BLE开发（TI CC254x）之协议栈分析

iamlijin 2019-08-16

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TI 系列的蓝牙芯片在协议栈支持上比较完善，最近使用CC254x系列BLE芯片，发现其协议栈的实现挺有意思，这里做点简单分析。

1.协议栈结构

CC2540 集成了增强型的 8051 内核， TI 为 BLE 协议栈搭建了一个简单的操作系统OSAL，即一种任务轮询机制。帮你做好了底层和蓝牙协议深层的内容，将复杂部分屏蔽掉。让用户通过 API 函数就可以轻易用蓝牙 4.0，是开发起来更加方便，开发周期也可以相应缩短。

安装完 BLE 协议栈之后，会在安装目录下看到以下文件结构：

其中，Accessories存放附件，如：USB驱动和hex文件。Components即为OSAL操作系统的底层实现，里面包括OSAL的各层具体实现。

Documents为协议栈相关说明文档，Projects为官方提供的demos，很多demo都是可以直接修改使用的，其中重点关心四个demo：

SimpleBLEBroadcaster、SimpleBLECentral、SimpleBLEObserver、SimpleBLEPeripheral。
这四个代码是CC254x开发的基本模板，他们都有自己的特点。
· Broadcaster 广播员 —— 非连接性的信号装置
· Observer 观察者 —— 扫描得到，但不能链接
· Peripheral 从机 —— 可链接，在单个链路层链接中作为从机
· Central 主机 —— 扫描设备并发起链接，在单链路层或多链路层中作为主机。

2.协议栈OSAL原理分析

协议栈中所谓的OSAL就是一个小型的操作系统，实现了最基本的任务轮询。

直接从main函数开始解剖：

int main(void)
{
  /* Initialize hardware */
  HAL_BOARD_INIT();
  // Initialize board I/O
  InitBoard( OB_COLD );
  /* Initialze the HAL driver */
  HalDriverInit();
  /* Initialize NV system */
  osal_snv_init();
  /* Initialize LL */
  /* Initialize the operating system */
  osal_init_system();
  /* Enable interrupts */
  HAL_ENABLE_INTERRUPTS();
  // Final board initialization
  InitBoard( OB_READY );
  #if defined ( POWER_SAVING )
    osal_pwrmgr_device( PWRMGR_BATTERY );
  #endif
  /* Start OSAL */
  osal_start_system(); // No Return from here
  return 0;
}

主函数一进去就是各种系统初始化：包括硬件、GATT、 GAP 层、任务等的初始化。然后执行 osal_start_system();操作系统。我们重点关心2 个函数：
初始化操作系统
osal_init_system();
运行操作系统
osal_start_system();

我们先来看 osal_init_system();系统初始化函数，进入函数。发现里面有 6个初始化函数，这里我们只关心osalInitTasks();任务初始化函数。继续由该函数进入，进入后发现终于看到各层任务的添加，taskID 依次递增表示优先级降低，即越底层优先级越高（LL、HAL、HCI、L2CAP、GAP、GATT、SM、Profiles、Application）

void osalInitTasks( void )
{
  uint8 taskID = 0;
  tasksEvents = (uint16 *)osal_mem_alloc( sizeof( uint16 ) * tasksCnt);
  osal_memset( tasksEvents, 0, (sizeof( uint16 ) * tasksCnt));
  /* LL Task */
  LL_Init( taskID++ );
  /* Hal Task */
  Hal_Init( taskID++ );
  /* HCI Task */
  HCI_Init( taskID++ );
#if defined ( OSAL_CBTIMER_NUM_TASKS )
  /* Callback Timer Tasks */
  osal_CbTimerInit( taskID );
  taskID += OSAL_CBTIMER_NUM_TASKS;
#endif
  /* L2CAP Task */
  L2CAP_Init( taskID++ );
  /* GAP Task */
  GAP_Init( taskID++ );
  /* GATT Task */
  GATT_Init( taskID++ );
  /* SM Task */
  SM_Init( taskID++ );
  /* Profiles */
  GAPCentralRole_Init( taskID++ );
  GAPBondMgr_Init( taskID++ );
  GATTServApp_Init( taskID++ );
  /* Application */
  SimpleBLECentral_Init( taskID );
}

最高层即应用层优先级最低，最后执行应用层的任务初始化。

我们再来看第二个函数 osal_start_system();运行操作系统。同样用 go to definition 的方法进入该函数。再进入 osal_run_system() ，我们欣喜地发现这里就是任务轮询的基本轮廓，源码和分析如下：

void osal_run_system( void )
{
  uint8 idx = 0;
#ifndef HAL_BOARD_CC2538
  osalTimeUpdate();
#endif
  Hal_ProcessPoll();
  //这段代码扫描触发的任务
  do {
    if (tasksEvents[idx]) //优先级高的任务被置位，说明有任务触发 
    {
      break;//跳出任务扫描，得到的idx即为任务ID！
    }
  } while (++idx < tasksCnt);//idx从0开始递增，先查询高优先级的任务
  if (idx < tasksCnt)
  {
    uint16 events;
    halIntState_t intState;
    //然后进入临界保护区，提取事件后清清除
    HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);
    events = tasksEvents[idx];
    tasksEvents[idx] = 0;  // 清除
    HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);
    //然后通过函数指针调用对应的任务处理函数
    activeTaskID = idx;
    events = (tasksArr[idx])( idx, events );
    activeTaskID = TASK_NO_TASK;
    //taskArr[]即为函数指针数组，存放所有定义好的处理任务函数的入口地址
    HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(intState);
    tasksEvents[idx] |= events;  // 保存未处理的事件
    HAL_EXIT_CRITICAL_SECTION(intState);
  }
#if defined( POWER_SAVING )//如果定义了节能模式
  else  
  {
    osal_pwrmgr_powerconserve();  //进入睡眠
  }
#endif
#if defined (configUSE_PREEMPTION) && (configUSE_PREEMPTION == 0)
  {
    osal_task_yield();
  }
#endif
}