芯耀
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在蓝牙低功耗（BLE）物联网应用中，协处理器模式凭借 “功能拆分、高效协同” 的核心优势成为主流设计方案。意法半导体 BlueNRG 系列芯片自初代 BlueNRG-MS 起便原生支持协处理器模式，既延续了 AT 指令模式 “高内聚、低耦合” 的特点，又在灵活性、低功耗控制及交互能力上实现全面升级。本文基于 LAT1290 应用笔记（Rev 1.0），从核心定义、技术细节到实操配置，系统拆解 BlueNRG 协处理器的关键知识点，为工程师提供一站式技术参考。
资料获取：【应用笔记】LAT1290 BlueNRG系列的协处理器简介
1. 协处理器模式核心概述：定位与基础要求
1.1 核心架构逻辑
协处理器模式的核心是 “功能分工”：BLE 无线通信功能（如射频收发、协议栈运行）由 BlueNRG 芯片独立完成，应用层逻辑（如业务控制、数据处理）由外部 MCU、MPU 或 PC 端承载。这种架构让硬件功能与应用开发解耦，既简化了调试流程，又能充分发挥 BlueNRG 在 BLE 通信上的优化优势。
1.2 核心优势对比 AT 指令模式
| 特性 | 协处理器模式 | AT 指令模式 |
|---|---|---|
| 灵活性 | 支持自定义扩展，适配复杂场景 | 功能固定，扩展受限 |
| 功耗控制 | 支持睡眠 / 唤醒协同，续航更优 | 缺乏深度协同功耗管理 |
| 交互能力 | 支持 ACI/HCI 双指令集，通信效率更高 | 仅支持基础 AT 指令，交互维度有限 |
1.3 基础使用前提
使用协处理器模式需满足两个关键条件：
- 硬件层面：BlueNRG 芯片需搭配带 UART 或 SPI 接口的外部处理器（MCU/MPU/PC）；
- 软件层面：BlueNRG 芯片需烧录 ST 扩展版 DTM 固件（Direct Test Mode）。该固件不仅支持 RF 性能测试（发射功率、接收灵敏度、频偏、谐波等指标检测），更是协处理器模式运行的核心支撑，同时可通过 BlueNRG GUI 工具实现便捷配置与调试。
2. 软件分层架构：两种方案适配不同场景
BlueNRG 协处理器提供两种软件分层架构，核心差异在于 Host 层与 Controller 层的部署分工，工程师可根据需求灵活选择：
2.1 主流架构（推荐优先选用）
- 部署逻辑：BlueNRG 芯片集成完整的 Host 层（含通用访问配置文件 GAP、通用属性配置文件 GATT、安全管理器等协议组件）与 Controller 层（链路层 LL、物理层 PHY 等），外部 MCU/MPU 仅需聚焦应用层开发；
- 交互方式：通过 ACI 指令（HCI 指令的扩展版本）实现数据通信，无需关注 BLE 协议栈细节；
- 适用场景：绝大多数物联网设备，尤其适合资源有限或需快速迭代的项目。
2.2 特殊架构（自定义 Host 层场景）
- 部署逻辑：BlueNRG 芯片仅运行 Controller 层，外部 MCU/MPU 需同时承载 Host 层协议与应用层；
- 交互方式：通过标准 HCI 指令通信；
- 启用条件：编译 DTM 固件时，需在 Preprocessor Symbols 中使能 “LL_ONLY” 宏定义；
- 适用场景：需自定义 Host 层协议的特殊需求，使用频率较低。
3. 核心技术：ACI 指令格式与协议规范
3.1 指令基础与数据包类型
BLE 协议栈 ACI 指令基于蓝牙核心规范的标准 HCI 数据格式扩展，支持 6 类数据包类型，覆盖全场景通信需求：
| 数据包类型 | 类型标识 | 核心功能 |
|---|---|---|
| HCI 命令数据包 | 0x01 | 外部处理器向 BlueNRG 发送控制指令 |
| HCI ACL 数据包 | 0x02 | 异步无连接数据传输 |
| HCI 同步数据包 | 0x03 | 同步数据传输（如音频流） |
| HCI 事件数据包 | 0x04 | BlueNRG 反馈状态或事件（如连接成功） |
| HCI 扩展命令 | 0x81 | 自定义功能扩展指令 |
| HCI 扩展事件 | 0x82 | 自定义事件反馈 |
3.2 详细格式查询路径
如需查看完整的 ACI 指令格式细节，可按以下路径检索：
打开 BlueNRG-LP/LPS SDK → index.html → Network Coprocessor (UART, SPI mode) → Bluetooth LE stack v3.x ACI Data format → Bluetooth LE stack v3.x ACI commands data format。
掌握指令格式可大幅提升通信调试时的问题定位效率。
4. DTM 工程选型：精准匹配需求的核心指南
BlueNRG SDK 提供多个 DTM 相关工程，工程师常因选型复杂陷入困惑。以下从工程分类、配置差异及推荐方案三方面梳理，简化选型流程：
4.1 核心工程分类
| 工程名称 | 核心特性 | 适用场景 |
|---|---|---|
| DTM | 默认 Full Stack（完整协议栈） | 需完整 BLE 功能的复杂场景 |
| DTM_basic | 默认 Basic Stack（基础协议栈） | 功能简单的轻量化场景 |
| DTM_Updater | 仅含 DTM boot 源码 | 需自定义 boot 程序的开发场景 |
4.2 工程配置细分（按通信接口）
打开 DTM 或 DTM_basic 工程后，可选择以下 6 种配置，核心分为 UART 和 SPI 两大类接口：
| 配置名称 | 通信接口 | 核心特点 |
|---|---|---|
| UART | UART | 基础 DTM 功能，无升级代码 |
| UART_WITH_UPDATER | UART | 含 DTM_Updater（启动代码）+ 完整 DTM 功能，推荐选用 |
| UART_FOR_UPDATER | UART | Flash 第一页留空（偏移 0x2000），需用户自定义升级固件 |
| SPI | SPI | 基础 DTM 功能，无升级代码 |
| SPI_WITH_UPDATER | SPI | 含 DTM_Updater（启动代码）+ 完整 DTM 功能，推荐选用 |
| SPI_FOR_UPDATER | SPI | Flash 第一页留空（偏移 0x2000），需用户自定义升级固件 |
4.3 选型建议
绝大多数应用优先选择 “UART_WITH_UPDATER” 或 “SPI_WITH_UPDATER”，二者具备完整的 DTM 功能与固件升级能力，无需额外开发 boot 程序，兼顾实用性与效率。
5. 协处理器配置实现：两种核心路径
5.1 基于 STM32CubeMX 软件包（快速适配）
若外部 MCU 为 STM32 系列，可直接使用 ST 官方软件包快速配置，支持的软件包包括：
- X-CUBE-BLE1C（适配 BlueNRG-MS）；
- X-CUBE-BLE2（适配 BlueNRG-1/2）；
- X-CUBE-BLEMGR（适配 BlueNRG 全系列）。
5.2 基于源码移植（非 STM32 / 未适配型号）
若外部 MCU 为非 STM32 芯片或 ST 未适配型号（如 BlueNRG-LPS），需手动移植源码：
- 移植路径：BlueNRG-LP/LPS DK x.x.x → Midlewares → ST → External_micro，核心文件含 HAL 库、SimpleBlueNRG-LP_HCI；
- 适配关键：需实现 SPI / 串口初始化代码，并重新编写函数
void Hal_Write_Serial(const void* data1, const void* data2, uint16_t n_bytes1, uint16_t n_bytes2)； - 参考案例：SDK 工程下 External_Micro 目录的官方示例，可直接复用核心逻辑。
6. MCU 端软件处理框架：数据交互流程解析
MCU 与 BlueNRG 的交互分为 “MCU 主动发送” 和 “BlueNRG 主动发送” 两类，核心流程如下，掌握流程可快速定位通信故障：
6.1 MCU 主动发送数据（同步超时机制）
- 应用端调用
aci_xxxx系列函数（如 BLE 连接、数据发送指令）； - 函数触发
hci_send_req()，向 BlueNRG 发送数据； - MCU 进入带超时的
while(1)循环，等待接收队列hciReadPktRxQueue数据； - BlueNRG 返回数据后，通过 IO 中断触发
hci_tl_lowlevel_isr()函数，读取数据并压入队列； - 队列接收数据后，
aci_xxxx函数同步执行完成；若超时未接收，函数终止。
6.2 BlueNRG 主动发送数据（事件触发机制）
- BlueNRG 触发特定事件（如蓝牙连接成功、接收外部数据），通过 IO 口拉低通知 MCU；
- MCU 外部中断触发
hci_tl_lowlevel_isr()函数，读取数据并压入hciReadPktRxQueue队列； - 主循环函数
hci_user_evt_proc()解析队列数据； - 解析成功后触发对应
xxx_event事件（应用定义则执行自定义函数，否则执行弱定义空函数）。
7. 交互时序图：串口 / SPI 通信关键流程
了解通信时序是优化低功耗、解决同步问题的核心，以下重点解析串口时序（SPI 时序可参考 SDK 文档）：
7.1 串口接口交互时序（含睡眠 / 唤醒协同）
（1）MCU 主动发送 ACI 指令
- MCU 唤醒 BlueNRG 芯片；
- BlueNRG 唤醒完成，准备接收数据；
- MCU 通过串口发送数据（流控允许条件下）；
- 数据发送完毕，MCU 释放 MCU_RTS；
- BlueNRG 允许进入睡眠，降低功耗。
（2）BlueNRG 主动发送数据
- BlueNRG 唤醒 MCU（通过 IO 中断）；
- MCU 唤醒完成，准备接收数据；
- BlueNRG 通过串口发送数据（流控允许条件下）；
- 数据发送完毕，BlueNRG 释放 MCU_CTS；
- MCU 允许进入睡眠，实现低功耗协同。
7.2 SPI 接口时序参考
SPI 时序细节可在 SDK 帮助文档中查询：index.html → Network Coprocessor (UART, SPI mode) → 协处理器 SPI 通信协议章节，文档含完整的时钟、数据传输、片选信号时序图。
8. 核心总结：BlueNRG 协处理器的核心价值
- 兼容性广：支持 BlueNRG 全系列芯片，可搭配任何带 UART/SPI 接口的 MCU、MPU 或 PC 端；
- 灵活性强：两种软件分层架构 + 多类 DTM 工程配置，适配从简单到复杂的全场景需求；
- 低功耗优：睡眠 / 唤醒协同机制，大幅延长物联网设备续航；
- 开发高效：支持 STM32CubeMX 快速配置与源码移植两种方式，降低开发门槛；
- 调试便捷：标准化 ACI 指令格式 + 清晰交互时序，便于问题定位。
BlueNRG 系列协处理器通过 “标准化协议 + 灵活配置 + 低功耗优化” 的组合，成为 BLE 物联网应用的优选方案。无论是智能家居、医疗健康还是工业物联网场景，工程师均可基于本文梳理的知识点，快速完成架构选型、固件配置与调试优化，加速产品上市周期。
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