nrf52840芯片入门

nRF52840是NORDIC公司基于ARM Cortex-M4 CPU和浮点计算单元(FPU)设计的单片机，具有1MB闪存和256kB RAM。主频速率可以达到64MHz,
无线特性：
（1）数据速率：蓝牙5： 2 Mbps/ 1 Mbps/500 kbps/ 125 kbps
（2）发射功率：可編程：从+8 至 -20 dBm，每步4 dB
（3）接收灵敏度：蓝牙5： 125 kbps 时-103 dBm 1Mbps 时-95 dBm
封装特性：
带有48个GPIO的7 x 7 aQFN73
带有48个GPIO的3.5 × 3.6 WLCSP94
关于nrf52840的详细介绍可以参考官网介绍https://www.nordicsemi.com/Products/nRF52840。

一、协议栈

在使用Nordic 芯片的时候一般都会使用 Nordic 协议栈，因此评估的时候一定要把协议栈占用的资源扣除，然后再评估剩下的资源够不够用。
Nordic协议栈，是预编译的二进制文件，并不依赖运行时(runtime)。兼容nrf52840的协议栈有S140和S340
S140是用于nRF52840 SOC的完整蓝牙5协议栈
S340是用于nRF52840 SOC并且结合了蓝牙5和ANT的协议栈
此外，S132协议栈也可适用于nRF52840。

二、蓝牙工程包SDK

由于 nordic Semiconductor 的低功耗蓝牙芯片 NRF52 系列的协议栈是不开源的，为了鼓励开发者快速进行 nrf52 系列单片机的开发，节省对基础硬件寄存器的操作的程序编写时间，使开发者方便快速的编写程序，官方提供专业的 SDK 工程开发包。
SDK 全程为软件开发工具包（英文全称： Software Development Kit），是nordic Semiconductor 设计的为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件时的开发工具的集合。

2.1、SDK开发包的基本结构

官方 SDK 可以在其官网免费下载，下载的网址为：https://www.nordicsemi.com/Products/nRF52840/Compatible-downloads?lang=zh-CN打开官方 SDK 文件包 nRF5_SDK_17.1.0_ddde560，出现如下图所示的文件夹

2.1.1、components 文件夹

该文件夹存放的是各类驱动、蓝牙协议栈、芯片库程序等文件，是 SDK 的核心部分，具体说明如下：
802_15_4 文件夹： IEEE 802.15.4 无线通信协议，该协议栈用于低速无线个人域网(LR-WPAN)的物理层和媒体接入控制层规范。支持两种网络拓扑，即单跳星状或当通信线路超过 10 m 时的多跳对等拓扑。这个协议栈只能使用在 nrf52840 的芯片。
ant 文件夹： nrf52840 系列处理器在蓝牙 5.x 基础上添加了 ANT+的功能， ANT+是运动领域内最通用最普及的无线传输协议。该协议栈也是以 2.4G 通信为基础的，本文件夹为官方提供的关于ANT+的驱动文件。
ble 文件夹： ble 蓝牙协议相关的文件，对接协议栈 softdevice 提供的 API 接口的驱动函数库。编写蓝牙应用的核心部分。
boards 文件夹：对应的开发板头文件定义，定义了诸如 nrf51 和 nrf52 的各类开发板的头文件。
device_ext 文件夹：第三方传感器文件，一些外接传感器的驱动文件。比如 mpu6050、 ds1624等的驱动文件。
device_nrf 文件夹：处理器硬件外设的驱动。老版本里包含了比如时钟、串口等外设驱动，新版本 SDK15 把这部分分离到 modules 文件夹中了，所以这里面只剩下部分驱动，读者可以直接调用编程。
iot 文件夹： Internet of Things 的缩写，物联网的一些驱动文件库。
libraries 文件夹：外设应用的库文件。以上面 device_nrf 文件和 modules 文件夹为基础来编写的二级应用驱动。比如串口， PWM，校验等应用的驱动文件。
nfc 文件夹： NFC 的驱动文件库。
propertary_rf 文件夹： 2.4G 应用的配置文件， nrf5x 系列处理器兼容普通的 2.4G 的通信协议。
serialization 文件夹：该文件夹主要提供了一下公共配置文件，包括协议栈不同版本需要使用的配置文件。
softdevice 文件夹：协议栈的说明文档以及对应 hex，不同的版本的协议栈的 hex 文件，以及相关说明文档，还有相关的头文件。说明文档对各个版本的协议栈对应程序所需要的 ROM 大小有明确说明:
toolchain 文件夹：提供给不同开发环境使用的配置文件。可以用于开发 nRF5x 系列处理器的开发环境包括： keil、 acc、 iar 等环境需要的配置文件。

2.1.2、config 文件夹

Config 文件夹提供开发环境以及库函数的配置，程序里主要需要使用的是 sdk_config.h 函数，这个函数在提供一个芯片配置使能模板，
documentaion 文件夹打开后，里面提供一个 index.html 的网页引导文件。点开这个文件就可以打开官方对整个 SDK 支持包的说明网站，说明文档包含了各个函数定义以及官方例程的简介说明，特别是对应协议栈函数和库函数，

2.1.3、example 文件夹

example 文件夹内包含了官方提供给开发者的应用实例，通过参考官方的演示实例，便于开发者快速的开发出自己的应用。文件夹中根据不同的类型，把例子分为了多个文件夹：
802_15_4:提供的 nrf52840 的 802_15_4 通信应用实例。
ant:该文件夹提供多个 ANT+通信的应用实例。
ble_central:该文件夹提供多个蓝牙 BLE 主机的应用实例。
ble_central_and_peripheral：该文件夹提供蓝牙主从一体的应用实例。
ble_peripheral：该文件夹提供多个蓝牙 BLE 从机的应用实例。
connectivity：蓝牙直接连接方式的几个测试代码。该文件提供定义官方开发工具的 IO 管脚分配的文件。
dfu：该文件夹内提供官方 dfu 的 bootloader 工程和 dfu 的演示实例。
dtm： Direct Test Mode，也就是直接连接测试模式的演示实例。
multiprotocol:混合协议的演示实例。
nfc:提供的 nfc 的演示实例。
peripheral：该文件夹提供多个 nrf51822 外部设备的应用实例。
Proprietal_rf:2.4G 通信下的演示实例。
Usb_driver:usb 驱动设备声明。
2.1.4、external 文件夹和 external_tool 夹
external 文件夹打开后，里面包含一些第三方的驱动文件夹。
External_tool 工具包，放置一些外部工具包，目前该文件夹里只包含了 CMSIS 的配置向导。

2.2： SDK外设例子和蓝牙例程说明

2.2.1、外设硬件例子

在官方 sdk 中，外设硬件实例在nRF5_SDK_15.0.0_a53641a/examples 这个文件夹内，这个文件夹里包含了 nrf5x 系列芯片的硬件外设各种驱动代码实例，非常丰富，对我们编写外设代码是一个很好的参考，基本能够解决我们绝大多数需求。其中我们打开一个例子 blinky进行说明。打开 sdk 工程 examples/peripheral/blinky
Hex 文件夹：官方提前发的工程 hex 文件，可以直接下载。
pca… 文件夹：提供的是各个芯片 nrf52840 的芯片支持工程，需要使用的相应芯片的外设可以打开这个工程。
main.c 文件: 工程的主函数，工程主函数是几个芯片公用的，这样非常方便不同芯片之间的移植
我们使用的是 nrf52840，打开 pca10040 工程里的 blank 文件夹，会出现多个工程目录：
arm5_no_packs:keil5 的工程文件包。
armgcc:gcc 的编译支持文件。
config: nrf52840 的配置文件。
iar:IAR 的工程文件包。
ses:segger embedded studio 的工程文件包。

2.2.2 蓝牙例子说明

Nrf52840 芯片实际上是多协议芯片，我们主要关心其中的蓝牙部分。蓝牙实例包含三个部分，
ble_central ：主机设备实验
ble_perpheral: 从机设备实验
ble_central_and_perpheral: 主从一体实验，作为中继节点使用
工程内部的分布和布局和前面的外设部分相同，可以参考前面的说明。

2.3、基于蓝牙工程包 SDK 的开发环境 keil建立

关于 KEIL MDK 的 pack包的安装。直接到 MDK 官方网站上去下载 Pack 支持包，点击安装包的网站地址：http://www.keil.com/dd2/Pack/找到nordic Semiconductor的支持包。

三、GPIO应用

GPIO 称为输入输出端口，根据封装最大具有 32 个 I/O 口，可以通过 P0 这样一个端口访问和控制多达 32 个端口。而且每个端口都可以独立访问。 GPIO 可以通过寄存器配置来进行控制。 GPIO 端口的控制十分简单，官方提供了一个库，对寄存器进行了封装。我们可以很简单的进行调用。

3.1、结构体和枚举

3.1.1、 nrf_gpio_port_dir_t

nrf52840 官方提供的库函数编程，可以在"nrf_gpio.h库文件中找到设置 IO 口方向的枚举类型 nrf_gpio_port_dir_t

/** @brief Pin direction definitions. */
typedef enum
{NRF_GPIO_PIN_DIR_INPUT  = GPIO_PIN_CNF_DIR_Input, ///< Input.NRF_GPIO_PIN_DIR_OUTPUT = GPIO_PIN_CNF_DIR_Output ///< Output.
} nrf_gpio_pin_dir_t;

GPIO_PIN_CNF_DIR_Input的定义在nrf51_bitfields.h文件内

/* Bit 0 : Pin direction. */
#define GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos (0UL)/*!< Position of DIR field. */
#define GPIO_PIN_CNF_DIR_Msk (0x1UL << GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos)/*!< Bit mask of DIR field. */
#define GPIO_PIN_CNF_DIR_Input (0UL)/*!< Configure pin as an input pin. */
#define GPIO_PIN_CNF_DIR_Output (1UL)/*!< Configure pin as an output pin. */

3.2、库函数

3.2.1、nrf_gpio_cfg 函数

GPIO 管脚的配置参数都在库函数中封装了一个 nrf_gpio_cfg 函数，该函数就是来配置 PIN_CNF[n]寄存器的，通过调用这个函数容易就配置出 GPIO 的端口状态，代码如下所示：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg(uint32_t             pin_number,nrf_gpio_pin_dir_t   dir,nrf_gpio_pin_input_t input,nrf_gpio_pin_pull_t  pull,nrf_gpio_pin_drive_t drive,nrf_gpio_pin_sense_t sense)
{NRF_GPIO_Type * reg = nrf_gpio_pin_port_decode(&pin_number);reg->PIN_CNF[pin_number] = ((uint32_t)dir << GPIO_PIN_CNF_DIR_Pos)| ((uint32_t)input << GPIO_PIN_CNF_INPUT_Pos)| ((uint32_t)pull << GPIO_PIN_CNF_PULL_Pos)| ((uint32_t)drive << GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Pos)| ((uint32_t)sense << GPIO_PIN_CNF_SENSE_Pos);
}

3.2.2、nrf_gpio_cfg_output函数

GPIO 的输出函数：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_output(uint32_t pin_number)
{nrf_gpio_cfg(pin_number,NRF_GPIO_PIN_DIR_OUTPUT,NRF_GPIO_PIN_INPUT_DISCONNECT,NRF_GPIO_PIN_NOPULL,NRF_GPIO_PIN_S0S1,NRF_GPIO_PIN_NOSENSE);
}

3.2.2、nrf_gpio_cfg_input函数

GPIO 的输入函数：

__STATIC_INLINE void nrf_gpio_cfg_input(uint32_t pin_number, nrf_gpio_pin_pull_t pull_config)
{nrf_gpio_cfg(pin_number,NRF_GPIO_PIN_DIR_INPUT,NRF_GPIO_PIN_INPUT_CONNECT,pull_config,NRF_GPIO_PIN_S0S1,NRF_GPIO_PIN_NOSENSE);
}

3.2.3、NRF_GPIO_PIN_MAP函数

/** @brief Macro for mapping port and pin numbers to values understandable for nrf_gpio functions. */
#define NRF_GPIO_PIN_MAP(port, pin) (((port) << 5) | ((pin) & 0x1F))

四、点亮 LED 灯

一个低电平点亮LED灯的demo:

#include "nrf52840.h"
#include "nrf_gpio.h"
#include "led.h"
#define LED_0          NRF_GPIO_PIN_MAP(0,13)
void LED_Init(void)
{nrf_gpio_cfg_output(LED_0);
}void LED_Open(void)
{nrf_gpio_pin_clear(LED_0);
}void LED1_Close(void)
{nrf_gpio_pin_set(LED_0);}
void LED1_Toggle(void)
{nrf_gpio_pin_toggle(LED_0);
}int main(void)
{LED_Init();while(true){LED1_Open();nrf_delay_ms(500);  LED1_Close();nrf_delay_ms(500);}
}