rtt+nimble揭秘系列——移植nimble（3）

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站在巨人的肩膀上可以看的更远。

前言

移植目标：手机app可以搜索到ble广播，能成功连接并发现服务。

目录

1. 土方法

第一个问题，nimble的porting目录看不懂，钻牛角尖要不得，故跑到大佬的github上寻求解决方案。

然后有了第一个解决思路：基于可以正常运行的工程，将部分nimble源文件从SConscript脚本中移除。

然后第二个问题来了，移除哪些源文件？

按照笔者对nimble官方文档的了解，nimble支持host和controller解耦，那么第一步移植工作就先保留host代码，将controller部分全部移除掉。

2. 移植host

2.1. 添加nimble

将官网下载的nimble压缩包解压，并将生成的文件夹复制粘贴到myboard目录下，即rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0。

2.2. 添加空白SConscript

添加SConscript文件到nimble目录下，即rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\SConscript。

2.3. 移植阶段一

把所有rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\nimble\host里面除了mesh文件夹和test文件夹以外的.c文件加进刚创建的空白SConscript脚本。

NOTE：ble mesh后面再挖坑，这里先不展开。

按照上述步骤操作后，编译过程中必然会一路报错，以下是解决方案，请大家对号入座一个个消掉。

2.3.1. 无法打开头文件

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error:  #5: cannot open source input file "sysinit/sysinit.h": No such file or directory

错误原因：nimble包有该文件，只是没有将头文件目录添加进编译脚本
解决方法：在nimble包中找到唯一对应的头文件，并在SConscript中添加路径，该例子需要添加的路径为cwd + '/porting/nimble/include'，同类报错可用同样方法解决。

2.3.2. 无法打开头文件（缺少头文件）

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error:  #5: cannot open source input file "base64/base64.h": No such file or directory

错误原因：nimble包没有该文件
解决办法：从mynewt的encoding目录下，拷贝base64到rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\ext\，并在SConscript中添加路径，该例子需要添加的路径为cwd + '/ext/base64/include'。

2.3.3. 无法打开头文件（存在多个同名头文件）

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error:  #5: cannot open source input file "nimble/nimble_npl_os.h": No such file or directory

错误原因：nimble包有多个该文件，只是没有将头文件目录添加进编译脚本
解决方法：该文件定义了os的抽象接口，协议栈会调用这些接口，这些接口的实现每个os都不一样，我们这里参考rt-thread官方做法，直接下载该文件夹到rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\npl下，并在SConscript中添加路径，该例子需要添加的路径为cwd + '/porting/npl/rtthread/include'。

2.3.4. 缺少标识符定义

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error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLEUART_MAX_INPUT" is undefined

错误原因：缺少宏定义
解决方法：将nimble/host/services/bleuart/src/bleuart.c从SConscript脚本中删除，暂不考虑实现该profile。

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error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLE_SVC_DIS_MODEL_NUMBER_DEFAULT" is undefined

错误原因：缺少宏定义
解决方法：将nimble/host/services/dis/src/ble_svc_dis.c从SConscript脚本中删除，暂不考虑实现该profile。

2.4. 移植阶段二

经过上节处理之后，编译均是以下错误：

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Error: L6218E: Undefined symbol xxxx (referred from xxxx).

host文件夹内的代码会引用其他目录下的公共组件以及公共函数。组件如：内存池，函数如：大小端转换函数。

所以该阶段目标是将host文件夹依赖的公共组件和公共函数补充完整。

2.4.1. 缺少endian.c中实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/endian.c添加进SConscript脚本。

2.4.2. 缺少mem.c中实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/mem.c添加进SConscript脚本。

2.4.3. 缺少os_mbuf.c实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/os_mbuf.c添加进SConscript脚本。

2.4.4. 缺少os_mempool.c实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/os_mempool.c添加进SConscript脚本。

2.4.5. 缺少nimble_port.c实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/nimble_port.c添加进SConscript脚本。

2.4.6. 缺少os_msys_init.c实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/os_msys_init.c添加进SConscript脚本。

2.4.7. 缺少tinycrypt加密组件

解决方法：添加以下路径到SConscript文件。
ext/tinycrypt/src/aes_decrypt.c
ext/tinycrypt/src/aes_encrypt.c
ext/tinycrypt/src/utils.c

2.5. 移植阶段三

经过上节处理之后，编译剩下以下错误：

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1. Error: L6218E: Undefined symbol ble_hci_trans_xxxx (referred from xxxx).
2. Error: L6218E: Undefined symbol ble_npl_xxx (referred from xxxx).

前面做的移植操作，哪个平台都是一样的。而对于这两类错误，不同的应用场景和平台，解决方案会有所差异。

2.5.1. 存在多个ble_hc_trans_xxxx同名函数

全局搜索nimble包会发现这些函数在多个.c文件中都有实现，位置如下：

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apache-mynewt-nimble-1.2.0
└──nimble         
    └──transport
           ├──da1469x
           │     └──src
           │         └──da1469x_ble_hci.c
           ├──emspi
           │    └──src
           │        └──ble_hci_emspi.c
           ├──ram
           │    └──src
           │        └──ble_hci_ram.c
           ├──socket
           │    └──src
           │        └──ble_hci_socket.c
           └──uart
               └──src
                   └──ble_hci_uart.c

这意味着我们需要做出选择，为这些函数接口选择具体实现。这时候引入新问题，“我们在选择什么”。

参考这篇blog，可知：

host和controller可通过hci（host-controller-interface）接口互相通信。具体表现为：

  • host通过hci向controller发送command
  • controller通过hci向host发送event
  • host和controller通过hci互传acl data

而编译报错缺失的ble_hc_trans_xxxx函数为：

  • ble_hci_trans_reset
  • ble_hci_trans_cfg_hs（该API注册接收evt和acl data的回调函数）
  • ble_hci_trans_buf_alloc
  • ble_hci_trans_buf_free
  • ble_hci_trans_hs_cmd_tx
  • ble_hci_trans_hs_acl_tx

也就是我们在选择用什么样的transport来实现hci功能，即：

  • 如果我们需要在一颗芯片上运行host+controller，那么就要选ble_hci_ram.c文件，即host和controller之间用ram通信。
  • 如果我们需要在一颗芯片上运行host，另一颗芯片运行controller，那么就可以选ble_hci_uart.c文件，即host和controller之间用uart通信。

NOTE：市场上一些简单的智能设备，如手环、心率带、无线传感器，都会选择在一颗芯片上运行完整的协议栈，即host+controller，无论在成本还是开发上都会简单很多。但是一些比较复杂如多协议网关、机顶盒的产品，则需要一个强大的cpu跑linux，并用linux实现host（bluez、bluedroid），然后外挂一颗性能和成本较低的蓝牙芯片跑controller。

这里我们选择ble_hci_ram.c文件，将nimble/transport/ram/src/ble_hci_ram.c和cwd + '/nimble/transport/ram/include'加进SConscript。

2.5.2. 缺少ble_npl_xxx函数定义

npl全称为nimble porting layer，顾名思义，这些函数是协议栈需要调用的接口，协议栈不会实现这部分内容，需要我们自己去实现，协议栈用到的所有接口在nimble_npl.h中。

这部分nimble没有注释说明接口该如何实现，移植者只能参考其他os的实现以及nimble协议栈调用接口代码，去猜这个函数做了什么，我不喜欢这一点。

这里我们将rt-thread官方已经移植好的代码加进SConscript，即porting/npl/rtthread/src/npl_os_rtthread.c。

NOTE：需要注释掉npl_os_rtthread.c里面的ble_npl_task_init函数。

2.6. 移植host总结

总的来说，nimble中移植host功能需要关注以下几种类型代码。

  1. host协议核心代码
  2. 公用组件和公用函数
  3. hci transport
  4. os特定代码

myboard文件夹下载地址

3. 移植controller

3.1. 移植阶段一

把所有rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\nimble\controller里面除了test文件夹以外的.c文件加进之前的SConscript脚本。

按照上述步骤操作后，编译过程中必然会一路报错，以下是解决方案，请大家对号入座一个个消掉。

3.1.1. 无法打开头文件

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error:  #5: cannot open source input file "controller/ble_ll.h": No such file or directory

错误原因：nimble包有该文件，只是没有将头文件目录添加进编译脚本
解决方法：在nimble包中找到唯一对应的头文件，并在SConscript中添加路径，该例子需要添加的路径为cwd + '/nimble/controller/include'，同类报错可用同样方法解决。

3.2. 移植阶段二

前面做的移植操作，无论哪个平台都是一样的。而接下来的操作，不同的应用场景和平台，解决方案会有所差异。

3.2.1. 无法打开头文件（存在多个同名头文件）

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error:  #5: cannot open source input file "ble/xcvr.h": No such file or directory

xcvr英文原名为transceiver，即既有包含发射器，又有接收器的radio设备。

  1. xcvr正常运行前需要有一段rampup时间
  2. xcvr在发射器和接收器之间切换，需要软件执行时间

因为不同设备，这两个参数会有比较大差异，而ble对于时间的要求又是us级别的，所以需要移植者根据自己的硬件设备来实现。

这里我们选择nrf52的xcvr文件，将nimble/drivers/nrf52/src/ble_phy.c和cwd + '/nimble/drivers/nrf52/include'加进SConscript。

3.2.2. 缺少标识符定义

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error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLE_SVC_DIS_MODEL_NUMBER_DEFAULT" is undefined

协议栈要正常运行必须有一些默认参数，否则编译不通过，如：射频发射功率、支持最大连接数等，参数以及参数的说明可以从目录对应的syscfg.yml文件获知。

由于我们不使用rt-thread提供的软件包功能，所以将用该文件替换如下路径同名文件：rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\npl\rtthread\include\config\config.h。

同时在rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\nimble\include\syscfg\syscfg.h文件开头位置中include该头文件：

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#ifndef H_MYNEWT_SYSCFG_
#define H_MYNEWT_SYSCFG_

...

#define MYNEWT_VAL(x)                           MYNEWT_VAL_ ## x

#include "config/config.h"
...

#endif

NOTE：因为通过宏定义配置参数的文件都会include <syscfg/syscfg.h>文件，将include “config/config.h”放在该文件前可以起到全局配置的作用。

3.2.3. 无法识别内联汇编

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error:  #18: expected a ")"

用c来实现内联汇编的功能，用该文件替换如下路径同名文件，即：rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\nimble\drivers\nrf52\src\ble_phy.c。

3.2.4. 缺少ble_hw.c中实现的函数

解决方法：将nimble/drivers/nrf52/src/ble_hw.c添加进SConscript脚本。

3.2.5. 缺少os_cputime.c中实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/os_cputime.c添加进SConscript脚本。

3.2.6. 缺少os_cputime_pwr2.c中实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/os_cputime_pwr2.c添加进SConscript脚本。

3.2.7. 缺少hal_timer.c中实现的函数

解决方法：将porting/nimble/src/hal_timer.c添加进SConscript脚本。

3.2.8. 缺少ble_npl_hw_set_isr函数定义

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Error: L6218E: Undefined symbol ble_npl_hw_set_isr (referred from ble_phy.o).

该接口用于设置中断号以及对应的中断服务函数。

这里我们将porting/npl/rtthread/src/nrf5x_isr.c添加进SConscript脚本。

3.2.9. 缺少ble_npl_hw_is_in_critical函数定义

在rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\npl\rtthread\src\npl_os_rtthread.c中修改如下实现：

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volatile int ble_npl_in_critical = 0;


uint32_t ble_npl_hw_enter_critical(void)
{
    ++ble_npl_in_critical;
    return rt_hw_interrupt_disable();
}

void ble_npl_hw_exit_critical(uint32_t ctx)
{
    --ble_npl_in_critical;
    rt_hw_interrupt_enable(ctx);
}

bool ble_npl_hw_is_in_critical()
{
    return (ble_npl_in_critical > 0);
}

3.3. 移植controller总结

总的来说，nimble中移植controller功能需要关注以下几种类型代码。

  1. controller协议核心代码
  2. 硬件平台差异文件（ble_phy.c/ble_hw.c/nrf5x_isr.c）
  3. 公用组件和公用函数(hal_timer.c/…)
  4. 应用宏定义配置文件（config.h/syscfg.yml）

myboard文件夹下载地址

4. 移植profile

不同的应用场景对于蓝牙核心协议栈（host+controller）的用法不一样，为了规范化和互联互通，针对某些应用场景，会有一套蓝牙核心协议栈的操作指南，这份指南称为profile。

4.1. 添加心率profile

下载rt-thread官方推荐的应用代码，添加进rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\apps\blehr\src\文件夹。

  1. 将apps/blehr/src/gatt_svr.c添加进SConscript脚本。
  2. 将apps/blehr/src/blehr.c添加进SConscript脚本。
  3. 将cwd + '/apps/blehr/src'添加进SConscript脚本。

4.2. 移植proifile总结

添加profile的过程比较杂乱，但这没办法，因为profile和os、nimble的启动方式等等都有耦合，特别是rtthread这里启动nimble的方式有点绕。

5. 启动运行

经过上节处理之后，编译报以下错误：

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Error: L6218E: Undefined symbol ble_hs_thread_startup (referred from blehr.o).

解决方法：将porting/npl/rtthread/src/nimble_port_rtthread.c添加进SConscript脚本。

通过阅读nimble_port_rttherad.c文件得知，如果需要支持controller，还需要先增加宏定义NIMBLE_CFG_CONTROLLER=1，所以将该宏定义添加进SConscript脚本。

5.1. 缺少标识符定义

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error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLE_CTLR_THREAD_STACK_SIZE" is undefined

error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLE_CTLR_THREAD_PRIORITY" is undefined

error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLE_HOST_THREAD_STACK_SIZE" is undefined

error:  #20: identifier "MYNEWT_VAL_BLE_HOST_THREAD_PRIORITY" is undefined

在porting/npl/rtthread/include/config/config.h文件添加以下内容：

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//thread config
#ifndef MYNEWT_VAL_BLE_HOST_THREAD_STACK_SIZE
#define MYNEWT_VAL_BLE_HOST_THREAD_STACK_SIZE     (2048)
#endif

#ifndef MYNEWT_VAL_BLE_HOST_THREAD_PRIORITY
#define MYNEWT_VAL_BLE_HOST_THREAD_PRIORITY       (5)
#endif


#ifndef MYNEWT_VAL_BLE_CTLR_THREAD_STACK_SIZE
#define MYNEWT_VAL_BLE_CTLR_THREAD_STACK_SIZE       (2048)
#endif

#ifndef MYNEWT_VAL_BLE_CTLR_THREAD_PRIORITY
#define MYNEWT_VAL_BLE_CTLR_THREAD_PRIORITY         (4) // must higher than MYNEWT_VAL_BLE_HOST_TASK_PRIORITY, numerically smaller
#endif

5.2. 修复bug

将rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\nimble\include\os\endian.h文件

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#if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__

改为：

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#if defined (__BYTE_ORDER__) && (__BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__)

5.3. 添加调试

将porting/npl/rtthread/src/modlog.c添加进SConscript脚本。

用该文件替换rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\npl\rtthread\src\modlog.c。

用该文件替换rt-thread\bsp\myboard\apache-mynewt-nimble-1.2.0\porting\nimble\include\modlog\modlog.h。

5.4. 编译烧录

myboard文件夹下载地址

生成工程、编译、烧录后，在串口调试助手输入ble_hr，设备开始广播。

6. 总结

通过这一章节的学习，对于nimble的目录结构、参数配置方式，有更深刻的认识。

“如果觉得还不错，请我喝杯咖啡吧~”