Nordic SemiconductorによるBLE。 nRF51822チップを使用してスタックを使い始める

こんにちは。



しばらくの間、このスタック、その機能、およびnRF51822チップを使用したアプリケーションに関する記事を書くことを考えていました。 また、最近の出版物「 TLE's BLE stack 」により、私は座ってアイデアを具体的なものに変えようとしました。



Nordic Semiconductorは、私の意見では非常に興味深いソリューションを提供します。 一方では、ARM Cortex-M0コアに基づく強力なチップ、他方では、常に進化するスタックのソフトウェアとSDKに含まれるライブラリのセット。



残念ながら、ノルディックのBLEトピックに関するHABRに関する記事はありません。他のケースでは、RuNetには事実上ないので、この記事がBLEに関連する部分でこの会社の製品を使い始めた人に役立つことを願っています。 Bluetoothテクノロジー、特にBLEが好きな人。

1.鉄

メモリサイズの観点から検討しているnRF51822チップは、3つのバージョンで提供されています。

• 256KBフラッシュおよび16KB RAM。
• 128KBフラッシュと16KBのRAM。
• 256KBフラッシュと32KBのRAM。

この場合、RAMはブロックに分割され、各ブロックには独自の電力管理があります。 チップをプログラミングするとき、RAMの上半分は常にアプリケーションに使用され、下半分は常にスタックに使用されることを知る必要があるため、これに焦点を当てます。



スタックのバージョンによっては、クライアントソフトウェアのダウンロードアドレスも変わる場合があります。 これにも注意を払う必要があります。 ソフトウェアのダウンロードアドレスが正しくない場合、プログラマーはエラーを出しますが、その説明ではチップをフラッシュできなかった理由を理解できません。 ソフトウェアダウンロードアドレスは、スタックの各バージョンの仕様で指定されています。



したがって、NORDICのBLEを使用する場合は、まずデバッグキットの1つを購入する必要があります。 それらのいくつかを次に示します。

-nRF51822評価キット （EK）-nRF51822チップに基づいた、評価およびプロトタイピング用の独立したプラットフォーム。







キットの内容：

• チップと、ボタンとLEDのペアを備えたボード。 ボードには独自の固有番号を持つSeggerのプログラマーがいます。このプログラマーはチップをプログラムし、デバッグし、特にUARTを使用してnRF51822をUSB経由でコンピューターに接続できます。
• nRF51822チップと特別なNORDICファームウェアを備え、ボードとの通信に使用されるSeggerプログラマーを備えたUSBドングル。

-nRF51822開発キット （DK）-「スターターキット」に依存するプラットフォームにより、BLEだけでなく、nRF51822チップのすべてのリソースをマイクロコントローラーとして使用して、本格的なアプリケーションを作成できます。





キットの内容：

• nRF51822とPCBアンテナを備えたボード。
• nRF51822とアンテナ用コネクタを備えたボード。
• USBドングルはEKと同じです。
• 5 nRF51822チップ;
• プログラマー

ところで、はんだごての使用方法を知っている場合、またはブレッドボードと配線がある場合、「スターターキット」への「依存」は重要ではありません。



-nRF51822スターターキット （SK）は、EKとDKを接続してnRF51822チップのすべての機能を使用できる一種の「マザーボード」です。







キットには、ケーブルセット付きの2つのマザーボードが含まれています。







最近、会社はEKとDKの使用を推奨していません。 新しいデバッグキット「 nRF51 DK 」と「 nRF51ドングル 」が登場しましたが、EKとDKは学習とプロトタイプ作成のための非常に優れたツールであると思います。



現時点では、私のタスクはSKなしでnRF51822 DKを使用しています。 DKボードのコネクタのおかげで、接続ワイヤやブレッドボードを使用して周辺機器を接続できます。たとえば、接続の有無やエラーを示すLEDです。 SKなしでDKを使用することの特徴は、DKボードに電力を供給する必要があることです。そのためには、ボードのコネクタのピン配列を知る必要があります。







ドキュメント「nRF51822_Development_Kit_User_Guide」にあります。 STM32L152-DISCOVERYデバッグモジュールをnRF51822の「スーパーホスト」として使用しているため、そこから3.3Vの電力が供給されます。



ニュアンス：セットの1つを購入するまで、nRFgo Studioソフトウェアとチップのドキュメントを除き、仕様、スタック、またはソフトウェアをサイトからダウンロードできません。



各デバッグセットには、そのセットのボックスに接着された独自の一意の番号（キー）があります。 キットを購入したら、サイトに登録し、ユーザープロファイルのボックスに示されているキーを入力する必要があります。 その後、利用可能になります：

• 製品仕様;
• ユーザーガイド。
• 仕様、ファームウェア、APIスタック。
• ソフトウェア
• 「参照レイアウト」;

2. NORDICが提供するソフトウェア

• SoftDevice S110スタック（S120、S130）-APIヘッダーファイルと、スタックのファームウェアを含むバイナリ（HEX）ファイル（スタックの各タイプごとに独自のHEX）が含まれます。 スタック自体のソースコードはありません。
• nRF51 SDK-スタックのヘッダーAPIファイルと、nRF51422およびnRF51822チップのスタックおよび周辺機器との作業を簡素化するためのCライブラリのソースコードが含まれています。
• マスターコントロールパネル（MCP）-USBドングルで動作するように設計された32ビットおよび64ビットソフトウェアで、デバイスの検索、サービスの検出、サービス属性の読み取り、Bluetooth接続の確立、データの送受信を可能にします。 サーバーモードでは、Bluetooth SIGと独自のサービスの両方で定義された特性を持つサービスを作成できます。 一般に、これはワイヤレス接続の一方でソフトウェアをデバッグするためのメインプログラムです。 マスターコントロールパネルをインストールすると、「マスターエミュレーター」と呼ばれるソフトウェアもインストールされます。 これについてはほとんど書かれていませんが、多くの開発者が気に入っているかもしれません。 実際、これはマスターデバイスの役割を持つPC用の.NETアプリケーションを作成できるAPIです。
• nRFgo Studio-スタックおよびクライアントソフトウェアのフラッシュ用に設計された32ビットおよび64ビットソフトウェア。 また、その助けを借りて、SKキットに含まれるマザーボードのファームウェアを変更できます。 独自のUUIDを含むサービスを作成します。 接続セキュリティ設定の構成、GAPと広告の構成、チップ周辺機器の構成、チップのエネルギー消費量の計算など。
• nRF Sniffer-あるデバイスから別のデバイスに送信されたパケットを表示するためのソフトウェア。
• nRF51-BLE-Driver-実際、これは通常の意味でのドライバーではありません。 これは、C言語でスタックのAPIを提供するDLLであるため、DKまたはEKの一部であるUSBドングルに埋め込むことができるスタックと通信するPCアプリケーションを作成できます。 APIは、ペリフェラルロールのみの実装を提供します。
• また、デバッグキットを使用できるAndroidおよびiOSアプリケーションのソースコードをダウンロードすることもできます。 アプリケーション自体は、それぞれのアプリストアで見つけることができます。 アプリケーションを使用すると、たとえば、無線によるファームウェアの更新（DFU-デバイスファームウェア更新サービス）またはBluetooth経由のUARTの動作をテストできます。

3.開発ツール

プログラミングには、有料と無料の両方の開発ツールを使用できます。 NORDICは、Keil MDK-ARM、IAR、およびGCC ARMと連携できるIDEを使用することをお勧めします。 GCCを使用するために、Eclipse、GCC、およびGDBを使用する開発者向けの提案を説明する「nAN-29 nRF51 Development with GCC and Eclipse Application Note」というドキュメントが提案されています。



NORDICはKeilを使用することが望ましいと考えており、「nRF51 SDK」インストーラーでもSDKをKeilに統合するため、アプリケーションプロジェクトの作成プロセスが簡素化されます。 SDKのすべての例には、Keil形式のプロジェクトファイルがあります。

4. SoftDeviceをスタックする

スタックには3つのバージョンがあります。

• S110 SoftDevice-デバイスに周辺機器（周辺機器/ブロードキャスター）の役割が必要な場合に使用するように設計されています。
• S120 SoftDevice-デバイスを中央デバイス（中央/オブザーバー）にする必要がある場合に使用するように設計されています。 このスタックは、周辺機器との最大8つの同時接続をサポートできます。
• S120 SoftDevice-デバイスが周辺機器と中央機器（中央/周辺機器/放送局/観測者）の両方である場合に使用するように設計されています。

スタックオプションのAPIを使用すると、BLEコントローラーとホストの両方を制御できます。 チップに含まれるその他の周辺機器。 これを言う方が正確です。SoftDeviceスタックを使用する場合、残りの周辺機器はスタックAPIを介して制御され、何をいつ適用できるかを制御します。 当然、チップは通常のマイクロコントローラーのようにスタックなしで使用できます。



SDKの次のバージョンのリリース情報は、スタックのサポートされているバージョンを常に示します。 これは非常に重要です。なぜなら、プログラマが最初に直面するのは、SDKバージョンとSoftDeviceの不一致が原因でプログラムをフラッシュできないからです。 たとえば、SDKバージョン6.1.0は次のスタックバージョンで動作します。S110-7.0.0、7.1.0。 S120-1.0.0。

5.ファームウェアスタックとクライアントアプリケーション。

スタックがバイナリファームウェアファイルの形式でのみ提供されるという事実により、問題が発生します。スタックとプログラムの両方を縫う必要がある場合、チップをどのように使用するか？









これらの2つの図からわかるように、スタックはフラッシュメモリの下部に縫い付けられ、0x2000000から始まるRAMの下半分を使用します。 アプリケーションは、アドレスCODE_R1_BASEからフラッシュメモリに縫い付けられ、アドレスRAM_R1_BASEのRAMを使用します。



変数CODE_R1_BASEおよびRAM_R1_BASEは、スタックのバージョンによって異なります。



スタックは「nRFgo Studio」プログラムを使用して一度縫製されます。その後、アプリケーションを記述して、「nRFgo Studio」またはより便利にKeilを使用して縫製できます。









スタックHEXファイルは一度縫製されます。その後、アプリケーションを記述し、「nRFgo Studio」またはより便利なKeilで縫製できます。



S110 v.6.0.0スタックのKeilのメモリ構成の例を次に示します。







CODE_R1_BASEは0x16000、RAM_R1_BASEは0x20002000です



次に、S120 v.1.0.0スタックのKeilメモリ構成の例を示します。







CODE_R1_BASEは0x18000、RAM_R1_BASEは0x20002800です

6.結論

SDKには、nRF51822チップの使用例が多数あり、マイクロコントローラーだけでなくスタックも使用できます。 サンプルのおかげで、SDKのすべての複雑さを並行して学習しながら、チッププログラミングをすばやくマスターできます。



NORDICは、ほとんどすべての質問に対する回答を得ることができる優れたフォーラムを作成しました。 多くの場合、会社の従業員は自分自身で質問にかなり早く答えます。



最後まで私の記事を読んでくれてありがとう。 興味があり、サンドボックスに目を通す場合は、次の記事で、SDKスタックを使用してクライアントソフトウェアを実装する機能について説明します。



Nordic Semiconductor製品の開発と応用における幸運と成功をお祈りします。私は彼らのソリューションが気に入っています。



ご清聴ありがとうございました。