物联网短距离无线通信 课件 06-BLE网络工具

物联网短距离无线通信技术项目六

BLE无线网络工具1.项目场景2.BLE与CC2540目录CONTENTSICT产业人才培养专家3.BLE协议栈4.BLE开发工具5.项目实践项目场景项目场景

创意产品通常作为高附加值和定制化产品，其质量要求比量产产品制作更加精细，质量更高。艺术性方面即是如此，使用性方面同样如此。为了能够为消费者提供良好的使用体验，其产品与智能设备连接的重要手段，使用时要保证BLE的连接稳定。只有稳定快速的BLE连接才能将中间这一过程弱化而不会对产品本身的使用体验造成影响。因此针对于需要无线通信的创意产品的生产而言，BLE的无线连接是产品调试的重要环节。16:18

/3任务目标以创意产品项目为例对BLE节点所组建的智慧农业网络进行工程编辑和调试，并使用官方和企业调试工具对网络进行调试，并学习和掌握BLE网络的组网参数含义和网络调试过程。16:18

/4BLE与CC2540

CC2540处理器介绍CC2540是一个超低消耗功率的真正系统单晶片，它整合了包含微控制器、主机端及应用程序在一个元件上。

CC2540结合一个优异的无线射频传送接收器及一个工业标准的加强型8051微控制器，

它包括连接类比及数位感应器的周边，内建可程式的快闪记忆体，

精确的无线射频讯号强度指示，

全速USB2.0界面，内建AES-128加密引擎。

CPU和内存CC254x芯片系列中使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。它有三种不同的内存访问总线（SFR，DATA和CODE/XDATA），单周期访问SFR，DATA和主SRAM。它还包括一个调试接口和一个18输入扩展中断单元。中断控制器总共提供了18个中断源，分为六个中断组，每个与四个中断优先级之一相关。当设备从活动模式回到空闲模式，任一中断服务请求就被激发。一些中断还可以从睡眠模式（供电模式1-3）唤醒设备。CC2540的主要功能

时钟和电源管理数字内核和外设由一个1.8-V低差稳压器供电。它提供了电源管理功能，可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。有五种不同的复位源来复位设备。CC2540电源模式如下

CC2540外设CC2540包括许多不同的外设，允许应用程序设计者开发先进的应用。调试接口执行一个专有的两线串行接口，用于内电路调试。通过这个调试接口，可以执行整个闪存存储器的擦除、控制使能哪个振荡器、停止和开始执行用户程序、执行8051内核提供的指令、设置代码断点，以及内核中全部指令的单步调试。使用这些技术，可以很好地执行内电路的调试和外部闪存的编程。设备含有闪存存储器以存储程序代码。闪存存储器可通过用户软件和调试接口编程。闪存控制器处理写入和擦除嵌入式闪存存储器。闪存控制器允许页面擦除和4字节编程。

I/O控制器I/O控制器负责所有通用I/O引脚。CPU可以配置外设模块是否控制某个引脚或它们是否受软件控制，如果是的话，每个引脚配置为一个输入还是输出，是否连接衬垫里的一个上拉或下拉电阻。CPU中断可以分别在每个引脚上使能。每个连接到I/O引脚的外设可以在两个不同的I/O引脚位置之间选择，以确保在不同应用程序中的灵活性。

MAC16:18

/6MAC定时器（定时器2）是专门为支持IEEE802.15.4MAC或软件中其他时槽的协议设计。定时器有一个可配置的定时器周期和一个8位溢出计数器，可以用于保持跟踪已经经过的周期数。一个16位捕获寄存器也用于记录收到/发送一个帧开始界定符的精确时间，或传输结束的精确时间，还有一个16位输出比较寄存器可以在具体时间产生不同的选通命令（开始RX，开始TX，等等）到无线模块。定时器3和定时器4是8位定时器，具有定时器/计数器/PWM功能。它们有一个可编程的分频器，一个8位的周期值，一个可编程的计数器通道，具有一个8位的比较值。每个计数器通道可以用作一个PWM输出。睡眠定时器是一个超低功耗的定时器，计算32-kHz晶振或32-kHzRC振荡器的周期。睡眠定时器在除了供电模式3的所有工作模式下不断运行。这一定时器的典型应用是作为实时计数器，或作为一个唤醒定时器跳出供电模式1或2。

睡眠

ADC16:18

/6ADC支持7到12位的分辨率，分别在30kHz或4kHz的带宽。DC和音频转换可以使用高达八个输入通道（端口0）。输入可以选择作为单端或差分。参考电压可以是内部电压、AVDD或是一个单端或差分外部信号。ADC还有一个温度传感输入通道。ADC可以自动执行定期抽样或转换通道序列的程序。随机数发生器使用一个16位LFSR来产生伪随机数，这可以被CPU读取或由选通命令处理器直接使用。例如随机数可以用作产生随机密钥，用于安全。AES加密/解密内核允许用户使用带有128位密钥的AES算法加密和解密数据。这一内核能够支持IEEE802.15.4MAC安全、ZigBee网络层和应用层要求的AES操作。

随机数发生器

看门狗16:18

/6一个内置的看门狗允许CC2540在固件挂起的情况下复位自身。当看门狗定时器由软件使能，它必须定期清除；否则，当它超时就复位它就复位设备。或者它可以配置用作一个通用32-kHz定时器。CC2540具有一个IEEE802.15.4兼容无线收发器。RF内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。

无线设备

调试串口USART0和USART1每个被配置为一个SPI主/从或一个UART。它们为RX和TX提供了双缓冲，以及硬件流控制，因此非常适合于高吞吐量的全双工应用。每个都有自己的高精度波特率发生器，因此可以使普通定时器空闲出来用作其他用途。BLE协议栈

BLE协议栈

协议栈包括两个部分:控制器和主机。控制器和主机在标准蓝牙BR/EDR设备这两个部分通常是单独实现。任何配置文件和应用程序都是建立在GAP和GATT协议层上。16:18

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BLE协议栈简介PHY层：1Mbps自适应跳频GFSK（高斯频移键控），运行在免证2.4GHz频段。LL层：RF控制器，控制设备处于准备(standby)、广播(advertising)、监听/扫描(scanning)、初始化(initiating)、连接(connected)这五种状态中的一种。HCI层：为接口层，向上为主机提供软件应用程序接口（API），对外为外部硬件控制接口，可以通过串口、SPI、USB来实现设备控制。L2CAP层：为上层提供数据封装服务，允许逻辑上的端到端数据通信。SM层：提供配对和密匙分发服务，实现安全连接和数据交换。GAP层：直接与应用程序或配置文件（profiles）通信的接口，处理设备发现和连接相关服务。另外还处理安全特性的初始化。ATT层：导出特定的数据（称为属性）到其他设备。GATT层：定义了使用ATT的服务框架和配置文件（profiles）的结构。BLE中所有的数据通信都需要经过GATT。

BLE协议栈的安装与工程结构BLE协议栈的安装包名为BLE-CC254x-140-IAR.exe，这个安装包是由TI官方为了能够更好的方便CC2540的芯片开发BLE而设计的。该安装包双击点击直接安装即可。双击此安装包直接安装，安装完成后，协议栈会被安装到到C:\TexasInstruments\BLE-CC254x-140-IAR路径下。进入此文件夹后，其内有4个文件夹分别是Accessories、Components、Documents、Projects。Accessories文件夹内放的是Btool工具安装包、USB驱动和一些hex文件；Components放了工程所需要的一些组件，Documents里面是关于此协议栈的说明各种API的注解等。Projects文件中放了BLE协议栈的工程文件，还包含了一些库等。相关文件内容内容如下图。APP：（ApplicationProgramming）应用层目录。HAL（Hardware(H/W)AbstractionLayer）：硬件抽象层目录。INCLUDE：包含了一些协议栈的头文件。LIB：库文件。包含了一些协议栈中对用户不可见的函数的定义，用户不能打开。NPI（NetworkProcessorInterface）：提供了串口驱动。OSAL（OperatingSystem(OS)AbstractionLayer）：操作系统抽象层。PROFILES：包含了一些联网和发送数据相关的文件如GATTprofile。16:18

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BLE网络模式•

蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。主从关系呼叫过程•

蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备。找到后，与从端进行配对，此时需输入从端PIN码（或不设置）。配对完成后，从端会记录主端的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不需重新配对。•

蓝牙数据传输应用中，一对一串口数据通讯是最常见的应用之一，蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预存有从端设备的PIN码、数据传输

地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预。16:18

/11BLE开发工具

BLE集成开发环境德州仪器官方提供的BLE通信协议栈安装包使用的默认开发环境是IAR集成开发环境，因此BLE的相关程序开发同样需要在IAR的集成开发环境上进行。为了能够正常开发BLE程序，需要首先安装IAR集成开发环境为后面的程序开发做准备。16:18

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FlashProgrammer工具FlashProgrammer工具是TI提供的为CC2540烧录代码的工具，通过该工具可以实现芯片的擦除和代码程序的固化，通过此工具可以实现CC2540设备代码的批量烧录。另外该工具还提供了读取CC2540的MAC地址的功能，当需要获取某个CC2540芯片的MAC地址时可以使用此工具读取。16:18

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xLabTools调试工具工具可以通过BLE节点的调试串口获取节点当前配置的网络信息。当主机连接到XLabTools工具上时可以查看网络信息和该主机所组建的网络下的节点反馈的信息，并能够通过调试窗口向网络内各节点发送数据；将从机连接到XLabTools工具上时可以实现对终端节点数据的监测，并能够通过工具向协调器发送指令。16:18

/14项目实践BLE开发工具

ZCloudTools协议工具

ZCloudTools工具是一款企业开发一款无线传感网综合分析测试工具，提供网络拓扑图、数据包分析、传感器信息采集和控制、传感器历史数据查询等功能。分为Android端ZCloudTools和PC端ZCloudWebTools。16:18

/15项目实践

IAR集成开发环境介绍1.安装BLE协议栈，节点的示例工程将集成在协议栈目录内。2.通过IAR集成开发环境打开节点工程，可完成工程源码的分析、调试、运行和下载。16:18

/16项目实践

FlashProgrammer工具使用1.通过FlashProgrammer工具可以对节点程序进行固化烧写；2.通过Flash

Programmer工具可以读取节点IEEE地址（MAC地址）和修改扩展IEEE地址。16:18

/17项目实践

ZCloudTools工具使用1）ZCloudTools可以完成BLE网络拓扑图的监测：2）ZCloudTools可以完成节点应用层数据包的监测。16:18

/18项目实践

xLabTools工具使用1）xLabTools工具可以读取和修改ZigBee