ほかにもやりたいことがあるのだが、ここ数ヶ月やってることがなかなか「これでよし」とならなくて、とりかかれない。ぶっちゃけそろそろ飽きてきたのでさっさと日記に書きだして一旦おわりにしたい。

BLE Nano は書きこみ器セットで購入しても $32.90 とかなりお得。BLE Nano Kit - Product 単体 なら $17.90。RedBear は香港みたい。公式の通販から最低送料のオプションで買っても割とすぐ届く。

ただのビーコンとして使うには高価に感じるかもしれないが、PCとの低消費電力無線通信デバイスでこの価格帯のものは殆どない。

そしてARM かつ、mbed を開発環境につかえる。なお Arduino からも書きこめる。ナイス。

載っている BLE モジュールも nRF51822 という界隈でデファクトスタンダートみたいなやつなので比較的情報が豊富。

そして小さい。小さいのは正義。その分IOは少ないが割となんとかなる。

  1. トップ
  2. tech
  3. なぜ BLE Nano にご執心なのか

0x3d はMessage Integrity Check (MIC)が失敗した、というエラーらしい。ホスト側で発生する。デバイス側から送られてきたメッセージのセキュリティチェックエラーのようだ。

ということで、デバイススタックの SoftDevice のバグでは? と思うところだけど、そうではないらしい。どうやら mbed と相性が悪いらしい。

解決の糸口

0x3d が出るのは最初はファームウェアのバグでどこかが stuck しているからだと思っていた。しかしどうも stuck していなくても 0x3d が起こることがある。で、そろそろ Nordic スタックのバグを疑ってみる。しかしそこのバグなら既にハマっている人がいるはずなのでググる。

すると Implement BLE security · Issue #44 · lancaster-university/microbit-dal · GitHub あたりに Nordic のバグじゃね? みたいな話がでてくる。そこからサブイシューがつくられている。


MIC failures observed with secure BLE · Issue #61 · lancaster-university/microbit-dal · GitHub

Problem is caused by mbed-classic disabling interrupts when a timer interrupt is triggered. This was too long for the underlying BLE stack to code with during critical radio events.

と原因と、さらに解決策がいくつか示されている。一番簡単なのが3つめなので、このプロジェクトでは3つめが採用されたっぽい。しかし肝心のコミットへのリンクはないので頑張って探す。

Merge branch 'secure-ble' · lancaster-university/microbit-dal@3c31479 · GitHub このコミットをつらつら眺めていくと、どうやら対策コードっぽいものが見つかった。

	// configure the stack to hold on to CPU during critical timing events.
 	// mbed-classic performs __disabe_irq calls in its timers, which can cause MIC failures 
 	// on secure BLE channels.
    ble_common_opt_radio_cpu_mutex_t opt;
    opt.enable = 1;
    sd_ble_opt_set(BLE_COMMON_OPT_RADIO_CPU_MUTEX, (const ble_opt_t *)&opt);

ここで SoftDevice の API を呼んで、無線アクティビティがあるときはCPUを完全にブロックしてアプリケーションの実行を止めるらしい。簡単なコードだ。

コピペしてみるとエラーの発生がなくなった。まじ良かった……

備考:エラーのログ

Apple が提供している Bluetooth Explorer の Event Log を開きっぱなしにしておけば、接続情報について常にデバッグログに残る。

  1. トップ
  2. tech
  3. BLE Nano (nRF51) + mbed でセキュリティ付きペアリングをして 0x3d エラーがでる

仕様に書いてあるが標準だと 0.5mA になっている。これは超高輝度LEDなら直接光るかもしれない。電源電圧がそもそも低いので青色とかはやめたほうがよさそう。

なお、設定を変えると最大3ピンまで5mAのドライブ能力に拡張することができる。これは特にピンの制約はなくて、どのピンでも可能なようだ。LEDぐらいしか駆動するものがないのなら、LED ピンのドライブ能力を拡張しておくと安心できる。

設定方法は例えば以下の通りで、

	NRF_GPIO->PIN_CNF[PIN_STATUS_LED] =
		(NRF_GPIO->PIN_CNF[PIN_STATUS_LED] & ~GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Msk) |
		(GPIO_PIN_CNF_DRIVE_H0H1 << GPIO_PIN_CNF_DRIVE_Pos);

PIN_CNF の DRIVE を変更すれば良い。この例だとソースもシンクも5mAになる。ソースとシンクは別々に設定可能。

なお mbed 環境で DigitalOut とかしている場合 PIN_CNF レジスタは変更済みなので、必要ないところは上書きしないように注意する必要がある。

  1. トップ
  2. tech
  3. BLE Nano (nRF51822) のドライブ能力を外付け部品なしで拡張する

nRF51 での FOTA の仕組み

DFUService というのが mbed の BLE_API だと提供されていて勘違いしたけど、これは実際のファームウェア書きこみ処理は一切行わない。これがやっていることは bootloader を起動するということだけだ。

FOTA の仕組みとしては

  1. クライアントは DFUService に対してリクエスト
  2. DFUService はアプリケーション抜けて bootloader として再起動する
  3. クライアントは再度 DFU を見つけて通信を行う
  4. bootloader はBLE経由でデータを受けとってFlashに書きこむ
  5. bootloader はアプリケーションを起動する

という感じですすむ。

mbed 環境でのやりかた

まず、コンパイル済みの bootloader が必要で、これを USB 経由で書きこむ。これで準備完了になるので、これ以降は FOTA だけで書く必要がある。USB 経由で書きこむと bootloader を上書きしてしまうので、FOTA は無効になる 。

bootloader はどれを使うか

https://github.com/RedBearLab/nRF51822-Arduino/tree/S130/bootloader

Arduino IDE 経由で書きこめる bootloader になっているが、FOTA の機能もついている。BLE Nano だとこれ使っておけば良さそう。他のも使ってみたがこれだけ動いた。

mbed からデフォルトでダウンロードされる hex は書けない

ただ、上記 bootloader.hex を書きこんでも、mbed のオンラインコンパイラでコンパイル・リンクして生成される hex ファイルでは基本的に書きこめずに失敗する。これは mbed 環境でコンパイルした場合、親切にも SoftDevice などをマージした状態で hex を作ってくれるから。しかし FOTA するのはアプリケーションの部分だけなので、余計な部分を取り除く必要がある。

これは nRF51_OTA_strip.py を使えばできる。単に引数に入力と出力を与えればアプリケーション部分だけの hex ファイルを吐いてくれる。

ここを変えれば FOTA 版が落とせるみたいです。気付かなかった。ここで FOTA 版を選択すると、DFUService は自動的に組込まれてコンパイルされます。

書きこみかた

できた hex ファイルをなんとかして Android か iPhone に転送する。Google Drive に突っ込むのがてっとり早い。

そして nRF Toolbox を使って DFU をする。このとき、Init packet がどうたらというダイアログがでるが No を選択する。

Device を選択して Upload をタップすれば DFU がはじまる。結構時間がかかる。

bootloader のソースコードは?

https://github.com/ARMmbed/nrf5x-dfu-bootloader

たぶんこれがそれっぽい。ビルドしてないので確認はしてない。

OS X で DFU できないの?

公式ツールは Android / iPhone だけなので、できない。

サードパーティで作ってる人がいる。https://github.com/jeremysf/nrfDFU が、手元だとうまく動かすことができなかった。追試が必要。

  1. トップ
  2. tech
  3. mbed + BLE Nano で FOTA (DFUService) を使うには?