记得很久之前在NCS初探那篇博客我就讲过，ZephyrOS是一个相对复杂的RTOS，看到网上这部分讲的人很少，刚好最近也在看这部分，所以抽空写一下浅薄的理解，代码剖析那部分可能会需要花费一些时间理解。

1.相关工具版本

Zepher版本：

3.0.99(非正式版)

工具链：

zephyr-sdk-0.14.1

硬件：

nrf52dk_nrf52832(PCA10040)

2.环境搭建

https://docs.zephyrproject.org/latest/develop/getting_started/index.html

3.编译与烧写

本文会使用peripheral_hr这个例子，去浅谈zephyr蓝牙相关开发。

编译使用指令

west build -b nrf52dk_nrf52832 -d 52832 -p auto .\samples\bluetooth\peripheral_hr\

west具体参数请使用下面指令查看

west --help

烧写使用指令

west flash -d 52832

关于编译与烧写，其实也可以使用cmake，nrfjprog等命令直接操作，west就是对一些常用工具的封装。具体可以参考：

Application Development — Zephyr Project Documentation

4.实现现象

烧写成功后，开发板打印：

*** Booting Zephyr OS build zephyr-v3.0.0-3133-gc33ce95277cc  ***
Bluetooth initialized
Advertising successfully started
[00:00:00.266,387] <inf> bt_hci_core: HW Platform: Nordic Semiconductor (0x0002)
[00:00:00.266,387] <inf> bt_hci_core: HW Variant: nRF52x (0x0002)
[00:00:00.266,418] <inf> bt_hci_core: Firmware: Standard Bluetooth controller (0x00) Version 3.0 Build 99
[00:00:00.267,150] <inf> bt_hci_core: Identity: CB:47:F2:F2:BE:A3 (random)
[00:00:00.267,150] <inf> bt_hci_core: HCI: version 5.3 (0x0c) revision 0x0000, manufacturer 0x05f1
[00:00:00.267,181] <inf> bt_hci_core: LMP: version 5.3 (0x0c) subver 0xffff

打开手机nRF Connect连接上可以看到：

以及里面的一些服务：

可以看到UUID为2A19的为电量，当启用通知后会一直收到变化的电量信息，以及启用 2A37的心率通知后，会一直收到心率变化：

其他服务类型可以去详细阅读心率计的Profile。而在连接和启用通知、断开连接，开发板打印如下：


Connected
[00:10:56.926,971] <inf> bas: BAS Notifications enabled
[00:11:08.676,849] <inf> hrs: HRS notifications enabled
[00:27:34.121,887] <inf> hrs: HRS notifications disabled
[00:27:36.471,862] <inf> bas: BAS Notifications disabled
Disconnected (reason 0x13)

5.工程分析

5.1 sample工程

可以看到整个例子就一个main.c，但其实像很多模块比如蓝牙，会在编译时加进去，怎么加，从哪加后续会讲解。目前先了解当前目录：

5.1.1 boards

里面保存有一些额外的设备树或KConfig配置，也就是在每种开发板或者SOC会有一些基础配置，但是在某些demo中需要打开一些额外的硬件配置，或者软件配置，就需要在原来的基础上做修改，为了方便，在这个文件夹下的文件会像一个补丁一样，添加那些需要额外开启的选项。

5.1.2 src

里面包含应用代码。

5.1.3 CMakeList.txt

纯CMake语法，具体可以查看相关书籍，文末有推荐。

# SPDX-License-Identifier: Apache-2.0cmake_minimum_required(VERSION 3.20.0)find_package(Zephyr REQUIRED HINTS $ENV{ZEPHYR_BASE})
project(peripheral_hr)FILE(GLOB app_sources src/*.c)
target_sources(app PRIVATE${app_sources})zephyr_library_include_directories(${ZEPHYR_BASE}/samples/bluetooth)

其实就把src下的所有.c编译为名字为app的静态库。关键在于 find_package 引入其他模块。

5.1.4 prj.conf/prj_minimal.conf

CONFIG_BT=y
CONFIG_BT_DEBUG_LOG=y
CONFIG_BT_SMP=y
CONFIG_BT_PERIPHERAL=y
CONFIG_BT_DIS=y
CONFIG_BT_DIS_PNP=n
CONFIG_BT_BAS=y
CONFIG_BT_HRS=y
CONFIG_BT_DEVICE_NAME="Zephyr Heartrate Sensor"
CONFIG_BT_DEVICE_APPEARANCE=833

里面有很多配置选项，比如CONFIG_BT=y，即启用蓝牙相关服务，就是关联很多代码里面的宏定义及编译选项。而prj_minimal.conf则是为了nRF52810和nRF52811想要使用这个demo所需要的最小配置。

5.1.5 README.rst

简介。

5.1.6 sample.yaml

一些对于这个sample的描述。

5.2 build工程

因为在编译时指定了固定目录，所以编译好的所有文件存于目录52832里：

5.2.1 app

可以看到只有一个app的静态库，它是用例子中的main.c编译而成的。

5.2.2 其他模块

对于Zephyr引用的其他第三方模块，比如我们的开发板是nrf52_nrf52832是Nordic的开发板，Nordic是提供自己的hal库的，这个玩过52832的应该都知道，对于这些库，放在在modules文件夹下，比如：

但是，对于Zephyr自己的模块，比如这里我们使用的是Zephyr自己的蓝牙协议栈，它被生成在zephyr文件夹下，蓝牙属于subsys模块，所以在：

5.2.3 目标文件

此处目标文件指的是elf/bin/hex文件，它在生成目录下的zephyr里：

其中比较重要的有：

.config

最终配置选项

zephyr.map

最终镜像的内存映射

zephyr.lst

所有段反汇编

zephyr.stat

ELF头分析

zephyr.dts

设备树

还有一个比较重要的是：

它里面包含了CMake相关变量参数等。

6.代码剖析

由上一章我们知道了，整个工程中，我们所需要开发的部分全部在main.c中，而其他部分，包含kernel、蓝牙协议栈等模块，都是通过配置KConfig选项来实现是否把OS中已经包含的这些代码编译链接到你的项目中，所以，我们应该先看一下main.c中也就是我们所需要编写的那部分代码都包含了什么：

void main(void)
{int err;err = bt_enable(NULL);if (err) {printk("Bluetooth init failed (err %d)\n", err);return;}bt_ready();bt_conn_auth_cb_register(&auth_cb_display);/* Implement notification. At the moment there is no suitable way* of starting delayed work so we do it here*/while (1) {k_sleep(K_SECONDS(1));/* Heartrate measurements simulation */hrs_notify();/* Battery level simulation */bas_notify();}
}

以上是main.c中main函数代码，可以看到非常简单，具体内容添加注释后如下：

6.1 bt_enable

这个是蓝牙功能的核心，代码路径在zephyr/subsys/bluetooth/host/hci_core.c中，具体代码如下：

int bt_enable(bt_ready_cb_t cb)
{int err;if (!bt_dev.drv) {BT_ERR("No HCI driver registered");return -ENODEV;}atomic_clear_bit(bt_dev.flags, BT_DEV_DISABLE);if (atomic_test_and_set_bit(bt_dev.flags, BT_DEV_ENABLE)) {return -EALREADY;}if (IS_ENABLED(CONFIG_BT_SETTINGS)) {err = bt_settings_init();if (err) {return err;}} else if (IS_ENABLED(CONFIG_BT_DEVICE_NAME_DYNAMIC)) {err = bt_set_name(CONFIG_BT_DEVICE_NAME);if (err) {BT_WARN("Failed to set device name (%d)", err);}}ready_cb = cb;/* TX thread */k_thread_create(&tx_thread_data, tx_thread_stack,K_KERNEL_STACK_SIZEOF(tx_thread_stack),hci_tx_thread, NULL, NULL, NULL,K_PRIO_COOP(CONFIG_BT_HCI_TX_PRIO),0, K_NO_WAIT);k_thread_name_set(&tx_thread_data, "BT TX");#if defined(CONFIG_BT_RECV_WORKQ_BT)/* RX thread */k_work_queue_start(&bt_workq, rx_thread_stack,CONFIG_BT_RX_STACK_SIZE,K_PRIO_COOP(CONFIG_BT_RX_PRIO), NULL);k_thread_name_set(&bt_workq.thread, "BT RX");
#endifif (IS_ENABLED(CONFIG_BT_TINYCRYPT_ECC)) {bt_hci_ecc_init();}err = bt_dev.drv->open();if (err) {BT_ERR("HCI driver open failed (%d)", err);return err;}bt_monitor_send(BT_MONITOR_OPEN_INDEX, NULL, 0);if (!cb) {return bt_init();}k_work_submit(&bt_dev.init);return 0;
}

具体分析：

bt_dev的创建就在当前.c文件中：

struct bt_dev bt_dev = {.init          = Z_WORK_INITIALIZER(init_work),/* Give cmd_sem allowing to send first HCI_Reset cmd, the only* exception is if the controller requests to wait for an* initial Command Complete for NOP.*/
#if !defined(CONFIG_BT_WAIT_NOP).ncmd_sem      = Z_SEM_INITIALIZER(bt_dev.ncmd_sem, 1, 1),
#else.ncmd_sem      = Z_SEM_INITIALIZER(bt_dev.ncmd_sem, 0, 1),
#endif.cmd_tx_queue  = Z_FIFO_INITIALIZER(bt_dev.cmd_tx_queue),
#if defined(CONFIG_BT_DEVICE_APPEARANCE_DYNAMIC).appearance = CONFIG_BT_DEVICE_APPEARANCE,
#endif
};

可以看到，bt_dev的初始化就是使用一些宏去初始化它的元素，比如拿 .init 这个项来说，在这个结构体的定义是：

而使用了 Z_WORK_INITIALIZER 这个宏就是为了方便初始化 handler这个结构体成员。

所以最终结果就是把 init_work 这个函数交给内核运行。它的代码是：

它主要负责bt各个层之间初始化，可以看到主要是从HCI层往上：

static int bt_init(void)
{int err;err = hci_init();if (err) {return err;}if (IS_ENABLED(CONFIG_BT_CONN)) {err = bt_conn_init();if (err) {return err;}}if (IS_ENABLED(CONFIG_BT_ISO)) {err = bt_conn_iso_init();if (err) {return err;}}if (IS_ENABLED(CONFIG_BT_SETTINGS)) {if (!bt_dev.id_count) {BT_INFO("No ID address. App must call settings_load()");return 0;}atomic_set_bit(bt_dev.flags, BT_DEV_PRESET_ID);}bt_finalize_init();return 0;
}

比如拿 hci_init 来讲，它负责HCI层和底层Controller之间初始化，对于这个初始化步骤有下图：