Funpack2-6的基于Nordic7002DK的NFC的按键选择APP唤醒

内容介绍

一、项目描述

1、项目介绍

本次参加的是funpack第二季第六期的活动，所实现的是任务三，一个基于基于Nordic7002DK板卡的，使用nrf sdk和vscode环境进行设计的简易NFC信息读取和APP唤醒功能。使用板卡上自带的NFC存储APP的包信息，使用手机读取其信息，并且使用按键去更改其中存储的包信息，从而实现唤醒不同app。

2、设计思路

本次设计思路比较的简单，其实就是一个简单的板卡自带的NFC的信息使用。

首先是硬件配置，项目依赖于板卡上的NFC硬件，所以首先需要进行硬件初始
化和配置，才能保证NFC功能的正常配置，保证后续的正常使用。
然后是NFC协议支持，使用Zephyr操作系统和Nordic Semiconductor提供的NFC库，该项目支持NFC Type 2 Tag协议（NFC_T2T），这是一种常见的NFC通信协议，然后这里使用官方例程里面的那个设置去操作进行初始化即可。
这里把NFC的初始化放在主函数的开始，再在while里面根据按键的值进行不同的编码信息选择。
先简单说一下nfc卡片存储信息的一个过程，具体为：初始化成功后，在while里面进行消息的编码，编码后把信息设置为负载，然后进入模拟启动。
然后是NDEF消息编码，代码里面涉及NFC数据交换格式（NDEF）消息的编码，在代码初始的定义的时候，要确保一些基本的参数，比如存储的文本内容，存储的编码格式，比如中文的在后续的使用中，UTF8实现不了，去查阅资料和测试之后，最终选择了UTF16，这样子就可以正常显示中文了，同时多种语言的方式都不一样，虽然大部分基于UTF8，但是需要根据需求去确定这些参数。
同时在while循环中，因为是多个APP的唤醒，板卡自带的两个按键需要进行编码操作，这里对两个按键分别赋予+1和-1的功能，同时设定一个CNT计数，从初始化的1开始，根据两个按键的变化获得不同的取值，同时在其中加入保险，如按键按下时若超出了5个app的数量，则返回到最高的值，规避按下按键时出现两次变换的情况。
数据准备好之后，就是NFC事件处理，首先是NFC事件处理函数,也就是nfc_callback，这里按照官方例程来，以便在检测到NFC场时控制板卡上的LED状态，当NFC接触感应时，相应的LED灯会被点亮。
代码的关键部分在于CNT提供的选择，在进入选择部分，也就是编码信息部分，这里有两个点要注意，第一个点是多个包名无法共享一个数组，若设置为一个，则会默认选择最开始的，因此要多个数组分别存储编码信息。第二个点为，在每次编码的初始化时，若不先关闭NFC，则会导致payload部分的失败，也就是说无法更新选择的编码信息，所以每一次进行编码时，都需要先停止，待编码完毕后再度开启NFC。
由于数据数量多，若使用短延时会导致payload部分速度太快卡住，所以循环延时改为1s，而且考虑到1s的按键延时会导致按键出现按下没反应的问题，所以添加一个警示灯，用于随时监测按键是否成功按下。

3、硬件介绍

首先这个板卡可以说是诚意满满（个人感觉蛤），首先两个nrf5340加上一个7002，这个配置这个价位，我觉得挺不错的，再加上各司其职，主控，蓝牙，jlink调试，然后还有这个一个 Wi-Fi 双频段天线和一个低功耗蓝牙天线，这个也很有意思。
然后这个套件有nRF5340和7002，主要就是Wi-Fi 6 (IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax)、蓝牙低功耗 (LE)、蓝牙网状网络、802.15.4、Thread、Zigbee^®、ANT、2.4GHz专有和NFC无线协议支持2.4GHz、5GHz芯片和NFC天线，还有SWF射频连接器和SEGGER J-Link板载编程器/调试器。除此之外还有两个LED和三个按键，当然其中一个是reset。
其中5340主要就是，高性能128MHz Arm Cortex-M33应用内核和超低功耗64MHz Arm Cortex-M33网络内核。然后7002是一个Wi-Fi配套IC，可为主控制器提供Wi-Fi连接功能
然后这里主要讲讲这次活动，或者说是任务三用到的，其实也就是一个NFC的接口，然后主控的5340，还有一个led，基本就没了，但是这个板卡资源还是很多的，可以开发挺多东西的。
两个5340和一个7002，这里微距大概拍了一下，还要一个关键的NFC

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二、软件流程图及各功能对应的主要代码片段及说明

1、流程图

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说明
程序开始执行 main 函数。
main 函数调用 button_init 函数来初始化按钮和LED。
在 button_init 函数中，首先检查按钮1和按钮2是否准备就绪。这是通过 gpio_is_ready_dt 函数来检查的。如果有任何一个按钮未准备就绪，将打印错误消息并返回。
然后，配置按钮1和按钮2的引脚为输入，并配置它们的中断触发方式为边缘触发。这是通过 gpio_pin_configure_dt 和 gpio_pin_interrupt_configure_dt 函数来实现的。同时，初始化按钮1和按钮2的回调函数，并将它们与相应的GPIO引脚关联。
如果LED2（led2）准备就绪（可通过 device_is_ready 函数检查），则配置LED2的引脚为输出，以便可以控制LED2的状态。
然后，调用 nfc_init 函数来初始化NFC。
进入无限循环 (while(1))，程序将不断重复以下步骤：
检测按钮1和按钮2的状态，通过 gpio_pin_get_dt 函数获取按钮状态。
如果按钮1按下（val1等于1），则增加计数器 cnt 的值，并根据计数器的值选择不同的NFC消息进行编码和模拟。如果 cnt 大于等于6，则将其设置为5，并打印 "outtttt!" 消息。同时，点亮LED2。
如果按钮2按下（val2等于1），则减少计数器 cnt 的值，并根据计数器的值选择不同的NFC消息进行编码和模拟。如果 cnt 等于0，则将其设置为1，并打印 "lesssss!" 消息。同时，点亮LED2。
每次循环都会在NFC消息编码和模拟之前停止当前的NFC模拟，这是通过 nfc_t2t_emulation_stop 函数来实现的，并在选择了新的NFC消息后重新开始模拟，这是通过 nfc_t2t_emulation_start 函数来实现的。
打印当前的 cnt 值，以显示当前的操作状态。
循环结束后，延时1S，并关闭LED2。
回到无限循环的开头，继续检测按钮状态并处理NFC消息。

2、代码片段说明

主函数

int main(void)
{
//cnt是计数，设置为1是默认第一个APP的包信息，在后续循环中可以变动
//两个初始化函数，一个是按键的初始化，一个是nfc的初始化配置。
	int cnt=1;
	button_init();
	int err;
	nfc_init();

while(1)
{
//两个val存放button的值，若button按下，则为1
	int val1 = gpio_pin_get_dt(&button1);
    int val2 = gpio_pin_get_dt(&button2);
	
	if(val1 == 1)
	{
    	cnt = cnt + 1;//若第一个按键按下，则+1
			if(cnt>=6)//保险，因为只有五个包信息，为了确保不超出，即为按键按下时可能变成两个，所以加个限制
			{
				cnt=5;
				printk("outtttt!\n");
			}
    	        printk("button1 open，cnt = %d\n", cnt);//确认CNT的值
                gpio_pin_set_dt(&led2, 1);
	}

	if(val2 == 1)
	{
    	cnt = cnt - 1;//同理button1
			if(cnt<=0)
			{
				cnt=1;
				printk("lesssss!\n");
			}
		        printk("button2 open，cnt = %d\n", cnt);
                gpio_pin_set_dt(&led2, 1);
	}

	size_t len;
    err = 0; // 用于在while循环中重置错误状态
	if(cnt ==1)
	{
		nfc_t2t_emulation_stop();//先封闭，也就是先停止模拟
		size_t len = sizeof(ndef_msg_buf1);//获取包信息的大小
		err = nfc_launchapp_msg_encode(android_pkg_name1,
				    sizeof(android_pkg_name1),
				    NULL,
				    0,
				    ndef_msg_buf1,
				    &len);  // 编码启动应用程序消息	
						err = nfc_t2t_payload_set(ndef_msg_buf1, len);  // 设置 NFC 负载
						err = nfc_t2t_emulation_start();  // 开始模拟 NFC Type 2 Tag
	}
	if(cnt ==2)
	{
		nfc_t2t_emulation_stop();
		size_t len = sizeof(ndef_msg_buf2);
		err = nfc_launchapp_msg_encode(android_pkg_name2,
				    sizeof(android_pkg_name2),
				    NULL,
				    0,
				    ndef_msg_buf2,
				    &len);  // 编码启动应用程序消息	
					err = nfc_t2t_payload_set(ndef_msg_buf2, len);  // 设置 NFC 负载
					err = nfc_t2t_emulation_start();  // 开始模拟 NFC Type 2 Tag
	}	
	if(cnt ==3)
	{
		nfc_t2t_emulation_stop();
		size_t len = sizeof(ndef_msg_buf3);
		err = nfc_launchapp_msg_encode(android_pkg_name3,
				    sizeof(android_pkg_name3),
				    NULL,
				    0,
				    ndef_msg_buf3,
				    &len);
					err = nfc_t2t_payload_set(ndef_msg_buf3, len);  // 设置 NFC 负载
					err = nfc_t2t_emulation_start();  // 开始模拟 NFC Type 2 Tag
	}	
	if(cnt ==4)
	{
		nfc_t2t_emulation_stop();
		size_t len = sizeof(ndef_msg_buf4);
		err = nfc_launchapp_msg_encode(android_pkg_name4,
				    sizeof(android_pkg_name4),
				    NULL,
				    0,
				    ndef_msg_buf4,
				    &len);  // 编码启动应用程序消息	
					err = nfc_t2t_payload_set(ndef_msg_buf4, len);  // 设置 NFC 负载
					err = nfc_t2t_emulation_start();  // 开始模拟 NFC Type 2 Tag
	}
	if(cnt ==5)
	{
		nfc_t2t_emulation_stop();
		size_t len = sizeof(ndef_msg_buf5);
		err = nfc_launchapp_msg_encode(android_pkg_name5,
				    sizeof(android_pkg_name5),
				    NULL,
				    0,
				    ndef_msg_buf5,
				    &len);  // 编码启动应用程序消息	
					err = nfc_t2t_payload_set(ndef_msg_buf5, len);  // 设置 NFC 负载
					err = nfc_t2t_emulation_start();  // 开始模拟 NFC Type 2 Tag
	}		

	printk("cnt = %d\n", cnt);//时刻检测CNT的值，也就是第几个包信息的反馈

	printk("NFC configuration done\n");  // 打印配置完成消息
	k_msleep(SLEEP_TIME_MS);//延时1s
	gpio_pin_set_dt(&led2, 0);
//前面的定义里面有#define SLEEP_TIME_MS	1000
}
	
	return 0;  // 返回 0，表示成功


fail:
#if CONFIG_REBOOT
	sys_reboot(SYS_REBOOT_COLD);  // 冷启动系统
#endif /* CONFIG_REBOOT */

	return err;  // 返回错误码
}

按键button的初始化，放在botton_init函数里面

void button_init()
{
	int button_Set;

	if (!gpio_is_ready_dt(&button1) || !gpio_is_ready_dt(&button2)) {
    	printk("Error: button device is not ready\n");
    	return 0;
	}


	button_Set = gpio_pin_configure_dt(&button1, GPIO_INPUT);
	if (button_Set != 0) {
		printk("Error %d: failed to configure %s pin %d\n",
		       button_Set, button1.port->name, button1.pin);
		return 0;
	}
	button_Set = gpio_pin_configure_dt(&button2, GPIO_INPUT);
	if (button_Set != 0) {
    	printk("Error %d: failed to configure %s pin %d\n",
           button_Set, button2.port->name, button2.pin);
    	return 0;
	}

	button_Set = gpio_pin_interrupt_configure_dt(&button1,
					      GPIO_INT_EDGE_TO_ACTIVE);
	if (button_Set != 0) {
		printk("Error %d: failed to configure interrupt on %s pin %d\n",
			button_Set, button1.port->name, button1.pin);
		return 0;
	}
	button_Set = gpio_pin_interrupt_configure_dt(&button2, GPIO_INT_EDGE_TO_ACTIVE);
	if (button_Set != 0) {
    	printk("Error %d: failed to configure interrupt on %s pin %d\n",
        	button_Set, button2.port->name, button2.pin);
	    return 0;
	}

	gpio_init_callback(&button_cb_data, button_pressed, BIT(button1.pin));
	gpio_add_callback(button1.port, &button_cb_data);
	printk("Set up button at %s pin %d\n", button1.port->name, button1.pin);


	gpio_init_callback(&button2_cb_data, button_pressed, BIT(button2.pin));
	gpio_add_callback(button2.port, &button2_cb_data);
	printk("Set up button2 at %s pin %d\n", button2.port->name, button2.pin);
		
	if (led2.port && !device_is_ready(led2.port)) {
		printk("Error %d: LED device %s is not ready; ignoring it\n",
		       button_Set, led2.port->name);
		led2.port = NULL;
	}
	if (led2.port) {
		button_Set = gpio_pin_configure_dt(&led2, GPIO_OUTPUT);
		if (button_Set != 0) {
			printk("Error %d: failed to configure LED device %s pin %d\n",
			       button_Set, led2.port->name, led2.pin);
			led2.port = NULL;
		} else {
			printk("Set up LED at %s pin %d\n", led2.port->name, led2.pin);
		}
	}
	printk("Press the button\n");
}

void nfc_init()//NFC的初始化

void nfc_init()
{
	int err;
	printk("Starting NFC Launch app example\n"); 
	err = dk_leds_init();
	if (err) {
		printk("Cannot init LEDs!\n");
		return 0;
	}
	err = nfc_t2t_setup(nfc_callback, NULL);//初始化
	if (err) {
		printk("Cannot setup NFC T2T library!\n");  
		return 0; 
	}
	if (err) {
		printk("Cannot encode message!\n");
		return 0;
	}
}

APP的信息包的配置和相应的存储数组

// packname1
static const uint8_t android_pkg_name1[] = {
	't', 'v', '.',
	'd', 'a', 'n', 'm', 'a', 'k', 'u','.',
	'b', 'i', 'l', 'i'};

//packname2
static const uint8_t android_pkg_name2[] = {
	'c', 'o', 'm', '.',
	'm', 'i', 'H', 'o', 'Y', 'o', '.',
	'h', 'k', 'r', 'p', 'g'};

//packname3
static const uint8_t android_pkg_name3[] = {
	'c', 'o', 'm', '.',
	'm', 'i', 'u', 'i', '.',
	'g', 'a', 'l', 'l', 'e','r','y'};

//packname4
static const uint8_t android_pkg_name4[] = {
	'c', 'o', 'm', '.',
	't', 'e', 'n','c', 'e','n','t','.',
	'm','m'};

//packname5
static const uint8_t android_pkg_name5[] = {
	'c', 'o', 'm', '.',
	't', 'e', 'n','c', 'e','n','t','.',
	't','i','m'};	
//static uint8_t ndef_msg_buf[NDEF_MSG_BUF_SIZE];
static uint8_t ndef_msg_buf1[NDEF_MSG_BUF_SIZE];
static uint8_t ndef_msg_buf2[NDEF_MSG_BUF_SIZE];
static uint8_t ndef_msg_buf3[NDEF_MSG_BUF_SIZE];
static uint8_t ndef_msg_buf4[NDEF_MSG_BUF_SIZE];
static uint8_t ndef_msg_buf5[NDEF_MSG_BUF_SIZE];

两个按钮的配置

/*两个按钮的初始化配置*/
#define SW0_NODE	DT_ALIAS(sw0)
#if !DT_NODE_HAS_STATUS(SW0_NODE, okay)
#error "Unsupported board: sw0 devicetree alias is not defined"
#endif
static const struct gpio_dt_spec button1 = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(SW0_NODE, gpios,
							      {0});
static struct gpio_callback button_cb_data;

#define SW1_NODE DT_ALIAS(sw1)
#if !DT_NODE_HAS_STATUS(SW1_NODE, okay)
#error "Unsupported board: sw1 devicetree alias is not defined"
#endif

static const struct gpio_dt_spec button2 = GPIO_DT_SPEC_GET_OR(SW1_NODE, gpios,
                                                             {0});
static struct gpio_callback button2_cb_data;

三、功能展示及说明

首先把手机接触NFC，可以看到会弹出
然后按下按钮1，此时串口调试助手中，CNT变为2，且APP也切换
然后按下按钮1，循环此过程到5，下图分别为CNT3、4、5时的APP
在CNT溢出时，串口调试助手会反馈且把cnt控制到5
按下按钮2则是反过来实现选择功能，不展示全部，如图3到2跳转
CNT小于0时反馈为1
按下按钮时，LED2亮灯表示监测状态

四、对本活动的心得体会

本次活动有两点需要注意，第一点是这个NFC存储数据的时候，也就是编码的时候，需要先关闭模拟，我的理解是，第一次编码+模拟之后，卡片被占用了，要想重新编码，按照指定顺序的话，需要先关闭，再重新启动，所以在每一个if选语句中加了先关闭，编码再重启的步骤
第二个点是buf资源的共享，编码之后存放数据的buf不能是同一个，经过测试后发现会默认存储第一个，这个暂时不知道原因，只发现了现象，所以对应的解决方法就是采用多数组分别存储数据。
然后是环境，这一次比较麻烦的是环境，Zephyr RTOS这个东西我头一次接触，然后不知道为什么环境搭建有问题，west文件夹拉不到数据，这个环境调了两三天吧，一开始要么就是空文件夹，要么就是sdk没有，要么就是toolchain没有，手动操作可能是个人问题，反正挺麻烦的，后面有一篇文章，博主分享了资源，移植一下就成功了，后续的vscode开发倒是没什么问题。
接着是官方资源，这一次活动代码难度不高，是因为官方给的资料全，NFC其中可以说是有很多原理还是要深究的，我这一次也只是使用了官方库，做了一些简单的功能，官方文档和资料，例程都是很好用的。
最后感谢群里面的大佬在环境配置初期的帮忙，这一次群里面佬挺多的，交流了很多技术，学到了不少东西，比如蓝牙键鼠的usbhid，还有一些wifi的知识都学了不少，然后还有一些环境和代码架构的知识也都看了个七七八八，毕竟都是看群友大概聊天，没怎么细看，总之还是扩展了不少见识。
更新：本案例中没用文本去编码，但是一样的，调用文本编码的库，然后在while循环的cnt选择里面添加，再把其中的编码换成文本的就行了。

五、环境配置的补充说明

最后补充一下环境配置的解决方案，首先打开这个链接：开发你的第一个nRF Connect SDK(NCS)/Zephyr应用程序 - iini - 博客园 (cnblogs.com)
去里面下载那个百度网盘，然后下载的时候，确保你在nrfconnect里面已经进行到了这一步。
然后确认你的文件夹路径里面是不是空的，一般在nrF\v2.4.2\.west这个路径，如果环境有问题，多半是空的west，其实正常情况里面有个文件，然后可能还没有其他文件夹，这里只需要把解压的那个文件，全部替换在里面，然后如图。
这个时候去nrf工具里面更新一下sdk就可以了，基本上就ok了。
如何查找应用APP的信息，这边以小米的手机为例，先长按应用，然后右上角，点开后，第三张图的圈即为APP包信息，这个就是我们需要存进数组里的。
官方组件自带的vscode的设备树的功能的大概说明，以button和led为例，在设备树里面可以像cubemx一样自定义很多设置，如这里配置的button引脚的1.08，也就是第三张图的原理图里面的按键1对应引脚。

五、可编译下载的代码

放在附件中