RTT平臺zephyr_polling軟件包SPI Bluenrg2丟包問題排查

在對協議棧在 Bluenrg2 芯片上采用 SPI 作為 HCI 的數據傳輸進行測試的時候，發現存在丟包問題。當進行大吞吐連續傳輸時，可以發現協議棧收到的字節數少于測試APP發送的字節數。

首先需要找到丟包的位置，有多個可能：①在HCI層傳輸上報給協議棧上層的過程丟包；②在HCI層與芯片進行SPI通信時丟包；③在芯片接收和上報的過程丟包（按說可能性不大）。

使用在每一層計數接收到的數據的字節數，進行比較的方式確定產生丟包的位置。

1 在HCI層傳輸上報給協議棧上層的過程丟包
在 HCI 層的 SPI 初始化hci_driver_init()處也設置一個打印當前接收的字節數的定時任務：

HCI_SPI_ACL_recv_count = 0;
k_timer_init(&HCI_SPI_count_work, HCI_SPI_count_timeout, NULL);
k_timer_start(&HCI_SPI_count_work, K_SECONDS(30), K_SECONDS(30));

void HCI_SPI_count_timeout(struct k_timer *timer)
{
printf("HCI SPI ACL recv count timeout: %dn", HCI_SPI_ACL_recv_count);
}
在HCI層的接收函數hci_driver_init_loop()處，對ACL數據包進行判斷和計數。

switch(data[0])
{
case HCI_EVENT_PKT:
buf = bt_buf_get_controller_tx_evt();
break;
case HCI_ACLDATA_PKT:
buf = bt_buf_get_controller_tx_acl();
HCI_SPI_ACL_recv_count += ret;
// printk("ACL: ");
// for (int i = 0; i < ret; ++i)
// {
// printk("%02x:",data[i]);
// }
// printk("n");
break;
default:
return;
}

測試

手機連接BLE模塊，發送間隔設定為1ms，數據包大小20字節，測試得到打印結果。比較發現，協議棧上層的計數比HCI層接收處的數據計數更少，在HCI層傳輸上報給協議棧上層的過程有丟包。

檢查HCI層接收數據和上報的代碼，發現當數據傳輸量很大，MCU來不及處理時，協議棧上層的接收隊列會堆積最后爆滿，HCI 層申請 buffer 的時候可能失敗，此時本次從芯片處接收到的數據就會被丟棄。

解決方案是在開始一次 SPI 接收之前，判斷當前的緩沖區是否還有空間，有空間才接收。一般來說(事實上最后發現這個芯片好像并不是這樣的)，芯片收到的數據如果一直沒有被HCI層接收，芯片端的緩沖區滿了之后，芯片會暫停數據傳輸服務。這樣可以使發送端的傳輸暫停，等待MCU完成處理后再繼續傳輸，避免丟包。

if (bt_buf_reserve_size(BT_BUF_ACL_IN) == 0)
{
printk("HCI ACL BUFFER EMPTY rn");
return;
}

int ret = HCI_TL_SPI_Receive(data, len); //ret: bytes num Recv

再次測試發現，HCI層接收到的字節數和協議棧上層接收的字節數一致，但手機端發送的字節數和協議棧上層接收的字節數還是不一致，丟包還是存在。

2 在芯片接收和上報的過程丟包

在 SPI 的接收函數HCI_TL_SPI_Receive()處也加入一個計數HCI_SPI_ACL_recv_count，計數從芯片處接收到的全部數據，包括包頭等；在HCI層將數據包塞入緩沖區之后，加入一個計數HCI_ACL_buf_recv_count，計數buffer緩沖區內的數據字節數(不包括包頭)。

四個計數分別是：

HCI_SPI_recv_count_timeout: 從芯片處通過SPI接收到的全部數據包(包括包頭)

HCI SPI ACL recv count timeout: HCI層接收到的ACL數據包的數據(僅數據，不包括包頭等)

HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: HCI層寫入緩沖區后，緩沖區內的data字段里的數據(僅數據，不包括包頭等)

app_count: 協議棧上層接收到的數據(僅數據，不包括包頭等)

因為藍牙啟動的過程中也有一系列數據交互，為了確保計數的準確性，加入一個開始計數的HCISPIFlag，HCISPIFlag為true時才開始計數。當HCI層接收到手機端發送的99:99:99:99數據包（該數據包不會上報給協議棧上層）時，HCISPIFlag轉為true。

ACL數據包的包頭為12字節，例如測試數據包的內容：

02:01:281b00:17:00:04:00:520b00:00:01:02:03:04:05:06:07:08:09:00:01:02:03:04:05:06:07:08:09

開始計數的命令判斷:

bool HCIcountCmdCheck(uint8_t *buf) {
uint8_t cmd[4] = {0x99, 0x99, 0x99, 0x99};
for (int i = 0; i < 4; ++i)
{
if (buf[i + 12] != cmd[i]) {
return false;
}
}
return true;
}
HCI層SPI接收處的計數：

if(byte_count > 0)
{
/* avoid to read more data than the size of the buffer /
if (byte_count > size)
{
byte_count = size;
}
for(len = 0; len < byte_count; len++)
{
rt_spi_transfer(ble_spi, &char_00, (uint8_t )&read_char, 1);
buffer[len] = read_char;
}
HCI_SPI_recv_count += len;
// ACL pack received count
if (HCISPIFlag)
{
if (buffer[0] == HCI_ACLDATA_PKT) {
HCI_SPI_ACL_recv_count += (len - 12);
}
}
}

測試

手機連接BLE模塊，發送間隔設定為1ms，數據包大小20字節，測試得到打印結果:

[00:26:45.218]收←◆Connected
[00:27:05.152]收←◆HCI_SPI_recv_count_timeout: 660
HCI SPI ACL recv count timeout: 0
HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: 0
[00:27:05.302]收←◆app count timeout: 0
[00:27:08.899]收←◆HCI count start
app count start
[00:27:35.134]收←◆HCI_SPI_recv_count_timeout: 302404
HCI SPI ACL recv count timeout: 188580
HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: 188580
[00:27:35.284]收←◆app count timeout: 189840
[00:28:05.116]收←◆HCI_SPI_recv_count_timeout: 720932
HCI SPI ACL recv count timeout: 450160
HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: 450160
[00:28:05.267]收←◆app count timeout: 451560
[00:28:35.096]收←◆HCI_SPI_recv_count_timeout: 1143556
HCI SPI ACL recv count timeout: 714300
HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: 714300
[00:28:35.246]收←◆app count timeout: 715480
[00:29:05.081]收←◆HCI_SPI_recv_count_timeout: 1579780
HCI SPI ACL recv count timeout: 986940
HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: 986940
[00:29:05.231]收←◆app count timeout: 988100
[00:29:35.066]收←◆HCI_SPI_recv_count_timeout: 1726692
HCI SPI ACL recv count timeout: 1078760
HCI_ACL_buf_recv_count_timeout: 1078760
[00:29:35.215]收←◆app count timeout: 1078760

手機APP端：

手機端發送 55276個包，共1105504字節，其中20字節的測試數據包 55275個，共1105500字節。

協議棧上層收到1078760字節數據，即53938個數據包； HCI層接收到的 ACL 數據包的數據字節數和 HCI 層寫入緩沖區的data字段里的數據字節數，與協議棧上層的一致(最終一致，中間定時器打印的count數不一致是因為緩沖區的數據還未被取出)。從芯片處通過SPI接收到的全部數據包為1726692字節，其中660字節為啟動階段傳輸。

ACL 數據包的包頭為12字節，發送的命令 ACL 包為16字節，測試ACL數據包為32字節。則實際接收到的測試ACL數據包為(1726692 - 660 - 16) / 32 = 53938個，與協議棧上層的一致。

對比發現，在芯片接收手機數據和上報的過程中發生了丟包。一般來說，芯片收到的數據如果一直沒有被HCI層接收，芯片端的緩沖區滿了之后，芯片會阻止發送端(手機)繼續發送數據。