[自製QMK鍵盤-番外] Adafruit Bluefruit LE SPI Friend 韌體燒錄教學

在上一篇文章中，我們使用 Adafruit Bluefruit LE SPI Friend（以下簡稱 Adafruit BLE）藍牙模組為 QMK 添加了藍牙的功能。

不過這個模組的價格有點高，還好 Adafruit 有提供其韌體及燒錄工具，所以只要有 MDBT40 或 nRF51822 的話也可以自製 Adafruit Bluefruit LE SPI Friend 藍牙模組。

硬體選擇

先講結論，一定要選用 32KB SRAM 版本的 nRF51822-xxAC，例如 MDBT40-256RV3 。本文接下來也將使用 MDBT40-256RV3（MDBT40-DB）作為示範。

另外，為了燒錄，還需要準備一個 Segger J-Link 或 STLink/V2 燒錄器，雖然也可以使用 Raspberry Pi 作為燒錄器，但這比較麻煩。

nRF51822

首先，Adafruit Bluefruit LE 是一系列的產品，Adafruit Bluefruit LE SPI Friend 只是該系列中的一個 SPI 介面的模組。其核心 SoC 就是 Nordic Semi 的 nRF51822。

在 Adafruit Bluefruit LE Firmware 的 GitHub repo 中的說明有提到，0.6.0 及之後的韌體版本只適用於 32KB SRAM 的 nRF51822，而 16KB SRAM 的 nRF51822 只能使用 0.5.0 及之前的韌體版本。

但是 Adafruit Bluefruit LE SPI Friend 所屬的 BLESPIFRIEND 沒有 0.5.0 及之前的版本。

所以在購買 nRF51822 及其模組時，記得要選用 32KB SRAM 版本的 nRF51822-xxAC。

依照命名規則看，只有 nRF51822-xxAC 是 32KB SRAM \ 256KB Flash 的版本，後綴為 xxAA 或 xxAB 的 SRAM 大小都是 16KB（xxAA 與 xxAB 的差異是前者的 Flash 是128 KB，而後者是256 KB）。

MDBT40

雖然 Adafruit BLE 使用的是 nRF51822 SoC，但它並不是直接搭載該晶片，而是搭載了勁達 Raytac 的 MDBT40 模組。

MDBT40 是搭載了 nRF51822 的模組，並且整合了天線及一些週邊元件。上面有提到 nRF51822 有一些不同的版本，MDBT40 也有其相對應的細部型號。

我們要的是 32KB SRAM / 256KB Flash 的 nRF51822-xxAC，所以要選用 MDBT40-256RV3 或 MDBT40-P256RV3（這兩個的差異是前者為陶瓷天線，後者為 PCB 天線）。實際上 Adafruit Bluefruit LE 系列所使用的基本上就是 MDBT40-256RV3。

燒錄工具

Adafruit 有提供他們所使用的燒錄工具：Adafruit nRF51822 Flasher

需求

要使用這個工具，需要：

  • 下列的其中一個 SWD 燒錄器，並安裝好它們的驅動程式
    • Segger J-Link（本文以 J-Link 為例）
    • STLink/V2
    • Raspberry Pi
  • 安裝好 Python
  • 安裝好 Adafruit Adalink
    • git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Adalink.git
    • python setup.py develop （Windows）；sudo python setup.py develop（Linux and MacOS）
  • 安裝好 Python library Click
    • 安裝好 Python Pip
    • sudo pip install click

下載

將燒錄工具 Git clone 下來。注意，因為這個 repo 含有 submodule，所以記得加上 --recursive：

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git clone --recursive git@github.com:adafruit/Adafruit_nRF51822_Flasher.git

如果你在上一個步驟忘記加上 --recursive，或 Adafruit_BluefruitLE_Firmware 資料夾是空的，那需要再執行這這指令：

1
git submodule update --init --recursive

使用

將你的 nRF51822 或 MDBT40 連接上你的 SWD 燒錄器（J-Link、STLink/V2 或 RPi），依照你使用的硬體而定，SWD 燒錄器可能不會提供電源給 nRF51822 或 MDBT40，如果是這樣的話記得好要接好電源。

接著，就可以執行指令以使用 Adafruit nRF51822 Flasher 進行燒錄。燒錄指令有這些參數：

  • --jtag TEXT：選擇你使用的燒錄器，只能是 jlink、stlink 或 rpigpio 的其中一種。
  • --softdevice TEXT：選擇 SoftDevice 版本，例如 8.0.0。這個 SoftDevice 是 nRF51822 的東西。
  • --bootloader INTEGER：Bootloader 版本，例如 0 或 2。
  • --board TEXT (必要)：選擇你要燒錄的板子，必須為 blefriend16、blefriend32 或 blespifriend 的其中一種。具體要選什麼可以看這裡。
  • --firmware TEXT (必要)：韌體版本，例如 0.6.5、0.8.1。

以本文來說，我們要的是「Adafruit Bluefruit LE SPI Friend」，因此可以下這樣的指令（燒錄器、版本可以依實際需求與情況自行調整）：

1
python flash.py --jtag=jlink --board=blespifriend --softdevice=8.0.0 --bootloader=2 --firmware=0.8.1

燒錄完成後會顯示：

1
Flash OK

另外，還可以使用 python flash.py --help 查看說明。

如果燒錄的過程中出現「SyntaxError: Missing parentheses in call to ‘print’.」錯誤訊息的話，請將 flash.py 檔中的所有 print "" 改成 print("")，也就是加上括號。這只是單純的 Python 版本問題，可以參考 What does “SyntaxError: Missing parentheses in call to ‘print’” mean in Python?。

燒錄後重置

根據 Adafruit 的說明，燒錄完韌體後，還要進行一次 Factory Reset，其步驟如下：

  1. 當板子接上電源時，將 DFU 腳（nRF51822 的 P0.07）接 GND。
  2. 保持 DFU 與 GND 之間的連線並等待數秒，直到藍色 LED (CONNECTED state LED，nRF51822 的 P0.19) 開始閃爍。
  3. 移除 DFU 與 GND 之間的連線。
  4. 完成。

腳位對應

Bluefruit LE SPI Friend MDBT40 (nRF51822)
SCK P0.21
MISO P0.22
MOSI P0.23
CS (有上拉電阻) P0.24
IRQ P0.25
DFU P0.07
FACTORYRST P0.16
MODE LED (紅色) P0.18
CONNECTED LED (藍色) P0.19
SWDIO/RST SWDIO/NRESET
SWCLK SWCLK

另外需要注意的是，nRF51822 的 IO 是 1.8 V 或 3.3 V 的。還有 P0.03 是接地的（雖然我試過不接地好像也沒什麼影響）。

▲ Adafruit Bluefruit LE SPI Friend 的電路圖，取自 Adafruit

結語

這次介紹了要如何執行燒錄 Adafruit Bluefruit LE SPI Friend 的韌體。

基本上比較要注意的就是 nRF51822 要選擇 32KB SRAM 的版本才能用，我有試著使用 16KB 的 nRF51822-xxAA，但它確實無法正常運作。

若上述內容有錯誤還請指正。謝謝。

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