BLE GATT mit nRF51822 oder SPBTLE-RF unter MicroPython

[Andreas]

Drüben bei BLE GATT auf ESP32 und BLE GATT auf ESP32 mit MicroPython schauen wir, wie wir BLE GATT auf einem vanilla ESP32 am komfortabelsten erschließen können.

Hier schauen wir, wie es um den BLE GATT support in anderen Ökosystemen bestellt ist, wobei im Vergleich zum ESP32 mit dem bereits integrierten Bluetooth Subsystem andere Hard- und Software relevant ist.

[Andreas]

BLE GATT with CircuitPython

Einleitung

@Andreas

Ich könnte mir vorstellen, dass Adafruit das Thema GATT-Unterstützung mittlerweile ebenfalls schon auf dem Schirm (anfangen / grade dabei / bereits abgeschlossen) hat – sowohl Hardware- als auch Software-seitig.

Nordic nRF51822

Bei der Erforschung des Adafruit-Ökosystems muss man insbesondere hardwareseitig berücksichtigen, dass die ESP32 MCUs ja bereits eingebautes Bluetooth mitbringen, während bei den für die Produktreihe um Cortex-M0 bzw. -M4 Prozessoren externe Peripherie benötigt wird. Nehmen wir doch konkret den Adafruit Feather M0 Bluefruit LE als Referenz bei der Betrachtung aus dieser Perspektive. Adafruit hat sich dabei für den Nordic nRF51822 SoC entschieden ^[1].

Überblick

Kevin Townsend and Lady Ada schrieben die Basisdokumentation, einige weitere arbeiten an der weiteren Ausreifung der Implementierung.

2014 - 2019

• GATT | Introduction to Bluetooth Low Energy | Adafruit Learning System
• BLE GATT | Adafruit Feather M0 Bluefruit LE | Adafruit Learning System

2018

• https://github.com/adafruit/circuitpython/issues/586
• File transfer over BLE · Issue #1010 · adafruit/circuitpython · GitHub

Aktueller Entwicklungsstand

@Andreas

ob Du die gewünschte Funktionalität nicht auch im CircuitPython-Universum finden kannst.

• Dokumentation CircuitPython bleio — Bluetooth Low Energy functionality
• GitHub - adafruit/Adafruit_CircuitPython_BLE: Bluetooth Low Energy (BLE) library for CircuitPython
• GitHub - adafruit/Adafruit_CircuitPython_BluefruitConnect: This module helps you to communicate with the Adafruit Bluefruit Connect app or use its protocols

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1. Der nRF51822 von Nordic wurde hier bereits von @weef und @petekmet bei Imker als Datenmuli - #7 by weef, Untersuchung und Datensammlung zur Temperaturabhängigkeit des gesamten Wägezellen-Subsystems - #8 by petekmet sowie Bluetooth temperature beacon for in-hive placement by Peter Kmet erwähnt. ↩︎

[Andreas]

Beobachtungen

So wie es aussieht, unterstützt Adafruit’s BLE Softwareimplementierung für CircuitPython nur den Nordic Chipsatz und das wiederum vorzugsweise auf Cortex-M0/-M4 Prozessoren mit SAMD-Chipsatz ^[1].

@Lady Ada

Adding a WiFi Co-Processor to CircuitPython

Which way for CircuitPython?

A mix of the two! We don’t support CircuitPython on the ESP8266/ESP32 because of the missing USB, and the WINC1500 is a complex beast that costs more than a bare ESP module. So we go right down the middle, by using an ESP8266 or ESP32 as a ‘Wireless Co-processor’. This gets us:

A main chip like a SAMD21 or SAMD51 with USB, peripherals, pins, and timers
Wireless handling by a separate chip, so we don't have to run the WiFi stack natively - saves a lot of FLASH/RAM space
Re-programmable co-processor (the WINC1500 is completely closed, we cannot change the firmware)

– Overview | Adding a WiFi Co-Processor to CircuitPython | Adafruit Learning System

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P.S.: Irgendwie war ich davon ausgegangen, dass das neue CircuitPython sowohl den ESP32 als auch die neu erschlossenen Cortex-M0 über den von Adafruit beigetragenen SAMD-Port für MicroPython unterstützen würde. Das war wohl definitiv ein Irrglaube. Mehr über den aktuellen Stand bei CircuitPython kann man bei State of the onion for CircuitPython nachlesen.

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1. Research about BLE support on SBCs via Adafruit Blinka pending. ↩︎

[Andreas]

uble for MicroPython

uble is a lightweight Bluetooth Low Energy driver written in pure Python for MicroPython.

https://github.com/dmazzella/uble

Discussion on the MicroPython Forum

https://forum.micropython.org/viewtopic.php?t=2950

Hardware support

SPBTLE-RF - STMicroelectronics

Evaluation

Definitively worth a look…

[Andreas]

Auch wenn die Frage von @poesel ursprünglich der Unterstützung für ESP32 MCUs galt, könnte man sich auch andere Hardware ansehen.

@Andreas

… ob die gewünschte Funktionalität nicht auch im CircuitPython-Universum ^[1] zu finden sein könnte.

Als Entwicklungsboards wurden an verschiedenen Stellen folgende Geräte genannt, auf denen der Nordic nRF51822 integriert ist und die von der oben genannten GitHub - adafruit/Adafruit_CircuitPython_BLE: Bluetooth Low Energy (BLE) library for CircuitPython unterstützt werden sollen.

Adafruit Feather M0 Bluefruit LE

https://www.sparkfun.com/products/15025

https://electroniccats.com/

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1. CircuitPython ist die MicroPython-Distribution von Adafruit, die vor allem für die neue Produktreihe um Cortex-M0 bzw. -M4 Prozessoren entwickelt wird, mit der Blinka Kompatibilitätsbibliothek jedoch auch auf SBCs (RaspberryPi, BeagleBone) eingesetzt werden kann, siehe State of the onion for CircuitPython ff. ↩︎

[Andreas]

MicroPython nrf port

Der Support für den Nordic Chipsatz ist bereits ab Werk auch im Vanilla MicroPython vorhanden. Bzw. sogar andersherum: Seit MicroPython 1.10 gibt es einen Port für Nordic nRF5x MCUs.

@Damien George

There is a new nrf port for Nordic MCUs, currently supporting nRF51x and nRF52x chips.

– Release Vast improvements to native emitter, new nrf port, unified documentation · micropython/micropython · GitHub
– MicroPython version 1.10 released - MicroPython Forum (Archive)
– micropython/ports/nrf at master · micropython/micropython · GitHub

BLE support

Again, we are still interested in BLE support. Links to these resources might reveil relevant things to look into.

• micropython/ports/nrf/modules/ubluepy at master · micropython/micropython · GitHub
• nrf: Replace custom-HAL with nrfx-HAL · micropython/micropython@ea53197 · GitHub

[Andreas]

@Andreas

Seit MicroPython 1.10 gibt es einen Port für Nordic nRF5x MCUs.

@Damien George

There is a new nrf port for Nordic MCUs, currently supporting nRF51x and nRF52x chips.

Da in dem Nordic Gerät bereits ein Cortex M0 eingebettet ist und kürzlich ein entsprechender Port für MicroPython hinzukam, ist es wahrscheinlich möglich, MicroPython direkt auf einer solchen Briefmarke zu betreiben (und hoffentlich auch per Bluetooth funken zu können)

nRF51822 Bluetooth Low Energy Module

[Andreas]

@Andreas

uble is a lightweight Bluetooth Low Energy driver written in pure Python for MicroPython.

Bei api_repl.py bzw. MicroPython WebBluetooth REPL gibt es eine MicroPython WebBluetooth REPL basierend auf GAP und GATT.

– via: Bluetooth Low Energy (BLE) library - Page 2 - MicroPython Forum (Archive)

[clemens]

Hilft uns das weiter?

https://docs.pycom.io/firmwareapi/pycom/network/bluetooth/gatt/

[Andreas]

@clemens

Hilft uns [die Pycom-Implementierung] weiter?

Das ist die Frage! Da kamen wir ursprünglich her drüben bei…

@poesel

Ich habe gerade entdeckt, dass das Pycom MicroPython inzwischen(?) auch BLE und GATTServices kann, siehe Pycom driver for the Bluetooth radio in the ESP32 module.

@Andreas

Ob [die Pycom Firmware] auch gut auf nicht-Pycom Geräten läuft, würde mich ebenfalls interessieren.

[Andreas]

ubluepy

Another C-level library by Glenn Ruben Bakke implemented as an external cmodule to MicroPython supporting the nrf5x device series.

GitHub - glennrub/ubluepy: Micropython Bluetooth LE API for nrf5x device series

@@glennrub

I’m moving out ubluepy as a external cmodule that can be loaded using USER_C_MODULES.

– Deprecate ubluepy by glennrub · Pull Request #1 · aykevl/micropython · GitHub

[weef]

…but you still need to link against their SoftDevice S110 blob resp. the underlying OS already has this exact same proprietary thing.

[Andreas]

SoftDevice S110

@weef

[Please be aware that support for the Nordic nRF51822 is yet based upon] their proprietary SoftDevice S110 blob.

Thanks!

There are some references to the SoftDevice S110 scattered in the code at ble_drv.c. There also seem to be advanced versions or variants like 132, 140.

Integration is done by downloading the appropriate blob while building MicroPython using download_ble_stack.sh, see also Compile and Flash with Bluetooth Stack.

nrfx

See also.

nrfx is a standalone set of drivers for peripherals present in Nordic Semiconductor’s SoCs. It originated as an extract from the nRF5 SDK. The intention was to provide drivers that can be used in various environments without the necessity to integrate other parts of the SDK into them. For the user’s convenience, the drivers come with the MDK package. This package contains definitions of register structures and bitfields for all supported SoCs, as well as startup and initialization files for them.

nrfx gets included into MicroPython by means of a Git submodule.

• GitHub - NordicSemiconductor/nrfx at 7513fc9d5c10dc28b25bf2bb6ff0ba66cb2a3c3d
• via: micropython/lib at master · micropython/micropython · GitHub