STM32WB基于Custom Template实现客户定制BLE私有协议

只看该作者 · 2023-10-18 09:22

01引言

STM32WB55是一款支持BLE5.x的双核高性能MCU，针对BLE的应用固件包STM32Cube_FW_WB_V1.xx.xx\Projects\P-NUCLEO-WB55.Nucleo\Applications\BLE里面也提供了大量的例程，目前支持的标准GAP服务例程在STM32CubeMX中已有列出，或可以在固件包STM32Cube_FW_WB_V1.xx.xx \Middleware\ST\STM32_WPAN\ble\svc中找到。然而，在实际的STM32WB意向客户中，使用BLE私有协议来开发Profile非标产品的客户占了绝大部分。读者可以去查看BLE_p2pServer、BLE_Custom等例程，对于需要添加自定义ATT属性和服务的应用，现有例程里面STM32CubeMX是无法自定义添加ATT属性和服务。但笔者发现，其实使用STM32CubeMX的Custom Template是能实现上述功能的。

本文的目的旨在使用STM32CubeMX以及Custom Template例程基于STM32WB55-Nucleo实现基于BLE私有协议的通用通信框架，使客户快速上手进行产品开发，且可以直接应用在产品上，应用框架的设计如下图所示。另外，本文还对BLE协议栈的下载和升级注意事项做了详细指导，如果读者不熟悉这些内容，可以先行阅读。

如上图所示，使用手机APP与STM32WB进行BLE私有协议通信，一共设计了4种类型的数据访问：读/写、只写、只读、通知，这4种访问类型基本可以覆盖大部分数据访问场景

02STM32CubeMX实现步骤

2.1 创建BLE工程添加并配置外设
请在搭建工程之前，下载安装最新的STM32CubeMX和STM32CubeWB

2.1.1 在STM32CubeMX中点击“File”/“New Project”在弹出对话框中输入“STM32WB55RG”创建一个新工程

2.1.2 工程配置如下图所示，配置工程名字、保存路径、选择编译工具、调整堆栈大小和选择需要的STM32CubeWB的库文件（缺省为已安装的最新版本）。

2.1.3 系统配置：调试口

2.1.4 外设配置：添加外部高速晶振（HSE）和低速晶振（LSE）

2.1.5 外设配置：调试打印串口USART，手动将USART1引脚重映射到PB6/PB7

使能USART1的TX的DMA功能和USART1的全局中断

2.1.6 外设配置：使能HESM，它完全由BLE stack管理

只看该作者 · 2023-10-18 09:23

2.1.7 外设配置：使能RF，它完全由BLE stack管理。

2.1.8 外设配置：使能IPCC，它完全由BLE stack管理。只需同时使能它的RX/TX中断即可。

2.1.9 外设配置：使能RTC，同时选择WakeUp为“Internal WakeUp”和WakeUp中断。

2.1.10 外设配置：配置时钟

2.1.11 外设配置：NVIC的配置

至此，外设的配置和添加部分已经完成。

2.2 BLE协议栈的添加及配置
2.2.1 协议栈配置：使能BLE协议栈

2.2.2 协议栈配置：禁止“Custom P2P Server”并使能“Custom Template”自定义GATT通用模板

2.2.3 协议栈配置：新建一个GATT服务，其名称为“My_Data_Server"

2.2.4 协议栈配置：GATT服务基本配置

2.2.5 协议栈配置：配置GATT读&写服务特征及属性值

只看该作者 · 2023-10-18 09:24

2.2.6 协议栈配置：配置GATT写服务特征及属性值

2.2.7 协议栈配置：配置GATT读服务特征及属性值

2.2.8 协议栈配置：配置GATT通知服务特征及属性值

2.2.9 协议栈配置：配置GATT广播参数配置

2.2.10 协议栈配置：BLE配对参数设置

2.2.11 协议栈配置：BLE协议栈调试及打印配置（需依次序配置）

2.3 生成工程代码并初步测试
2.3.1 点击“GENERATE CODE”生成工程代码

2.3.2 在生成的代码中添加BLE Trace&Debug初始化代码

2.3.3 在“main.c”文件中取消“MX_UART_Init（void）”的“static”属性

2.3.4 在“app_entry.c”文件中增加“Debug”模块的初始化代码“APPD_Init（）”。

2.3.5 下载代码到STM32WB55-NUCLEO中运行。此时，在手机的蓝牙列表中，已经能成功地搜索添加的BLE设备。说明Debug和BLE协议栈已经成功运行。

2.4 添加BLE Stack应用代码
为了便于对后续添加代码的理解，我们先将Central（手机）与STM32WB进行BLE通信的数据交互概括如下。所以需要将用户代码添加到Custom_STM_Event_Handler()、Custom_STM_App_Notification()中。

BLE应用代码添加：定义用户数据缓存。
在“custom_app.c”文件中定义4个用户缓存区数组。

BLE事件驱动代码添加：
在“custom_stm.c”文件中的“Custom_STM_Event_Handle r(void*Event)”中依次为WRITE_READ_DATA_BUF、WRITE_DATA_BUF、NOTIFY_DATA_BUF特征和属性添加stack层的事件驱动代码，以使BLE数据从stack层传递到app层。

添加特征1 Events：WRITE_READ_DATA_BUF（即User_Write_Read_Data[]对应的写&读操作句柄）请求驱动代码。

上图对应的代码文本如下所示：

上图对应的代码文本如下图所示：

添加特征2 Events驱动：WRITE_DATA_BUF（即User_Write_Data []对应的写操作句柄）代码。

上图对应的代码文本如下图所示：

添加特征3 Events驱动：READ_DATA_BUF（即User_Read_Data[]对应的写操作句柄）代码

上图对应的代码文本如下图所示：

添加特征4 Events驱动：NOTIFY_DATA_BUF（即User_Notify_Data[]对应的写操作句柄）请求驱动已经由STM32CubeMX自动完成了。NOTIFY_DATA_BUF不用再手动添加。

BLE应用数据代码添加：
在“custom_app.c”文件中的Custom_STM_App_Notification(Custom_STM_App_Notification_evt_t*pNotification)”添加代码，以将BLE数据上传到4个User_xxx_Data[]缓冲区，依次添加代码如下。

2.5 修改BLE最大数据包传输长度
如果不修改，BLE单包长度最大仅为23字节
1. 在“app_conf.h”中修改BLE stack最大数据包长度（CFG_BLE_MAX_ATT_MTU）

2. 在“app_ble.c”文件SVCCTL_UserEvtFlowStatus_t_SVC CTL_App_Notification（void*pckt）中添加红色部分代码。

至此，所有代码更改完成。

03测试平台搭建及功能测试

3.1 使用STM32CubeProgrammer BLE协议栈安装（升级）

升级ST-LINK固件以保证与STM32CubeProgrammer驱动是匹配的

查看当前FUS版本，并将FUS升级到最新版本

如果当前FUS版本是0.5.3，FUS固件使用“stm32wb5x_FUS_fw_for_fus_0_5_3.bin”，否则FUS固件使用“stm32wb5x_FUS_fw.bin”，强烈建议阅读BLE协议栈及FUS升级详细说明“STM32Cube_FW_WB_V1.13.3\Projects\ STM32WB_Copro_Wireless_Binaries\STM32WB5x\Release_Notes.html”。

升级（安装）BLE协议栈，根据MCU型号选择相应的固件和下载地址

3.2 测试平台搭建及验证

3.2.1 在Android安卓应用市场下载安装“BLE调试助手”

3.2.2 可发现设备“MY_STM32WB”，并点击“CONNECT”后可以发现application特征和属性访问服务，如下图所示。

3.2.3 设置BLE最大单包传输长度为256字节，否则L2CAP层传输超过23字节将自动分包。

3.2.4 手机app写数据访问（User_Write_Read_Data[64]）测试

3.2.5 手机App读数据访问（User_Write_Read_Data[64]）测试

3.2.6 手机App写User_Write_Data[64]测试

3.2.7 手机App读User_Read_Data[64]测试。

3.2.8 通知数据访问（User_Notify_Data[64])测试

至此，整个验证和测试过程完成。

04小结
BLE经过多年的发展和迭代，BLE协议本身已是一个很复杂和庞大的协议族，如果**开发自定义Service和GATT应用时，若对底层协议不熟悉的话还是较为困难的。但是由于STM32良好的生态，特别是借助于我们的STM32CubeMX+STM32Cube_FW_ WB固件包，使得我们可以快速、高效地开发出各种BLE应用。