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引言

客戶在使用 BlueNRG-LP/LPS 芯片時(shí)，增加 OTA 服務(wù)后常常反饋說，編譯代碼區(qū)域超空間了，需要幫忙優(yōu)化一下。后文主要通過下列步驟進(jìn)行分析和優(yōu)化 BlueNRG-LP/LPS 的代碼空間：

a. 通過分析 BlueNRG-LP/LPS 的 OTA 方式，讓客戶可以選擇合適的方式；

b. 通過整體分析 BlueNRG-LP/LPS 的鏈接文件（*.icf/*.sct/*.ld）了解默認(rèn)工程的存儲(chǔ)分布；

c. 通過裁剪協(xié)議棧，選擇合適的協(xié)議棧功能，優(yōu)化 BlueNRG-LP/LPS 的代碼空間；

d. 通過使用靜態(tài)協(xié)議棧，進(jìn)一步優(yōu)化 BlueNRG-LP/LPS 的代碼空間；

e. 其他方案；

總的來說通過兩個(gè)維度來節(jié)省空間：一個(gè)是協(xié)議棧的裁剪維度：主要是通過修改宏配置實(shí)現(xiàn)編譯對(duì)應(yīng)應(yīng)用需要的協(xié)議棧。另一個(gè)是 OTA 和靜態(tài)協(xié)議棧的維度：OTA 和靜態(tài)協(xié)議棧的選擇流程圖如下圖所示

02

BlueNRG-LP/BlueNRG-LPS的OTA

2.1 OTA 的框架

手機(jī)或者電腦做 GATT Client，給帶 OTA 服務(wù)的設(shè)備升級(jí)。

2.2 官方提供的 OTA 方式

默認(rèn)提供的 OTA 應(yīng)用和協(xié)議棧編譯在一個(gè)固件上。

a. 不帶備份的(右圖中的右半部分)

升級(jí)服務(wù)程序在 Boot 端(OTA Service manager)。

省空間（存放了 2 份協(xié)議棧，1 份應(yīng)用）

管理簡(jiǎn)單（只需管理一份應(yīng)用）

b. 帶備份的(右圖中的左半部分)

升級(jí)服務(wù)程序在應(yīng)用端

更消耗空間（存放了 2 份協(xié)議棧，2 份應(yīng)用）

管理稍微麻煩（需要管理兩份應(yīng)用，Lower 區(qū)域應(yīng)用不能放置 Higher 區(qū)域運(yùn)行）

更安全

a. 不帶備份的方式由以下組件構(gòu)成：

BLE_OTA_ServiceManager+ application

b. 帶備份的由以下組件構(gòu)成：

BLE_OTA_ResetManager +Lower Application (with BLE OTA service) orBLE_OTA_ResetManager + Higher Application (with BLE OTA service)

對(duì)應(yīng)在 SDK 中工程和配置如下圖所示：

a.BLE_OTA_ServiceManager 配合 BLE_SerialPort 中的 Sever_Use_OTA_serviceManager

b.BLE_OTA_ResetManger 配合 BLE_SerialPort 中的 Service_LowerApp_OTA 或者Service_LowerApp_OTA 使用

2.3 使用帶備份類型 OTA 升級(jí)錯(cuò)誤變磚頭問題

編譯器編譯的 Higher Application 如果放置在 Lower Application 的位置，程序無法運(yùn)行。APP 程序可以知曉當(dāng)前運(yùn)行的固件是 Lower 還是 Higher APP。可以在編譯固件 Higher Application 和 Lower Application 中加入一些標(biāo)記，用于給升級(jí)工具識(shí)別，當(dāng)前需要下載的是Higher Application 還是 Lower Application 或者是否混用。建議每次發(fā)布時(shí)兩個(gè)應(yīng)用程序都編譯生成，不要人為來管理固件，否則容易造成混亂，應(yīng)該讓升級(jí) app 自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的來升級(jí)。

03

BlueNRG-LP/LPS的存儲(chǔ)分析

3.1 linker 中宏定義作用范圍

Linker 中可定義一些宏、用于指定鏈接腳本文件所需的配置。這些宏定義不作用于.c文件或者.h文件，只作用于鏈接文件（.icf 或者.sct 或者 *.ld）。

3.2 鏈接腳本文件分析（代碼區(qū)域）

不同的 IDE 所使用的鏈接腳本文件的格式不同。比如，Keil 使用“*.sct”文件，IAR 使用“*.icf”文件，而 TrueStudio 使用 “*.ld”文件。

下面分析BlueNRG-LP最新SDK中BLE_SerialPort項(xiàng)目IAR工程目錄下的BlueNRG_LP.icf文件, 其他IDE一樣，可以進(jìn)行類比。由于Flash的擦除必須是整頁操作的，寫Flash之前必須將對(duì)應(yīng)的頁擦除，所以Flash的劃分需要2KB對(duì)齊。就算只使用到0.9KB，也需要?jiǎng)澐?KB區(qū)域。

默認(rèn)SDK中提供了4種程序的鏈接配置:

CONFIG_OTA_HIGHER

CONFIG_OTA_LOWER

CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER

其他

對(duì)于這四種鏈接配置編譯后，代碼區(qū)域放置在如下地址。BLE_OTA_ServiceManager 工程使用的是非 OTA 程序，而 BLE_SerialPort 中的 Sever_Use_OTA_serviceManager 工程使用的是CONFIG_OTA_USE_SERVICE_MANAGER。

上述4種程序的鏈接配置由以下宏定義來指定：MEMORY_FLASH_APP_SIZE: 定義程序使用Flash的大小。以工程BLE_OTA_ServiceManager為例子，在linker中定義了MEMORY_FLASH_APP_SIZE = 0x3000, 則表明BLE_OTA_ServiceManager的大小不能超過0x3000（12*1024） 字節(jié)。BLE_OTA_ServiceManager是一個(gè)帶OTA服務(wù)的啟動(dòng)程序，宏定義MEMORY_FLASH_APP_SIZE限制這個(gè)工程編譯的程序空間大小不能超過這個(gè)范圍。

如果在linker中沒有定義MEMORY_FLASH_APP_SIZE，則對(duì)應(yīng)的4種配置分別是：

MEMORY_FLASH_APP_OFFSET: 定義程序編譯鏈接地址的偏移（非OTA程序）。如果在linker中沒有定義MEMORY_FLASH_APP_OFFSET，則對(duì)應(yīng)的4種配置分別是：

前面提到默認(rèn)SDK中提供了4種程序的鏈接配置，本質(zhì)上只是計(jì)算MEMORY_FLASH_APP_OFFSET和MEMORY_FLASH_APP_SIZE的方式不同而已，如果應(yīng)用需要，也可以改動(dòng)這個(gè)鏈接腳本文件。

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通過協(xié)議棧的初步裁剪與自定義優(yōu)化空間

SDK 中默認(rèn)提供了 4 種默認(rèn)配置的協(xié)議棧加一種自定義的協(xié)議棧配置（BLE_STACK_CUSTOM_CONF），如下圖所示。

上述 5 種不同協(xié)議棧的配置，本質(zhì)上就是通過使用宏控制不同的特性功能是否打開。只是前面 4種提供了默認(rèn)便捷的設(shè)置，而最后一種可以進(jìn)行細(xì)粒度更細(xì)的自定義的協(xié)議棧。

可以在 Preprocesor Symbols 中定義相關(guān)的宏來配置使用哪種協(xié)議棧配置。

如果選用細(xì)粒度更細(xì)的 BLE_STACK_CUSTOM_CONF 協(xié)議棧配置，則在 其中在頭文件“custom_ble_stack_config.h”中開關(guān)不同功能特性，大致占用的代碼如下圖所示。

05

協(xié)議棧的進(jìn)一步裁剪:使用靜態(tài)協(xié)議棧

5.1 靜態(tài)協(xié)議棧工程的 4 種默認(rèn)的配置

ST 官方 SDK 中已經(jīng)提供了靜態(tài)協(xié)議棧的 Demo，分為協(xié)議棧工程和應(yīng)用工程兩部分，路徑為：C:Usersuser nameSTBlueNRG-LP DK 1.x.xProjectsBLE_ExamplesBLE_StaticStack 靜態(tài)協(xié)議棧工程默認(rèn)提供了 4 種配置：

? Release

? Basic

? OTA_BTL_ResetManager

? OTA_BTL_ResetManager_Basic

C:Usersuser nameSTBlueNRG-LP DK 1.x.0ProjectsBLE_ExamplesBLE_SensorDemo_StaticStack

? Release

? LowerApp_OTA

? HigherApp_OTA

那它們有什么區(qū)別呢？它們可以分為兩組。

Release 和 Basic 是一組：它們運(yùn)行時(shí)都是由協(xié)議棧程序直接跳轉(zhuǎn)到一個(gè)固定的應(yīng)用上；

Release 和 Basic 的區(qū)別：Basic 的協(xié)議棧配置是 BLE_STACK_BASIC_CONF， 而 Release的協(xié)議棧配置是 BLE_STACK_FULL_CONF。

不同的協(xié)議棧配置，包含的功能和占用的 Flash 空間也不一致。

? 不同的協(xié)議棧配置包含的功能請(qǐng)查看 stack_user_cfg.h

? 占用的 Flash 空間可以通過編譯的 Map 文件查看? 宏 RESET_MANAGER_SIZE 用于協(xié)議棧程序的跳轉(zhuǎn)偏移，即預(yù)留多少空間給協(xié)議棧，因此這個(gè)宏的大小也會(huì)因?yàn)閰f(xié)議棧占用的空間不同而不同。

? Linker 中宏 MEMORY_FLASH_APP_SIZE 用于定義程序可用的大小。即預(yù)留多少空間給協(xié)議棧，因此這個(gè)宏的大小也會(huì)因?yàn)閰f(xié)議棧占用的空間不同而不同。

OTA_BTL_ResetManager 和 OTA_BTL_ResetManager_Basic 是另外一組：它們都是由協(xié)議棧程序跳轉(zhuǎn)到 Lower 應(yīng)用程序或者 Higher 應(yīng)用程序；

? OTA_BTL_ResetManager 和 OTA_BTL_ResetManager_Basic 的區(qū)別：OTA_BTL_ResetManager_Basic 的協(xié)議棧配置是 BLE_STACK_BASIC_CONF， 而OTA_BTL_ResetManager 的協(xié)議棧配置是 BLE_STACK_FULL_CONF

? 不同的協(xié)議棧配置，包含的功能和占用的 Flash 空間也不一致。

o 不同的協(xié)議棧配置包含的功能請(qǐng)查看 stack_user_cfg.h

o 占用的 Flash 空間可以通過編譯的 Map 文件查看

o 宏 RESET_MANAGER_SIZE 用于協(xié)議棧程序的跳轉(zhuǎn)偏移，即預(yù)留多少空間給協(xié)議棧，因此這個(gè)宏的大小也會(huì)因?yàn)閰f(xié)議棧占用的空間不同而不同。

o Linker 中宏 MEMORY_FLASH_APP_SIZE 用于定義程序可用的大小。即預(yù)留多少空間給協(xié)議棧，因此這個(gè)宏的大小也會(huì)因?yàn)閰f(xié)議棧占用的空間不同而不同。

其中，一個(gè)工程負(fù)責(zé)生成協(xié)議棧，另一個(gè)工程負(fù)責(zé)應(yīng)用，那么這里 BLE_StaticStack 中的Release or Basic 與 OTA_BTL_ResetManager or OTA_BTL_ResetManager_Basic 怎么和Release，LowerApp_OTA 和 HigherApp_OTA 組合呢？

? BLE_StaticStack 中的 Release or Basic + BLE_SensorDemo_StaticStack 中的Release //不帶備份 OTA 的使用固定協(xié)議棧的方法

? BLE_StaticStack 中的 OTA_BTL_ResetManager or OTA_BTL_ResetManager_Basic + BLE_SensorDemo_StaticStack 中的 LowerApp_OTA or HigherApp_OTA //帶備份OTA 的使用固定協(xié)議棧的方法

5.2 將工程實(shí)例化為靜態(tài)協(xié)議棧工程編程基礎(chǔ)

將工程實(shí)例化為靜態(tài)協(xié)議棧涉及比較多的步驟，可以參考官方的文檔 :BlueNRG-LP_LPS DK 1.2.0ProjectsBLE_ExamplesBLE_SensorDemo_StaticStackREADME.txt

以及 SDK 安裝目錄的 index.html 中的靜態(tài)協(xié)議棧的介紹如下圖所示。

如果在實(shí)例化 OTA 程序時(shí)，可能需要修改鏈接腳本和 Preprocesor Symbols 中下面幾個(gè)宏（具體不同應(yīng)用，不同 OTA 類型，具體需要定義的宏和宏的數(shù)值也不同）：

RESET_MANAGER_SIZESERVICE_MANAGER_OFFSETSERVICE_MANAGER_SIZEMEMORY_FLASH_APP_SIZEMEMORY_RAM_APP_OFFSET

5.3 使用默認(rèn)配置的協(xié)議棧

如果使用了 OTA，發(fā)現(xiàn)空間不夠，可以考慮將應(yīng)用協(xié)議棧和 OTA 協(xié)議棧合并使用如下圖所示。

上圖列舉的是基于 BlueNRG-LP 的默認(rèn)提供的工程的大致數(shù)值（BlueNRG-LPS 類似，這里不再舉例）。如果遇到不同的應(yīng)用，可以實(shí)際裁剪協(xié)議棧適配不同的應(yīng)用需求。

5.4 使用自定義配置的協(xié)議棧

使用靜態(tài)協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)更為精確的函數(shù)級(jí)別的裁剪:通過注釋協(xié)議棧工程中的 bluenrg_lp_cmd_if.c 中的 cmd_call_table 中對(duì)應(yīng)的函數(shù)，編譯時(shí)可以將不使用的協(xié)議棧函數(shù)裁減出協(xié)議棧。

5.5 使用靜態(tài)協(xié)議棧這種模式如何支持升級(jí)協(xié)議棧

當(dāng)使用靜態(tài)協(xié)議棧，默認(rèn)協(xié)議棧就無法升級(jí)。為了能夠支持協(xié)議棧也升級(jí)。需要增加一段 boot代碼，當(dāng)升級(jí)協(xié)議棧時(shí)，先放置在 APP 區(qū)域，當(dāng)升級(jí)完協(xié)議棧后，將 APP 區(qū)域的協(xié)議棧拷貝到協(xié)議棧區(qū)域。接著繼續(xù)升級(jí)被擦除的應(yīng)用程序。Boot 代碼決定搬運(yùn)協(xié)議棧和跳轉(zhuǎn)到下一級(jí)。

06

優(yōu)化后空間仍不足的其他方法

如果使用靜態(tài)協(xié)議棧和空間仍然不足，可以考慮將一些常用而不需修改的通用模塊編譯進(jìn)協(xié)議棧的工程。如果空間仍然差距比較遠(yuǎn)則考慮用片外 Falsh 或者選用 STM32WB 系列，再或者使用 STM32+協(xié)處理器模式。

審核編輯：劉清