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16、nrf52840蓝牙学习（唯一ID加密与解密）

news 来源：原创 2025/6/25 16:06:40

唯一ID程序学习：

/******************** (C) COPYRIGHT 2023青风电子 ********************* 文件名  ：main* 出品论坛 ：www.qfv8.com        * 实验平台：青云nRF52xx蓝牙开发板* 描述    ：串口输出* 作者    ：青风* 店铺    ：qfv5.taobao.com
**********************************************************************/#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include "app_uart.h"
#include "app_error.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf.h"
#include "bsp.h"
#if defined (UART_PRESENT)
#include "nrf_uart.h"
#endif
#if defined (UARTE_PRESENT)
#include "nrf_uarte.h"
#endif//#define ENABLE_LOOPBACK_TEST  /**< if defined, then this example will be a loopback test, which means that TX should be connected to RX to get data loopback. */#define MAX_TEST_DATA_BYTES     (15U)                /**< max number of test bytes to be used for tx and rx. */
#define UART_TX_BUF_SIZE 256                         /**< UART TX buffer size. */
#define UART_RX_BUF_SIZE 256                         /**< UART RX buffer size. */void uart_error_handle(app_uart_evt_t * p_event)
{if (p_event->evt_type == APP_UART_COMMUNICATION_ERROR){APP_ERROR_HANDLER(p_event->data.error_communication);}else if (p_event->evt_type == APP_UART_FIFO_ERROR){APP_ERROR_HANDLER(p_event->data.error_code);}
}#define UART_HWFC APP_UART_FLOW_CONTROL_DISABLED/*** @brief Function for main application entry.*/
int main(void)
{uint32_t err_code;uint32_t id1,id2;id1=NRF_FICR->DEVICEID[0]; //读取id低31位id2=NRF_FICR->DEVICEID[1];//读取id高31位const app_uart_comm_params_t comm_params ={RX_PIN_NUMBER,TX_PIN_NUMBER,RTS_PIN_NUMBER,CTS_PIN_NUMBER,UART_HWFC,false,
#if defined (UART_PRESENT)NRF_UART_BAUDRATE_115200
#elseNRF_UARTE_BAUDRATE_115200
#endif};APP_UART_FIFO_INIT(&comm_params,UART_RX_BUF_SIZE,UART_TX_BUF_SIZE,uart_error_handle,APP_IRQ_PRIORITY_LOWEST,err_code);APP_ERROR_CHECK(err_code);while (1){printf("打印id：%lx%lx\r\n",id1,id2);nrf_delay_ms(1000);}}/** @} */

第一节

#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include "app_uart.h"
#include "app_error.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf.h"
#include "bsp.h"
#if defined (UART_PRESENT)
#include "nrf_uart.h"
#endif
#if defined (UARTE_PRESENT)
#include "nrf_uarte.h"
#endif

这段代码主要完成以下工作：

  1. 引入必要的头文件

    #include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
     

    引入标准 C 库头文件，提供基础数据类型和标准输入输出功能

  2. 引入 Nordic SDK 组件

    #include "app_uart.h"
#include "app_error.h"
#include "nrf_delay.h"
#include "nrf.h"
#include "bsp.h"
     
    • app_uart.h：提供 UART 应用层驱动
    • app_error.h：错误处理机制
    • nrf_delay.h：延时函数
    • nrf.h：nRF52 芯片寄存器定义
    • bsp.h：板级支持包

  3. 条件编译处理不同 UART 外设

    #if defined (UART_PRESENT)
#include "nrf_uart.h"
#endif
#if defined (UARTE_PRESENT)
#include "nrf_uarte.h"
#endif
     
    • UART_PRESENT：表示芯片包含基本 UART 外设
    • UARTE_PRESENT：表示芯片包含增强型 UARTE 外设 (带硬件流控制和 DMA)

串口通信关键组件解析

1. UART vs UARTE
  • UART：基本串口通信模块
  • UARTE：增强型串口模块，相比 UART 增加了以下功能：
    • 硬件流控制 (RTS/CTS)
    • DMA 支持，减轻 CPU 负担
    • 更高的通信可靠性
2. 应用层 UART 驱动 (app_uart.h)

Nordic SDK 提供的应用层 UART 驱动具有以下特点

  • 基于事件驱动架构
  • 支持 FIFO 缓冲区
  • 提供错误回调机制
  • 兼容 UART 和 UARTE 外设
3. 错误处理机制

app_error.h 中定义的错误处理宏：

  • APP_ERROR_CHECK(err_code)：检查错误码，非零则触发错误处理
  • APP_ERROR_HANDLER(error_code)：错误处理函数，通常会：
    • 记录错误码
    • 点亮错误指示灯
    • 进入无限循环或复位系统

第二节

//#define ENABLE_LOOPBACK_TEST  /**< if defined, then this example will be a loopback test, which means that TX should be connected to RX to get data loopback. */#define MAX_TEST_DATA_BYTES     (15U)                /**< max number of test bytes to be used for tx and rx. */
#define UART_TX_BUF_SIZE 256                         /**< UART TX buffer size. */
#define UART_RX_BUF_SIZE 256                         /**< UART RX buffer size. */

这部分代码定义了串口通信的关键参数和测试配置，下面为你详细解释：

1. 回环测试宏定义

//#define ENABLE_LOOPBACK_TEST  /**< if defined, then this example will be a loopback test, which means that TX should be connected to RX to get data loopback. */
  • 功能：启用串口回环测试模式
  • 使用方法：取消注释该行即可启用回环测试
  • 工作原理：
    • 将 TX 引脚与 RX 引脚物理连接
    • 发送的数据会被立即回收到接收缓冲区
    • 用于验证 UART 硬件和驱动是否正常工作

2. 数据传输相关宏定义

#define MAX_TEST_DATA_BYTES     (15U)                /**< max number of test bytes to be used for tx and rx. */
  • 作用：定义测试时最大发送 / 接收数据字节数
  • 典型应用场景： 
    uint8_t test_data[MAX_TEST_DATA_BYTES] = "Hello UART!";
for (int i = 0; i < MAX_TEST_DATA_BYTES; i++) {app_uart_put(test_data[i]);
}

3. 缓冲区大小定义

#define UART_TX_BUF_SIZE 256                         /**< UART TX buffer size. */
#define UART_RX_BUF_SIZE 256                         /**< UART RX buffer size. */

  • FIFO 缓冲区作用：

    • 发送缓冲区：暂存待发送的数据，避免 CPU 等待串口发送完成
    • 接收缓冲区：暂存接收到的数据，防止数据丢失

  • 参数调整建议：

    • 高速通信场景 (如 115200bps 以上)：增大缓冲区
    • 空间受限设备：适当减小缓冲区，但需注意： 

      // 缓冲区溢出风险示例
if (app_uart_get(&data) == NRF_SUCCESS) {// 及时处理数据，避免缓冲区溢出
}

4. 实际应用注意事项

回环测试的典型实现

#ifdef ENABLE_LOOPBACK_TEST// 发送测试数据app_uart_put('A');// 接收回环数据uint8_t received;while(app_uart_get(&received) != NRF_SUCCESS);printf("Loopback test: received %c\n", received);
#endif
缓冲区溢出处理
static void uart_event_handle(app_uart_evt_t * p_event)
{if (p_event->evt_type == APP_UART_COMMUNICATION_ERROR) {// 处理通信错误} else if (p_event->evt_type == APP_UART_FIFO_ERROR) {// 处理FIFO溢出错误}
}

5. 参数优化建议

  • 低功耗场景：

    #define UART_TX_BUF_SIZE 64  // 减小发送缓冲区节省RAM
#define UART_RX_BUF_SIZE 64  // 减小接收缓冲区节省RAM

  • 高速数据传输场景：

    #define UART_TX_BUF_SIZE 512  // 增大发送缓冲区处理突发数据
#define UART_RX_BUF_SIZE 512  // 增大接收缓冲区处理突发数据

通过合理配置这些参数，可以在资源占用和通信性能之间取得最佳平衡。

第三

void uart_error_handle(app_uart_evt_t * p_event)
{if (p_event->evt_type == APP_UART_COMMUNICATION_ERROR){APP_ERROR_HANDLER(p_event->data.error_communication);}else if (p_event->evt_type == APP_UART_FIFO_ERROR){APP_ERROR_HANDLER(p_event->data.error_code);}
}

这个函数是 UART 错误处理回调函数，用于处理 Nordic SDK 中 UART 通信过程中出现的错误。下面为你详细解析：

函数功能概述

该函数作为 UART 事件回调的一部分，专门处理两种严重错误：

  1. 通信错误（如帧错误、奇偶校验错误等）
  2. FIFO 缓冲区错误（如溢出、下溢等）

当检测到这些错误时，会调用 Nordic SDK 的错误处理宏APP_ERROR_HANDLER进行处理。

错误类型详解

1. 通信错误（APP_UART_COMMUNICATION_ERROR）

可能的错误代码包括：

  • NRF_ERROR_UART_OVERRUN：接收溢出错误（新数据覆盖未读取数据）
  • NRF_ERROR_UART_PARITY：奇偶校验错误
  • NRF_ERROR_UART_FRAMING：帧格式错误
  • NRF_ERROR_UART_BREAK：接收到 BREAK 信号
  • NRF_ERROR_UART_HW_FLOW：硬件流控制错误
2. FIFO 错误（APP_UART_FIFO_ERROR）

可能的错误代码包括：

  • NRF_ERROR_NO_MEM：FIFO 内存不足
  • NRF_ERROR_INVALID_STATE：FIFO 状态无效
  • NRF_ERROR_INVALID_PARAM：参数错误

错误处理机制

1. 错误捕获方式
// 注册错误回调函数
APP_UART_FIFO_INIT(..., uart_error_handle, ...);

当 UART 驱动检测到错误时，会调用该回调函数。

2. 错误处理流程
void uart_error_handle(app_uart_evt_t * p_event)
{if (p_event->evt_type == APP_UART_COMMUNICATION_ERROR){// 通信错误处理uint32_t error_code = p_event->data.error_communication;APP_ERROR_HANDLER(error_code);}else if (p_event->evt_type == APP_UART_FIFO_ERROR){// FIFO错误处理uint32_t error_code = p_event->data.error_code;APP_ERROR_HANDLER(error_code);}
}
3. APP_ERROR_HANDLER 宏展开

该宏通常会：

  1. 停止所有中断
  2. 点亮错误指示灯（如果有配置）
  3. 进入无限循环或触发系统复位
  4. 调试模式下可能会打印错误代码

实际应用建议

1. 增强错误处理
void uart_error_handle(app_uart_evt_t * p_event)
{switch(p_event->evt_type){case APP_UART_COMMUNICATION_ERROR:// 记录错误日志log_error("UART comm error: 0x%08lX", p_event->data.error_communication);// 尝试恢复if (p_event->data.error_communication == NRF_ERROR_UART_OVERRUN) {uart_recover(); // 自定义恢复函数} else {APP_ERROR_HANDLER(p_event->data.error_communication);}break;case APP_UART_FIFO_ERROR:// 记录错误日志log_error("UART FIFO error: 0x%08lX", p_event->data.error_code);APP_ERROR_HANDLER(p_event->data.error_code);break;default:break;}
}
2. 错误恢复策略
static void uart_recover(void)
{// 清空接收缓冲区while(app_uart_get(NULL) == NRF_SUCCESS);// 重新同步通信send_sync_sequence();
}
3. 调试建议
  • 使用调试器捕获错误代码
  • 添加错误计数统计
  • 实现条件性错误处理（某些错误允许恢复，严重错误触发复位）

通过合理扩展这个错误处理函数，可以提高系统的健壮性，减少因通信错误导致的系统崩溃。

第四

#define UART_HWFC APP_UART_FLOW_CONTROL_DISABLED/*** @brief Function for main application entry.*/
int main(void)
{uint32_t err_code;uint32_t id1,id2;id1=NRF_FICR->DEVICEID[0]; //读取id低31位id2=NRF_FICR->DEVICEID[1];//读取id高31位const app_uart_comm_params_t comm_params ={RX_PIN_NUMBER,TX_PIN_NUMBER,RTS_PIN_NUMBER,CTS_PIN_NUMBER,UART_HWFC,false,
#if defined (UART_PRESENT)NRF_UART_BAUDRATE_115200
#elseNRF_UARTE_BAUDRATE_115200
#endif};APP_UART_FIFO_INIT(&comm_params,UART_RX_BUF_SIZE,UART_TX_BUF_SIZE,uart_error_handle,APP_IRQ_PRIORITY_LOWEST,err_code);APP_ERROR_CHECK(err_code);while (1){printf("打印id：%lx%lx\r\n",id1,id2);nrf_delay_ms(1000);}}

代码详细解析

宏定义部分
#define UART_HWFC APP_UART_FLOW_CONTROL_DISABLED

这是一个预处理宏定义，作用是设置 UART 硬件流控模式。具体分析如下：

  • 宏名称：UART_HWFC
  • 宏值：APP_UART_FLOW_CONTROL_DISABLED，从命名可推断这是禁用硬件流控的常量
  • 功能：用于配置 UART 通信时是否启用硬件流控（RTS/CTS）机制
  • 背景知识：
    • 硬件流控是通过专用引脚（RTS/CTS）控制数据传输的机制，可防止接收端缓冲区溢出
    • 当设置为禁用时，UART 将不使用 RTS/CTS 引脚进行流控管理
    • 该宏会影响后续 UART 初始化时的流控配置
int main(void)
{uint32_t err_code;uint32_t id1,id2;id1=NRF_FICR->DEVICEID[0]; //读取id低31位id2=NRF_FICR->DEVICEID[1];//读取id高31位

这段代码是程序的入口函数，首先定义了三个 32 位无符号整数变量：

  • err_code：用于存储函数执行后的错误码
  • id1和id2：用于存储从芯片读取的设备 ID

接下来两行代码通过访问NRF_FICR寄存器读取设备 ID：

  • NRF_FICR是 Nordic 芯片中存储固定信息的寄存器组（Fixed Information Control Register）
  • DEVICEID是其中的一个寄存器数组，包含两个 32 位寄存器
  • id1存储低 31 位 ID（因为最高位通常为保留位）
  • id2存储高 31 位 ID
  • 组合这两个值可得到完整的 62 位设备唯一标识符
UART 配置结构体
    const app_uart_comm_params_t comm_params ={RX_PIN_NUMBER,TX_PIN_NUMBER,RTS_PIN_NUMBER,CTS_PIN_NUMBER,UART_HWFC,false,
#if defined (UART_PRESENT)NRF_UART_BAUDRATE_115200
#elseNRF_UARTE_BAUDRATE_115200
#endif};

这部分定义了一个 UART 通信参数结构体，包含以下字段：

字段说明
RX_PIN_NUMBERUART 接收引脚编号
TX_PIN_NUMBERUART 发送引脚编号
RTS_PIN_NUMBER硬件流控请求发送引脚编号
CTS_PIN_NUMBER硬件流控清除发送引脚编号
UART_HWFC硬件流控模式（使用之前定义的宏，此处为禁用）
false可能是一个使能标志位，此处设为 false 表示禁用某种功能
波特率配置根据芯片是否定义 UART_PRESENT 宏，选择不同的 UART 或 UARTE 模块波特率
  • 条件编译部分：#if defined (UART_PRESENT)用于兼容不同 nRF 芯片型号
    • nRF51 系列通常使用 UART 模块
    • nRF52 系列通常使用 UARTE（增强型 UART）模块
    • 两者波特率定义在不同头文件中
UART 初始化
    APP_UART_FIFO_INIT(&comm_params,UART_RX_BUF_SIZE,UART_TX_BUF_SIZE,uart_error_handle,APP_IRQ_PRIORITY_LOWEST,err_code);APP_ERROR_CHECK(err_code);

这部分调用 API 初始化 UART FIFO 模式：

  • 函数参数说明：

    1. &comm_params：指向之前定义的通信参数结构体
    2. UART_RX_BUF_SIZE：接收缓冲区大小（宏定义值）
    3. UART_TX_BUF_SIZE：发送缓冲区大小（宏定义值）
    4. uart_error_handle：UART 错误处理函数指针
    5. APP_IRQ_PRIORITY_LOWEST：中断优先级（最低优先级）
    6. err_code：用于接收函数执行结果的变量

  • 错误处理机制：

    • APP_ERROR_CHECK是一个宏，用于检查函数执行是否成功
    • 如果err_code非零，通常会触发断言或错误处理流程
主循环部分
    while (1){printf("打印id：%lx%lx\r\n",id1,id2);nrf_delay_ms(1000);}

这是一个无限循环，实现以下功能：

  • printf函数：通过 UART 输出设备 ID

    • %lx格式说明符表示以 16 进制无符号长整型输出
    • 输出格式为 "打印 id：低 31 位 ID 高 31 位 ID"
    • 末尾的\r\n是串口通信中常用的换行符组合

  • nrf_delay_ms(1000)：

    • 调用 Nordic SDK 提供的延时函数
    • 使程序暂停 1000 毫秒（1 秒）
    • 实现每隔 1 秒打印一次设备 ID 的功能

整体功能总结

这段代码的主要功能是：

  1. 配置 UART 通信参数，禁用硬件流控，设置 115200 波特率
  2. 从芯片固定信息寄存器中读取 62 位唯一设备 ID
  3. 初始化 UART FIFO 模式并进行错误检查
  4. 在主循环中每隔 1 秒通过 UART 打印设备 ID

技术背景补充

  • 应用场景：这段代码很可能运行在 Nordic Semiconductor 的 nRF51 或 nRF52 系列芯片上，常见于蓝牙或低功耗无线设备
  • 开发框架：使用了 Nordic 的 APP_UART API，属于 sdk_config.h 配置的标准应用接口
  • 设备 ID 用途：芯片唯一 ID 常用于设备身份识别、加密密钥生成、固件升级标识等场景
  • UART 配置：115200 波特率是嵌入式系统中常见的调试串口速率，禁用流控适用于简单调试场景

如果需要进一步了解某个具体函数或寄存器的细节，可以提供更深入的技术文档说明。这段代码是基于 Nordic nRF 系列芯片的 UART 通信及设备 ID 打印程序，以下是对代码的详细解释：

1. 宏定义解析

#define UART_HWFC APP_UART_FLOW_CONTROL_DISABLED

  • 功能：禁用硬件流控制（Hardware Flow Control, HWFC）。
  • 作用：UART 通信中，硬件流控制通过 RTS/CTS 引脚避免数据溢出，但会增加引脚开销。此处禁用后，通信仅使用 TX/RX 两根线，适用于数据量小或接收端缓冲区足够的场景。

2. 设备 ID 读取

uint32_t id1, id2;
id1 = NRF_FICR->DEVICEID[0]; // 读取ID低31位
id2 = NRF_FICR->DEVICEID[1]; // 读取ID高31位

  • NRF_FICR：芯片内部的 Factory Information Configuration Register，存储设备唯一 ID（通常为 64 位）。
  • DEVICEID[0]/[1]：
    • DEVICEID[0]：低 32 位（实际有效位为低 31 位）。
    • DEVICEID[1]：高 32 位（实际有效位为低 31 位）。
  • 用途：设备 ID 常用于设备标识、加密密钥生成等。

3. UART 参数配置

const app_uart_comm_params_t comm_params = {RX_PIN_NUMBER,    // 接收引脚TX_PIN_NUMBER,    // 发送引脚RTS_PIN_NUMBER,   // 请求发送（硬件流控制）CTS_PIN_NUMBER,   // 清除发送（硬件流控制）UART_HWFC,        // 硬件流控制状态（已禁用）false,            // 不使用奇偶校验#if defined (UART_PRESENT)NRF_UART_BAUDRATE_115200#elseNRF_UARTE_BAUDRATE_115200#endif
};

  • 引脚配置：
    • RX_PIN_NUMBER/TX_PIN_NUMBER：必选，用于数据收发。
    • RTS_PIN_NUMBER/CTS_PIN_NUMBER：虽定义但因UART_HWFC禁用，实际未使用。
  • 波特率：115200bps，需与接收端（如串口调试助手）匹配。
  • UART vs UARTE：
    • UART_PRESENT：判断芯片是否支持传统 UART 外设。
    • UARTE：增强型 UART，支持更高性能（如 DMA）。

4. UART 初始化

APP_UART_FIFO_INIT(&comm_params,         // UART参数UART_RX_BUF_SIZE,     // 接收缓冲区大小UART_TX_BUF_SIZE,     // 发送缓冲区大小uart_error_handle,    // 错误处理函数APP_IRQ_PRIORITY_LOWEST, // 中断优先级err_code              // 错误码输出
);
APP_ERROR_CHECK(err_code); // 检查初始化是否成功

  • FIFO 缓冲区：
    • UART_RX_BUF_SIZE/TX_BUF_SIZE：定义接收 / 发送缓冲区大小（通常为 32/64 字节）。
    • 作用：临时存储数据，避免中断频繁触发。
  • 错误处理：
    • uart_error_handle：用户自定义函数，处理 UART 错误（如溢出、帧错误）。
    • APP_ERROR_CHECK：Nordic SDK 提供的宏，若初始化失败会触发断言或复位系统。

5. 主循环功能

while (1) {printf("打印id：%lx%lx\r\n", id1, id2); // 打印设备IDnrf_delay_ms(1000);                    // 延时1秒
}

  • printf 实现：
    • 通过 UART 发送格式化字符串，依赖于 SDK 对标准库的重定向（通常重定向到app_uart_put函数）。
    • %lx：以 16 进制格式打印无符号长整型。
  • 延时机制：
    • nrf_delay_ms(1000)：阻塞延时 1 秒，期间 CPU 无法处理其他任务。
    • 适用于简单场景，复杂应用建议使用定时器或 RTOS 调度。

代码潜在问题

  1. 硬件流控制禁用：若数据量大，可能导致接收缓冲区溢出（需确保UART_RX_BUF_SIZE足够）。
  2. 设备 ID 有效性：DEVICEID的高 31 位可能全为 0（部分芯片设计），打印时需注意格式（如补零）。
  3. 阻塞延时：nrf_delay_ms会阻塞 CPU，建议在低功耗或多任务场景使用非阻塞延时。

总结

这段代码实现了：

  1. 读取芯片唯一 ID。
  2. 配置 UART 通信（禁用硬件流控制，波特率 115200）。
  3. 每秒通过串口打印一次设备 ID。

适用于设备标识测试或简单调试场景。

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