蓝牙芯片NRF51822入门学习1：时间管理

前言

之前辞职找工作的时候发现，很多公司希望招聘蓝牙技术方面的人才，所以干脆丢开LWIP静下心来学习蓝牙技术。原本以为一两星期能基本学会的，谁知道所选的蓝牙芯片nrf51822是个坑货，坑了我一个月。

如果你跟我一样是一个蓝牙新手，并且还没有买nrf51822的开发板的话，推荐先学cc2541，如果已经买了开发板，那就看我的《蓝牙芯片NRF51822入门学习》系列文章吧，祝你尽早出坑。

本文面对的是：已经掌握nrf51822基本外设，并且阅读了TI官方视频，对蓝牙有了初步了解，但对怎么进一步学习nrf51822没有头绪的孩子。

本文的相关工具、代码和文章更新网盘链接：http://pan.baidu.com/s/1bn5y9gr 密码：ijxf

网盘内有以下两个子文件夹：

\相关软件 当中nrf51_sdk_v6_0_0_43681.zip是我们要用到的V6.0版本的SDK

\文章更新 内部有每篇文章的PDF、代码、资料、工具。

\BLE视频  TI对蓝牙基本属性的讲解

开发工具

5.1版MDK，nRFgo studio

固件版本

nrf51_sdk_v6_0_0_43681.msi，s110_nrf51822_7.0.0_softdevice.hex

相关硬件

JTAG，兼容pca10001的nrf51822开发板。

第一节：常用接口描述

开篇教程中，我们来学习nrf51822的Libraries中时间管理模块，它的源代码和头文件分别为app_timer.c/app_timer.h

这是Nordic为我们提供的虚拟定时器，这个定时器不同于硬件上的TIMER，而是基于RTC1实现的一种虚拟定时器，其将定时功能作为了一个资源进行管理，所以会有初始化、创建等过程。

PS1: nrf51822的SDK采用封装思想，需要暴露给用户的信息都在相关模块的头文件中；为了提醒用户不去看具体实现细节，我们可以发现相关的API，比如app_timer_create()的源码部分都是没有接口描述信息的，相关使用方法需要看app_timer.h或者翻阅SDK目录下的Documentation\ index.html。还有一些隐藏细节的封装技巧，感兴趣的孩童可以看本篇第三节。

PS2:快速查找定位文件，可以安装一个软件：everything，输入文件名就可以瞬间查找到想要的文件，然后再文件上右键选择“open path”就可以打开文件所在的文件夹了。

1、参数宏APP_TIMER_INIT()

这个宏用于初始化app_timer模块，这是一个参数宏，接口定义如下：

APP_TIMER_INIT(PRESCALER, MAX_TIMERS, OP_QUEUES_SIZE, USE_SCHEDULER)

其中PRESCALE     分频比例，填入0的话，每秒就产生32768次tick，定时最大长度为0xFFFFFF次tick，也就是说500多秒定时。

PS3：与ucos提供的时基tick不同，本SDK的主要在定时到达的时候进入RTC中断，而不是每个TICK都进入。因此就算每秒就产生32768次tick，也不会拖慢系统性能。

MAX_TIMERS       必须大于等于工程中创建的timer数量。

OP_QUEUES_SIZE   操作队列的大小，具体意思看第三节。如果不作死，选择等于MAX_TIMERS就行了。

USE_SCHEDULER    是否使用任务调度器，当前不使用

2、参数宏APP_TIMER_TICKS()

这个宏用于计算特定毫秒数相当于多少个tick。接口定义如下：

APP_TIMER_TICKS(MS, PRESCALER)

其中MS是单位为毫秒的定时时间，PRESCALER是分频比例。

3、函数app_timer_create()

用于创建一个timer，并获取生成timer的控制句柄。接口定义如下：

uint32_t app_timer_create(app_timer_id_t *            p_timer_id,

app_timer_mode_t            mode,

app_timer_timeout_handler_t timeout_handler)

p_timer_id         读取到创建的timer的句柄

mode             timer的类型，其中

APP_TIMER_MODE_SINGLE_SHOT是单次执行

APP_TIMER_MODE_REPEATED是循环执行

timeout_handler    被注册到内核的回调函数，当timer超时后就会执行。

4、函数app_timer_start()

设置一个timer的定时间隔和上下文参数，并启动这个timer。接口定义如下：

uint32_t app_timer_start(app_timer_id_t timer_id, uint32_t timeout_ticks, void * p_context)

timer_id           app_timer_create()里创建的timer句柄

timeout_ticks       定时的tick数量，一般用APP_TIMER_TICKS()计算。

p_context          传递给超时回调函数的参数，不能指向局部的自动变量。

5、app_timer_stop()

停止一个timer的运行。接口定义如下：

uint32_t app_timer_stop(app_timer_id_t timer_id)

timer_id           app_timer_create()里创建的timer句柄

第二节：流水灯例子

讨论延时最简单的例子就是流水灯了，代码位于网盘目录下的\文章更新\蓝牙芯片NRF51822入门学习1：时间管理.rar\ Timer_Blinky.rar，在SDK所在目录\nrf51822下新建文件夹Test，将Timer_Blinky.rar解压到文件夹里。

打开Timer_Blinky\MDK\ timer_blink.uvproj

实验代码位于main.c内

首先定义几个初始化用到的宏

#define APP_TIMER_PRESCALER         0

#define APP_TIMER_MAX_TIMERS        1

#define APP_TIMER_OP_QUEUE_SIZE     1

在TimerInit()中启用LFCLK并初始化timer（官方例程ble_app_uart没有开启LFCLLK的动作，也许S110的底层会自动开启LFCLK时钟）

NRF_CLOCK->EVENTS_LFCLKSTARTED = 0;

NRF_CLOCK->TASKS_LFCLKSTART = 1;

while(NRF_CLOCK->EVENTS_LFCLKSTARTED == 0)

{

//donoting

}

NRF_CLOCK->EVENTS_LFCLKSTARTED = 0;

APP_TIMER_INIT(APP_TIMER_PRESCALER, APP_TIMER_MAX_TIMERS, APP_TIMER_OP_QUEUE_SIZE, false);

然后在BlinkInit()内创建一个流水灯所用到的timer，相关代码是

uint32_t ERR_CODE = app_timer_create(&BlinkHandle, APP_TIMER_MODE_SINGLE_SHOT, BlinkTimeoutHandler);//创建定时器，并读取句柄号，单次执行

APP_ERROR_CHECK(ERR_CODE);

其中BlinkHandle是用于保存句柄号的全局变量。

BlinkTimeoutHandler是为流水灯编写的超时回调函数，在这个函数内判断当前LED灯是否点亮，是否需要操作下一个LED灯，并通过app_timer_start()设置下一轮的定时时间。

最后通过BlinkStart()来启动流水灯的timer。

void BlinkStart(bool IsForward)

{

static bool ForwardFlag;

ForwardFlag = IsForward;

……

app_timer_start(BlinkHandle, LED_ON_TIME, (void*)&ForwardFlag);

}

最后mian()的执行顺序如下：

int main()

{

TimerInit();

BlinkInit();

BlinkStart(true);

while(1)

{

//        BlinkStart(false);

//        nrf_delay_ms(4000);

//        BlinkStart(true);

//        nrf_delay_ms(4000);

}

}

下载程序到开发板后，可以观察到LED灯依次被点亮。

 

第三节：app_timer具体实现的源码阅读提示

本节送给喜(te)欢(bie)专(dan)研(teng)的孩子，本节只对app_time模块做个粗略的概述，当对模块有了宏观的理解后，再读源代码就能事半功倍。

PS4：推荐使用source insight阅读源码，高亮标记(shift+F8)功能非常有用，本教程均提供了source insight的工程文件夹。

section1：我们打开app_timer.h

#define APP_TIMER_NODE_SIZE          40

#define APP_TIMER_USER_OP_SIZE       24

#define APP_TIMER_USER_SIZE          8

#define APP_TIMER_INT_LEVELS         3

这里APP_TIMER_NODE_SIZE、APP_TIMER_USER_OP_SIZE、APP_TIMER_USER_SIZE分别声明的是timer_node_t、timer_user_op_t、timer_user_t三个结构体的大小，用于参数宏APP_TIMER_INIT()内部分配数据空间。这样的话就无需将这三个结构体的内部细节暴露给用户了。而在源码中使用静态断言STATIC_ASSERT()来判断这三个宏的大小是否正确。

APP_TIMER_INT_LEVELS指的是SDK定义的三个中断等级，APP_IRQ_PRIORITY_LOW（低优先级==3）、APP_IRQ_PRIORITY_HIGH（高优先级==1）、NRF_APP_PRIORITY_THREAD（用户优先级!=[1或者3]）。

section2：app_timer模块主要占用内存的分配方式，这些内存的分配在APP_TIMER_INIT()中实现，分别为timer节点（类型timer_node_t）、操作队列对象（类型timer_user_t）和操作队列存储空间（类型timer_user_op_t）分配空间。

假定APP_TIMER_INIT()的参数MAX_TIMERS==2, OP_QUEUES_SIZE==4则它们的内存映射如下图所示。

节点nodex就是我们创建的timer的对象，而由userx同对应的opx组成的队列则是保存相关操作（比如start或者stop操作）的地方。初始化函数同时会给p_buffer、mp_users这两个全局变量初始化，让它们分别指向首个timer节点和首个操作队列对象。这样后面就能用

p_buffer[xx]的方式找到对应的对象了。

section3：延时链表

timer节点的类型为timer_node_t，其内部有一个next属性，这是用来实现延时链表的。当相应的timer被start后，它的node就会被加入到延时链表中：

如上图所示，全局变量m_timer_id_head是延时链表的表头，当表头指向TIMER_NULL时候证明延时链表为空。每个node都有一个ticks_to_expire属性，作用如下：

如上图所示，nodeA的ticks_to_expir指示了nodeA与上次超时（m_ticks_latest）之间的时间差；nodeB的ticks_to_expir则指示了与nodeA之间的时间差。

RTC1_Counter是app_timer模块选用的底层RTC的计数器，当它自增到nodeA标记的值后，就会触发一次RTC中断，在中断中执行nodeA内部所注册的超时回调函数并更新m_ticks_latest的值后，触发进入SWI0中断中；在SWI0中断内将nodeA从链表中删掉，并根据m_ticks_latest和nodeB的ticks_to_expire计算出新的NRF_RTC1->CC[0]值，用于定时时间到达后触发新的RTC中断。

假设用户用过app_timer_start()指示需要将一个timer对应nodeE加入到链表中，则会通过记录下来请求插入时候RTC1_Counter的值（记录于ticks_at_start）和定时间隔（记录于ticks_first_interval），计算插入到链表的那个位置。

而因为已经执行而被删掉的node，如果节点模式为APP_TIMER_MODE_REPEATED，也会重新插回到链表中。

section4：操作队列

在app_timer中有3个op队列，对应APP_IRQ_PRIORITY_LOW、APP_IRQ_PRIORITY_HIGH、NRF_APP_PRIORITY_THREAD三个优先等级。

当用户调用app_timer_start()或者app_timer_stop()时候，相关的一些对延时链表的操作并不是立即执行的。而是通过FIFO操作写入到当前环境对应的op队列中(在user_id_get()里通过SCB->ICSR寄存获取当前运行环境，可以参考《STM32F10X-programming-manual.pdf》第134页的描述)，然后触发软中断SWI0，在软中断中读取3个队列中的操作数据，对延时链表内对应的节点进行操作。

section5：相关中断

app_timer分别使用了两个中断：RTC1和SWI0，其中SWI0是软中断，用户可以分别通过NVIC_SetPendingIRQ(RTC1_IRQn)和NVIC_SetPendingIRQ(SWI0_IRQn)直接触发。

其中RTC1_IRQHandler()调用timer_timeouts_check()处理超时的情况，而SWI0_IRQHandler()调用timer_list_handler()对链表进行处理。当在timer_timeouts_check()内部需要对链表进行修改时候，就会触发SWI0来处理链表问题，反之亦然。

因为timer_timeouts_check()和timer_list_handler()都对链表进行操作，因此要求他们的中断优先等级必须一致，app_timer中默认都是APP_IRQ_PRIORITY_LOW级。