BLE 開発¶

FreeRTOS アプリケーションの BLE は 2 つの部分で構成されます。Zephyr v4.4.0 の BLE ホスト（ソースコード）と IPRO BLE コントローラー（ビルド済みライブラリ）です。アプリケーションは Zephyr のコールバック方式の bt_* API で書き、.config の 3 つのキーで 16 個のコントローラーアーカイブのうちどれをリンクするかを選びます。このページのコード例は、IPRO7AI Reef EVK 向けに defconfig_reef でビルドした apps/bluetooth/ble/ipro_ble_remote から取っています。

スタックのアーキテクチャ¶

ipro_bt_host/
├── upstream/zephyr/        Zephyr v4.4.0 ホストのソース（include/、subsys/bluetooth/）
├── port/                   FreeRTOS への移植：HCI ドライバー、カーネルインターフェース、設定の保存、暗号
└── tinycrypt/
ipro_ble_controller/
├── include/                公開ヘッダー ipro_ble_controller.h
├── hcitl/                  オンチップ HCI トランスポート
├── plf/ipro7/              コントローラー API のヘッダー（初期化、低消費電力、NVDS）
├── lib/                    16 個のビルド済み IPRO7 アーカイブ
└── cmake/                  アーカイブの選択ルール（ipro7_build.cmake）

すべての BLE アプリケーションの .config に次の行が必要です。

CONFIG_BLUETOOTH_LE_ENABLE=y
CONFIG_BT_CTLR_IPRO=y
CONFIG_BT_HOST_IPRO_V44=y

CONFIG_BT_CTLR_IPRO または CONFIG_BT_HOST_IPRO_V44 がないと、CMake の構成段階でビルドが停止します。ホストとコントローラーのコンポーネントは自身のインクルードパスをエクスポートするため、CMakeLists.txt に zephyr/bluetooth/*.h のパスを追加する必要はありません。

Zephyr RTOS のイメージは、Zephyr 自身のホストと同じコントローラーアーカイブを使います。V2.2.1 の Zephyr には IPRO7 EVB と IPRO7AI EVK のボードしかありません。Zephyr RTOS を参照してください。

コントローラーの選択¶

アーカイブ名は libipro_ble_controller_ipro7_<LIB>[_bt54_iso2][_release].a の形式です。bt52 には機能の接尾辞が付きません。lib/ にある 16 個のアーカイブ：

構成時のチェック：

• CONFIG_EM_SIZE（BLE Exchange Memory、KB 単位）を設定する必要があります。
• bt54_iso2 には 32 以上の CONFIG_EM_SIZE が必要です。
• 不明な LIB または FEATURE の値はビルドを停止させます。

CONFIG_BT_CONN（ホストの接続数）は、アーカイブの接続数を超えてはなりません。Exchange Memory は OCRAM の最上部に予約されます。メモリレイアウトを参照してください。

V2.2.1 に同梱されている Reef 用構成は、出発点として適しています。

ipro_ble_transparent、ipro_ble_hid_keyboard、ipro_pdm_mic_demo は IPRO7 EVB と IPRO7AI EVK 用の BLE サンプルで、Reef 向けにはビルドできません。

CONFIG_BLUETOOTH_LE_ENABLE=y
CONFIG_BT_CTLR_IPRO=y
CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_LIB="link1_periph"
CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_FEATURE="bt52"
CONFIG_EM_SIZE=16
CONFIG_BT_CONN=1
CONFIG_BT_PERIPHERAL=y
CONFIG_BT_OBSERVER=y
CONFIG_BT_BROADCASTER=y
CONFIG_PHY_UPDATE=y
CONFIG_BT_DATA_LEN_UPDATE=y
CONFIG_BT_HOST_IPRO_V44=y
CONFIG_BT_SMP=y
CONFIG_BT_GATT_CLIENT=y
CONFIG_ENABLE_NVDS=y
CONFIG_CFG_NVDS=y

ビルドは Kconfig の依存関係を解決しないため、最も近い出荷時アプリケーションの構成ファイル全体をコピーして編集してください。ビルドシステムと設定を参照してください。

初期化の順序¶

flowchart LR
  A["ipro_ble_ctlr_controller_init()"] --> B["hci_driver_ipro_ble_ctlr_init()"] --> C["bt_enable(bt_ready_cb)"] --> D["bt_ready_cb:<br/>host_ready、設定の読み込み、<br/>コールバックの登録、アドバタイズ"]

ipro_ble_ctlr_controller_init(configMAX_PRIORITIES - 1);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
hci_driver_ipro_ble_ctlr_init();
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
bt_enable(bt_ready_cb);

• これはスケジューラーの開始後に FreeRTOS タスクから実行してください。vTaskDelay() の呼び出しにはそれが必要です。
• ipro_ble_ctlr_controller_init() はコントローラーのタスクを作成します。コントローラーには無線の厳しいデッドラインがあるため、アプリケーションのタスクより高い優先度を与えてください。出荷時のアプリケーションは configMAX_PRIORITIES - 1 を使っています。成功すると 0、コントローラーがすでに動作している場合は -1、タスクを作成できなかった場合は -2 を返します。
• bt_ready_cb では、最初に ipro_ble_ctlr_hcitl_host_ready() を呼び出します。これは HCI の初期化が完了したことをコントローラーに伝え、イベント間のスリープを可能にします。
• CONFIG_BT_SETTINGS を使う場合は、アドバタイズを開始する前に bt_ready_cb で settings_load_subtree("bt") を呼び出してボンディング情報を読み込みます。
• Reef には 32.768 kHz の水晶発振子がありません。ipro_throughput_test の README によると、コントローラーはまず 32 kHz クロックを検証し、その後 RC32K にフォールバックする（ログに XTAL32K rejected と表示される）ため、Reef ではリセットから約 7 秒後に BLE の準備完了の行が表示されます。

API の使い方¶

以下の 3 つのコード片を順番に 1 つの .c ファイルに入れると、コンパイルできます。これらは ipro_ble_remote の src/services/remote_services.c と src/app/remote_app.c から取っています。アプリケーションは Zephyr のコールバック方式の API を使い、コントローラー内部のメッセージングは公開されていません。

GATT サービス¶

BT_GATT_SERVICE_DEFINE はコンパイル時にサービスを定義します。このサービスは、読み出しと通知ができる温度を公開します（UUID は ipro_ble_remote の環境サービスのもので 0xFF30/0xFF31。Reef ではオンチップの温度センサーの値を返します）。

#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>

#include <zephyr/bluetooth/bluetooth.h>
#include <zephyr/bluetooth/conn.h>
#include <zephyr/bluetooth/gatt.h>
#include <zephyr/bluetooth/uuid.h>
#include <zephyr/settings/settings.h>
#include <hci_driver_ipro_ble_ctlr.h>
#include <ipro_ble_controller.h>

#define BT_UUID_ENV_SVC   BT_UUID_DECLARE_16(0xFF30)
#define BT_UUID_ENV_TEMP  BT_UUID_DECLARE_16(0xFF31)

static int16_t temperature = 2500;      /* 0.01 °C */
static bool temp_notify_enabled;

static ssize_t temp_read(struct bt_conn *conn, const struct bt_gatt_attr *attr,
                         void *buf, uint16_t len, uint16_t offset)
{
    return bt_gatt_attr_read(conn, attr, buf, len, offset,
                             &temperature, sizeof(temperature));
}

static void temp_ccc_changed(const struct bt_gatt_attr *attr, uint16_t value)
{
    temp_notify_enabled = (value == BT_GATT_CCC_NOTIFY);
}

BT_GATT_SERVICE_DEFINE(env_svc,
    BT_GATT_PRIMARY_SERVICE(BT_UUID_ENV_SVC),
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(BT_UUID_ENV_TEMP,
                           BT_GATT_CHRC_READ | BT_GATT_CHRC_NOTIFY,
                           BT_GATT_PERM_READ,
                           temp_read, NULL, NULL),
    BT_GATT_CCC(temp_ccc_changed, BT_GATT_PERM_READ | BT_GATT_PERM_WRITE),
);

/* attr_env_svc[1] は温度キャラクタリスティックの宣言。
 * bt_gatt_notify() はその直後の値の属性を使う */
static int notify_temperature(struct bt_conn *conn)
{
    if (!temp_notify_enabled) {
        return 0;
    }
    return bt_gatt_notify(conn, &attr_env_svc[1], &temperature, sizeof(temperature));
}

アドバタイズと接続¶

#define DEVICE_NAME     "IPRO-Remote"
#define DEVICE_NAME_LEN (sizeof(DEVICE_NAME) - 1)

static struct bt_conn *current_conn;

static const struct bt_data ad[] = {
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, (BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR)),
    BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, DEVICE_NAME, DEVICE_NAME_LEN),
};

static int start_advertising(void)
{
    struct bt_le_adv_param adv_param = {
        .id = BT_ID_DEFAULT,
        .options = BT_LE_ADV_OPT_CONN,   /* 接続可能 */
        .interval_min = 160,             /* 100 ms（0.625 ms 単位） */
        .interval_max = 320,             /* 200 ms */
    };

    return bt_le_adv_start(&adv_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), NULL, 0);
}

static void connected(struct bt_conn *conn, uint8_t err)
{
    if (err) {
        return;
    }
    current_conn = bt_conn_ref(conn);
    (void)notify_temperature(current_conn);
}

static void disconnected(struct bt_conn *conn, uint8_t reason)
{
    (void)conn;
    (void)reason;
    if (current_conn) {
        bt_conn_unref(current_conn);
        current_conn = NULL;
    }
    /* このコールバックはホストスレッドで実行されるため、ブロックしてはならない。
     * ipro_ble_remote はここではなく、500 ms 後に FreeRTOS タイマーからアドバタイズを再開する。 */
}

static struct bt_conn_cb conn_callbacks = {
    .connected = connected,
    .disconnected = disconnected,
};

本リリースのホストには BT_LE_ADV_CONN_NAME マクロがありません。上の例のようにデバイス名をアドバタイズデータに入れるか、BT_LE_ADV_CONN_FAST_1 などホストで定義済みのパラメーターマクロを使ってください。

起動¶

static void bt_ready_cb(int err)
{
    if (err) {
        return;
    }
    ipro_ble_ctlr_hcitl_host_ready();

#if defined(CONFIG_BT_SETTINGS)
    (void)settings_load_subtree("bt");
#endif
    bt_conn_cb_register(&conn_callbacks);
    (void)start_advertising();
}

/* アプリケーションのタスクから呼び出す */
int ble_init(void)
{
    int err;

    err = ipro_ble_ctlr_controller_init(configMAX_PRIORITIES - 1);
    if (err) {
        return err;
    }
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));

    err = hci_driver_ipro_ble_ctlr_init();
    if (err) {
        return err;
    }
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));

    return bt_enable(bt_ready_cb);
}

• ボンディング情報を Flash に保存するには、CONFIG_BT_SETTINGS=y と CONFIG_EASYFLASH4=y を設定します（ホストの設定の保存には EasyFlash が使われ、パーティションテーブルの PSM パーティションに保存されます）。ipro_le_audio_headset の defconfig_reef はこのように設定しています。ipro_ble_remote の defconfig_reef はボンディング情報を保存しません。
• 接続後にスループットを上げるため、ipro_ble_remote は connected で bt_gatt_exchange_mtu() により MTU を交換し、CONFIG_BT_USER_DATA_LEN_UPDATE が有効な場合は bt_conn_le_data_len_update() で 251 バイトの DLE を要求します。

Reef でのハンズオン¶

ipro_ble_remote を Reef 向けにビルドし、スマートフォンまたはコンピューターから接続して、GATT 経由で Reef の RGB LED の色を変えます。必要なものは、U6 にコンソールケーブルを接続した Reef、IntelProCube のコマンドラインツール（以下 <ICUBE>）、そして汎用の BLE アプリ（nRF Connect、LightBlue）を入れたスマートフォン、または Python と Bluetooth が使える macOS/Linux のコンピューターです。

次のステップ：最初の独自アプリケーションを作るで Reef の構成から独自のアプリケーションを始め、アプリケーションのテストのコンソールとホストスクリプトで確認します。Android アプリを使った GATT の詳しい手順は最初の BLE アプリケーションにあります。

性能とスループット¶

ipro_throughput_test の README に記載の測定値です。条件は、defconfig_reef（link2 コントローラー）を実行する 2 台の Reef EVK、ATT MTU 247、DLE 251 オクテット、244 バイトのペイロード、50 ms の接続間隔、CONFIG_IPRO7_BLE_HOTCODE=y です。

• CONFIG_IPRO7_BLE_HOTCODE=y は、コントローラー、ホスト、FreeRTOS カーネルのパケットごとの処理経路を OCRAM から実行します。代わりに OCRAM を約 88 KB 消費します。同じ条件でこれを使わない場合（コードは Flash 上）、2M PHY で約 0.6 Mbps です。
• このオプションは、AI と画像処理を組み合わせた OCRAM レイアウトや低消費電力の設定（CONFIG_HAL_LP、CONFIG_IPRO_PM_*、CONFIG_OCRAM_NORET_SPLIT）とは併用できません。リンカースクリプトジェネレーターが拒否します。
• 大量のデータには、2M PHY、30～50 ms の接続間隔、244 バイトのペイロードを使ってください。

テストはコンソールから tp slave、tp master、tp conn、tp phy、tp start で操作します。BLE スループットテストを参照してください。

LE Audio¶

LE Audio には CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_FEATURE="bt54_iso2" と CONFIG_EM_SIZE=32 に加えて、CONFIG_BT_AUDIO=y と BAP、PACS、ASCS などのロール設定が必要です。LC3 は CONFIG_COMPONENTS_LC3_ENABLE=y で組み込まれます。ホストの LE Audio ヘッダーは ipro_bt_host/upstream/zephyr/include/zephyr/bluetooth/audio/ にあります。同梱の FreeRTOS サンプルはユニキャストヘッドセット ipro_le_audio_headset で、DEFCONFIG=defconfig_reef で Reef 向けにビルドできます。構成、プロファイル、オーディオ経路、現在の状況はオーディオと LE Audioを参照してください。

低消費電力¶

• ipro_ble_remote の defconfig_reef は PDS を使いません。Reef は USB 給電で動作し、カメラとオーディオにはクロックが必要なためです。
• コントローラーの PDS スリープは 16 KB の EM プロファイルでのみ受け付けられます。bt54_iso2（32 KB の EM）では、コントローラーは本来のスリープは維持しますが PDS には入りません。
• CONFIG_IPRO_PM_BLE と CONFIG_IPRO_PM_PDS_CONNECTED はコントローラーのソースビルドを強制しますが、V2.2.1 ではソースビルドはできません。制限事項を参照してください。
• PDS31 スリープとボンディング済みデバイスへの再接続を伴う BLE は、IPRO7 EVB / IPRO7AI EVK 用のサンプル ipro_pdm_mic_demo で示されています。

スリープモード、ウェイクアップ要因、測定については低消費電力を参照してください。

本リリースの制限事項¶

• コントローラーはビルド済みライブラリとしてのみ提供され、ソースコードは V2.2.1 に含まれていません。次の設定はコントローラーのソースビルドを必要とし、ビルドを停止させます：CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_FORCE_SOURCE_BUILD、CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_SUBRATING、CONFIG_IPRO_BLE_CTLR_CSSA、CONFIG_IPRO_PM_BLE、CONFIG_IPRO_PM_PDS_CONNECTED。
• PAwR と ESL：ホストのヘッダーには周期的アドバタイズの API が含まれていますが、PAwR/ESL のアプリケーションはありません。V2.2.1 には含まれていません。INTELPRO にお問い合わせください。
• ipro_ble_remote の OTA サービスは defconfig_reef でのみ有効です。デフォルトの .config は OTA なしの IPRO7 EVB 用イメージをビルドします。
• IPRO6S の BLE コントローラーは V2.2.1 に含まれていません。このパッケージの IPRO6S アプリケーションは Wi-Fi のみです。

リファレンスアプリケーション¶

ipro_ble_transparent（AT 形式のデータパイプ）、ipro_ble_hid_keyboard（HID over GATT）、ipro_pdm_mic_demo は IPRO7 EVB または IPRO7AI EVK 向けにのみビルドできます。

• 最初の BLE アプリケーション
• BLE スループットテスト
• OTA アップデート
• オーディオと LE Audio
• API リファレンス