現的基本思路是:由於(yu) 協議棧的升級幾率比較低，這裏又不太想占用太多的代碼空間，所以協議棧的升級改用走2.4G私有協議進行升級，如果是非安全性要求很高很高的應用（一般的應用）我個(ge) 人認為(wei) 不需要升級協議棧。這裏對協議棧的空中升級隻是留一手，萬(wan) 一需要升級，又不想通過串口或者SW口升級。

• 2.4G OTA 使用的工程是RADIO_OTA_ResetManager中的Client，

• 如果對協議棧和應用一起升級的工程是RADIO_OTA_ResetManager中的Server_FixedImage。

• BLE full Stack 的工程是 BLE_StaticStack

• Boot + BLE_OTA_ServiceManager 的工程是BLE_OTA_ServiceManager ，主要實現不備份方式的OTA（即OTA服務程序和應用不捆綁在一起）

• APP 客戶應用程序，這塊可使用的大小可以根據實際使用BLE Stack size進行調整，後麵會(hui) 描述調整的方法

具體操作和分析

下麵我們(men) 一步一步，一個(ge) 工程一個(ge) 工程調試，從(cong) “基本的協議棧+app”到“支持應用OTA的協議棧+app”再到“支持協議棧OTA和支持應用OTA的靜態協議棧Demo".我主要給出基於(yu) Keil 優(you) 化分析過程，IAR的操作類似，相對更簡單一些，可以同樣類比過去。

更改BLE_MultipleConnections為靜態協議棧版本

1. 編譯生成靜態協議棧: BlueNRG-LP DK 1.0.0\Projects\BLE_Examples\BLE_StaticStack 編譯成功後，會(hui) 在目錄BlueNRG-LP DK 1.0.0\Middlewares\ST\Bluetooth_LE\library\static_stack下生成libbluenrg_lp_static_stack.a文件，這裏Keil 和IAR都一樣，但想要成功編譯並且生成static_stack下生成libbluenrg_lp_static_stack.a 需要使用安裝arm-none-eabi工具鏈，none表示不帶操作係統（普通的RTOS不算在這類操作係統中，這裏主要是稍微大型一些的如Linux操作係統）。工具鏈請自行到GNU官網上下載，安裝好後，然後設置環境變量.

 安裝工具鏈和測試可以參考文檔:BlueNRG-LP DK 1.0.0\Projects\BLE_Examples\BLE_StaticStack\README.txt

 這裏主要是keil或者IAR編譯後，運行腳本: "..........\Utility\create_sym_lib.exe --symbols ....\sym_export.txt --rename BLE_STACK_Init=BLE_STACK_Init_nocallbacks Release\Objects\BLE_StaticStack.axf ..........\Middlewares\ST\Bluetooth_LE\Library\static_stack\libbluenrg_lp_static_stack.a" 主要作用是把文件sym_export.txt中的列表中的函數，從(cong) 編譯生成的*.axf文件中找出對應的地址信息，然後通過create_sym_lib.exe生成.a庫， 這個(ge) *.a文件就是應用於(yu) 協議棧的橋梁，應用層是在協議棧之上的，這個(ge) 是接口，就算將來升級協議棧，接口一般都是不允許改動的，這樣不會(hui) 影響應用。

1. 修改BLE_MultipleConnections調用靜態協議棧

 默認BLE_MultipleConnections工程，使用的不是固定協議棧的方式。我們(men) 需要更換為(wei) 調用上一步驟生成的*.a文件 此過程可以參考官方文件: BlueNRG-LP DK 1.0.0\Projects\BLE_Examples\BLE_SensorDemo_StaticStack\README.txt

 操作步驟如下:

– 移除或者禁止加入編譯老的libbluenrg_lp_stack.a和stack_user_cfg.c

• Keil平台禁止加入編譯可以右擊該文件，然後選擇Option for File xxx ... 接著把Include target build 去掉，最後點擊OK，可以看到文件前麵有個(ge) 紅色的禁止圖標

– IAR平台禁止加入編譯可以右擊該文件，然後選擇Options，接著勾選左上角的Exclude form build，最後點擊OK，可以看到文件圖標顏色變灰色。

– 禁止整個(ge) 文件夾加入編譯也是如是操作，後續不再囉嗦。

– 移除或者禁止整個(ge) NVM文件夾，Middlewares/Profiles文件夾和bluenrg_lp_hal_vtimer.c bluenrg_lp_ll_radio.c， 這兩(liang) 部分已經在協議棧中包含了，如果不禁止掉會(hui) 重複包含重新定義(yi) 。

– 添加文件libbluenrg_lp_static_stack.a和bluenrg_lp_stack_init_if.c到工程，文件路徑:Middlewares\ST\Bluetooth_LE\Library\static_stack

• Keil 平台添加*.a庫後，需要將其文件類型手動選擇為(wei) 庫文件類型。 //右擊*.a文件，Options for file *.a ,然後選擇File type 下拉框選擇Library file。

– 定義(yi) 宏MEMORY_FLASH_APP_OFFSET，這個(ge) 宏定義(yi) 的值能決(jue) 定生成文件的絕對地址，由於(yu) Flash的擦除必須是每次一整頁(2KB),所以加入協議棧的bin文件占用地址0x1A438 Byte（105.05KB） 則應用偏移為(wei) 0x1A800(106KB)

• Keil 平台MEMORY_FLASH_APP_OFFSET這個(ge) 宏定義(yi) 需要定義(yi) 在Options for target -> linker->Misc controls中，格式可以參考BLE_SensorDemo_StaticStack工程。

– IAR 平台MEMORY_FLASH_APP_OFFSET這個(ge) 宏定義(yi) 需要定義(yi) 在Options->linker->config->configuration file symbol definitions中，格式也可以參考BLE_SensorDemo_StaticStack工程。

– 定義(yi) MEMORY_RAM_APP_OFFSET宏，因為(wei) 靜態協議棧這種方式，變量在兩(liang) 個(ge) 不同的工程中，所以協議棧的變量和應用的變量得區分開來，這個(ge) 宏需要根據協議棧變量占用RAM的大小來決(jue) 定，查看默認的工程，可以看到BLE_StaticStack.map文件中變量存放的最後一行是:

• RAM的起始地址為(wei) 0x20000000, 可以算出協議棧占用的內(nei) 存總數為(wei) 0x7EC+ 0x24 = 0x810, IAR平台下這個(ge) 數值很可能是不一樣（0x7AC），IAR的編譯效率一般會(hui) 更高一些，這裏如果擔心算得不準，也可以設置稍微偏大一點點。

– 還有一點需要注意的是協議棧中定義(yi) 的宏BLE_STACK_FULL_CONF 需要和應用中保持一致，如果不一致可能有有些問題。

– 協議棧中代碼裁剪可以精確到函數，除了選擇合適的協議棧配置宏定義(yi) 外，可以通過是否注釋bluenrg_lp_cmd_if.c中cmd_call_table[]數組中的函數，用來決(jue) 定是否將該函數編譯進協議棧。（這種方式相當靈活，暫時沒有看到過可以做到這樣的其他藍牙芯片廠家）

– 編譯成功後，分別通過下載BLE_StaticStack.hex 和 BLE_MultipleConnections_MasterSlave.hex， 可以使用Keil 或者IAR直接download，也可以使用Flash utility下載。實際測試發現，如果在線調試，可能會(hui) 有些錯誤，應該是平台工具的問題，RAM變量的銜接問題，建議使用靜態協議棧後就不要用在線debug單步調試了，如果想用單步調試則先不要改成靜態協議棧這種方式。

• 如果下載bin文件，可以合稱後直接下載，也可以分別下載，但需要設定下載地址，操作和合成細節在這就先不說。

– 小結: 這個(ge) 階段我們(men) 將一個(ge) 普通使用非靜態協議棧工程改成了使用靜態協議棧的方式，將協議棧占用的Flash和RAM 區分開來，然後通過不同的協議棧宏配置和注釋cmd_call_table[]數組中的函數，可以實現對協議棧的裁剪

• 測試: 成功更改後，應該可以通過串口日誌和使用BLE測試工具成功看到應用程序跑起來

  Flash分布:

更改增加BLE_OTA_ServiceManager為靜態協議棧版本

• 將BLE_OTA_ServiceManager更改為(wei) 支持靜態協議棧版本比較簡單，和上述步驟很類似，我就不一一描述了，下麵我隻描述一些細節，供參考。

• 更改OTA處代碼OTA_btl.h中將

#define SERVICE_MANAGER_OFFSET     (0x0)
#ifdef CONFIG_DEVICE_BLUENRG_LP
    #define SERVICE_MANAGER_SIZE       PAGE_SIZE_ROUND(90* 1024) /* BlueNRG-LP, BLE stack v3.x with modular approach TBR*/
#endif

#define SM_APP_SIZE                PAGE_SIZE_TRUNC((_MEMORY_FLASH_SIZE_-SERVICE_MANAGER_SIZE-NVM_SIZE))

更改為(wei) ：

#ifndef SERVICE_MANAGER_OFFSET
    #define SERVICE_MANAGER_OFFSET     (0)
#endif
#ifndef SERVICE_MANAGER_SIZE
    #define SERVICE_MANAGER_SIZE       PAGE_SIZE_ROUND(90* 1024) /* BlueNRG-LP, BLE stack v3.x with modular approach TBR*/
#endif    

#define SM_APP_SIZE                PAGE_SIZE_TRUNC((_MEMORY_FLASH_SIZE_-SERVICE_MANAGER_SIZE-NVM_SIZE-SERVICE_MANAGER_OFFSET))

• 注意修改BLE_OTA_ServiceManager中協議棧配置宏和靜態協議棧保持一致（我這裏是BLE_STACK_FULL_CONF）

• BLE_MultipleConnections做如下修改:

– 在linker中增加宏定義(yi) (注意Keil格式和IAR格式稍微有點不一樣)：

        CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER=1  // 修改鏈接文件使按照CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER格式劃分
        MEMORY_FLASH_APP_OFFSET=0x25800 // 應用其實偏移地址修改為(wei) : BLE_StaticStack+BLE_OTA_ServiceManager
        MEMORY_RAM_APP_OFFSET=0x0810 // 內(nei) 存不能占用到協議棧使用那部分的

    + 增加 修改鏈接腳本文件: BlueNRG_LP.sct or BlueNRG_LP.icf

Keil:  // #ifdef CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER分支下

#define SERVICE_MANAGER_SIZE     (0x16800)

#define MEMORY_FLASH_APP_SIZE  (_MEMORY_FLASH_SIZE_ - SERVICE_MANAGER_SIZE - FLASH_NVM_DATASIZE)
#define MEMORY_FLASH_APP_OFFSET  (SERVICE_MANAGER_SIZE)

更改為(wei) :
#ifndef SERVICE_MANAGER_SIZE
#define SERVICE_MANAGER_SIZE     (0x16800)
#endif

#ifndef MEMORY_FLASH_APP_OFFSET
#define MEMORY_FLASH_APP_OFFSET  (SERVICE_MANAGER_SIZE)
#endif

#define MEMORY_FLASH_APP_SIZE  (_MEMORY_FLASH_SIZE_ - MEMORY_FLASH_APP_OFFSET - FLASH_NVM_DATASIZE)

IAR:  // CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER分支下

同樣類比更改，這裏不再複述

• Flash分布如下圖

增加支持協議棧的升級

• 這裏協議棧的升級由於(yu) 空間不夠，這裏就采用2.4G 升級方式。工程路徑: BlueNRG-LP DK 1.0.0\Projects\Peripheral_Examples\Examples_MIX\RADIO\RADIO_OTA_ResetManager-->Client

• 主要修改配置宏，前麵描述比較詳細，這裏我就不一一描述了。主要羅列一些不同工程的linker配置和宏配置。

– RADIO_OTA_ResetManager:

     linker:
    MEMORY_FLASH_APP_SIZE=0x2800
    MEMORY_RAM_APP_OFFSET=0x0810

    Preprocessor Defined symbols:
    SERVICE_MANAGER_SIZE=0x2800

• BLE_StaticStack:

     linker:
    MEMORY_FLASH_APP_SIZE=0x22800
    MEMORY_FLASH_APP_OFFSET=0x2800

    Preprocessor Defined symbols:
    RESET_MANAGER_SIZE=0x25000
    BLE_STACK_FULL_CONF

• BLE_OTA_ServiceManager:

     linker:
    MEMORY_FLASH_APP_SIZE=0x3000
    MEMORY_FLASH_APP_OFFSET=0x25000
    MEMORY_RAM_APP_OFFSET=0x0810

    Preprocessor Defined symbols:
    BLE_STACK_FULL_CONF
    SERVICE_MANAGER_OFFSET=0x25000
    SERVICE_MANAGER_SIZE=0x3000

• BLE_OTA_ServiceManager:

     linker:
    CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER=1
    MEMORY_FLASH_APP_OFFSET=0x28000
    MEMORY_RAM_APP_OFFSET=0x0810

    Preprocessor Defined symbols:
    BLE_STACK_FULL_CONF

總結

通過上述一步一步的優(you) 化，我們(men) 完成了將普通工程改成使用靜態協議棧的方式，並且支持OTA。
實際應用可能有各種不同的應用需求，用戶可以根據同樣原理去優(you) 化適配合適你們(men) 的工程。

作者：LucienKUANG, 多年BLE 和Mesh相關(guan) 開發和支持經驗，先後開發過，空氣波壓力治療儀(yi) 係統，共享單車鎖，自拍杆，點讀筆電子價(jia) 簽係統等等嵌入式軟件產(chan) 品的嵌入式軟件開發。支持過ST，Dialog等大廠BLE相關(guan) 產(chan) 品的開發。在必威官方网站手机網的個(ge) 人店鋪為(wei) “路恩”，有類似的項目開發需求者歡迎聯係。