蓝牙开发零门槛之六:使用 Nim 语言开发蓝牙应用

INGCHIPS为客户提供易用的 SDK,帮助客户便捷、高效地开发蓝牙产品。

SDK 2.0 引入了一种新的编程语言:Nim。Nim 是一种静态编译型系统编程语言,结合了 Python、Lisp 等语言的一些特性,高效(Efficient)、高能(Expressive)、 高颜值(Elegant)。

使用 Nim 开发的项目编译时先由 Nim 编译器将 nim 源代码转译成 C 代码, 然后通过 Gnu 工具链将这些转换出来的代码连同 SDK 提供 的 C 代码一起编译、链接得到可在 ING918xx 上运行的程序。整个流程如图所示:

本文将展示 Nim 相对各大友商基于 C 语言的 SDK 在一些方面具有“碾压”般的优势。

Nim 环境配置

参照官方说明可以很方便地安装 Nim 以及 Gnu 工具链。对于 Windows 10 系统,需要安装 Windows 版本,不要在 WSL 里安装 Linux 版本。

打开 ingWizard 的 Options 窗口,把 Gnu 工具链 和 Nim 两个页面上的信息补充完整。

推荐 Visual Studio Code 作为代码编辑器,它的 Nim 插件可以实现语法高亮、补全、查错等功能。

创建第一个 Nim 项目

打开 ingWizard 的项目向导,在 Develpment Tool 页面选择 Nim + Gnu Toolchain。与 C 项目一样,ingWizard 图形界面也可以为 Nim 项目创建蓝牙广播和 GATT Profile 数据。SDK 为 Nim 项目提供了一个名为 btdatabuilder 的模块,这个模块使用了 Nim 的元编程特性, 可以通过代码便捷地创建这些数据。为演示该模块的使用,我们选择使用代码创建蓝牙广播和GATT Profile 数据:


一直点击“Next”直至新项目创建完成。用 Visual Studio Code 或者其它编辑器打开新项目里的profile.nim 文件。 

创建广播数据

• 示例 1: 将设备命名为 “Hello, Nim”

• 示例 2:创建 iBeacon(微信摇一摇)

注:上述 Major/Minor 为0,仅供演示用。

上面的代码在编译时会被 Nim 内置的虚拟机执行,得出广播数据——一个数组——并存储在 advData 里。

友商对比

让我们看一下使用友商们的 SDK。

• N 厂

依靠代码在运行时生成:

1. 构造一个数组,写入 iBeacon 数据

2. 把广播的数据项填写到 ble_advdata_t

3. 调用 ble_advdata_encode 函数生成完整的广播数据(也即上面例子里的 advData)

这些流程跑下来,得到的广播数据是固定不变的。这样一次次地在芯片上执行相同的处理、得到相同的数据,既耗时间又耗存储空间。

• T 厂

 T 厂使用了“刀耕火种”技能。

创建Profile数据

上面的代码由 Nim 转译为 C 后,完整的 Profile 数据被存储在 profileData 里, 并用常量HANDLE_BATTERY_LEVEL 表示电池电量指示属性的句柄(handle), 用常量 HANDLE_BATTERY_LEVEL_OFFSET 表示电量数值在 profileData 里的字节偏移。

在代码里我们这里变量、常量都是可以“正常”使用。比如创建一个任务周期性地随机修改电量数值:

在 Nim 项目里至少有三种产生伪随机数的方法。

• 使用 C 标准库提供的伪随机数函数

• 使用 Nim 内置的伪随机数函数

• 临时写一个

显而易见,三种方法实现起来都很简单。

友商对比

同样对比一下友商们的 SDK 里如何创建 Profile。

• N 厂

同样是运行时生成,需要绕来绕去地调用 xxx_service_add、xxx_characteristics_add 等一系列函数。

• T 厂

ATT 句柄(handle)和 Profile 数据分开定义,依靠人力保证两者的一致性。

编译

ingWizard 自动为项目创建了 makefile,只需要在输入 make 命令即可完成所有编译步骤。

makefile 文件里只包含了项目的核心设置,内容简洁,便于修改。

为什么引入 Nim?

• 元编程

使用元编程可以在编译时生成广播、Profile 等数据,在运行时 0 开销。对于低功耗嵌入式系统, 可以缩短启动时间、降低功耗、减小空间占用。

• 强类型

相对 C 而言,Nim 是一种强类型的语言,可以辅助开发人员编写更安全的代码。

• 与 C 互通

SDK 中以 C 形式提供的 API 可以通过工具完整地导入 Nim 项目为其所用。

我们认为 Nim 在嵌入式领域有很大的应用前景。未来 SDK 仍将以 C/C++ 为核心语言,Nim 将作为与 C/C++ 平行的开发语言,可以使用 SDK 为 C/C++ 提供的所有模块、接口。

注:目前 Nim 暂不能用来开发 Mesh 应用。