内容介绍

任务介绍

本项目实现了Funpack第4-1期活动Qorvo板卡的任务一，使用了DWM3001CDK开发板实现了基于NFC控制的LED效果灯的设计，支持使用刷卡设备通过NFC协议控制LED实现不同灯效。

硬件平台

首先介绍本次用到的开发板：DWM3001CDK，它是射频方案商Qorvo推出的一块基于Nordic nRF52833微控制器的UWB开发板，它主要面向的是UWB定位应用的开发，但由于使用了nRF52833这一片低功耗蓝牙SoC，所以也同时支持蓝牙、NFC等常用功能。开发板分为底板和核心邮票板，底板引出了大量引脚，并集成了常用的外设，如按键、LED、串口、NFC、USB接口和调试器接口。在软件方面，Nordic官方和第三方平台已经适配好了Arduino、nRF5 SDK、NCS等多种开发框架，上手开发会很方便。本次我会使用这块开发板的NFC外设，做一个基于NFC控制的LED效果灯。

主控设备：Qorvo DWM3001CDK开发板

- 搭载Nordic nRF52833低功耗蓝牙SoC
- 集成NFC Type 2标签功能
- 板载4个可编程LED指示灯
- 支持多线程实时操作系统(Zephyr RTOS)

控制终端：

支持NFC-A协议的智能手机/读写器
ISO/IEC 14443 Type A标准兼容
数据传输速率：106kbps

任务分析与实现

本项目实现了通过NFC协议控制LED灯效的智能交互系统，主要功能包括：

五种灯效模式：
- 模式0：全灭状态（低功耗模式）
- 模式1：顺序流水（LED2→LED3→LED4）
- 模式2：逆序流水（LED4→LED3→LED2）
- 模式3：三灯同步快闪（200ms周期）
- 模式4：三灯同步慢闪（1000ms周期）
双控制通道：
- NFC无线控制：通过NDEF消息'A'-'D'选择模式1-4
- 物理按钮控制：板载按键循环切换0-4模式
持久化存储：
- Flash存储最后生效的NDEF消息
- 长按按钮恢复默认灯效配置

方案框图：

代码详解

整体软件流程图：

本次项目涉及到NFC数据解析、按键与LED控制几个关键部分，接下来结合相关代码来进行讲解：

一、多线程架构

K_THREAD_DEFINE(led_tid, LED_STACK_SIZE,  // LED控制线程（优先级-2）
                led_control_thread, NULL, NULL, NULL,
                LED_PRIORITY, 0, 0);

K_THREAD_DEFINE(button_tid, BUTTON_STACK_SIZE,  // 按钮检测线程（优先级-1）
                button_thread, NULL, NULL, NULL,
                BUTTON_PRIORITY, 0, 0);

主线程：处理NFC协议栈和闪存操作
独立线程1：LED灯光效果控制
独立线程2：按钮状态检测

二、NFC数据解析

功能点

快速提取NDEF消息Payload
HEX数据打印辅助调试
原子操作保证模式切换的线程安全

手机向nRF52833模拟的NFC设备写入数据，此时会触发 NFC_T4T_EVENT_NDEF_UPDATED 事件，我们在该事件中识别手机写入的数据，转化为本地控制指令。

1. 数据格式

我们先看一看上位机写入数据后，下位机得到的原始数据是怎样的。这里我们分四次向nRF52833写入了'A'、'B'

'C'、'D'四种字符。将它们打印出来：

printk("Raw Data (Hex): ");
for (int i = 0; i < data_length+2; i++) {
    printk("%02X ", data[i]);
}
printk("\n");

可以初步得到如下的数据

NLEN        | NDEF Record
00 08       | D1 01 06 54 02 7A 68 41
( 8 bytes)  | ▲  ▲  ▲   ▲  ▲  ▲     ▲ 
              │  │  │   │  │  │     └─ 数据只有'A'（0x41）
              │  │  │   │  │  └─ 语言码"zh"
              │  │  │   │  └─ 状态字节
              │  │  │   └─ 类型'T'
              │  │  └─ 标称载荷长度6字节
              │  └─ 类型长度1字节
              └─ NDEF Header

可知当写入单字符时，最后一个字符就是我们写入的Payload。nRF52的NFC库提供了完善的NDEF数据解析函数。但这里场景限定且单一，我们可以写一个最简单的解析方法：

int target_mode = -1;
/* 指令映射 */
switch (data[9]) {
    case 'A': target_mode = 1; break; // LED_SEQ_FORWARD
    case 'B': target_mode = 2; break; // LED_SEQ_BACKWARD
    case 'C': target_mode = 3; break; // LED_SYNC_FAST
    case 'D': target_mode = 4; break; // LED_SYNC_SLOW
    default:  target_mode = 0; break; // LED_OFF
}

/* 控制LED */
if (target_mode != -1) {
    atomic_set(&current_mode, target_mode);
    printk("NFC command '%c' -> Mode %d\n", data[9], target_mode);
}

三、LED控制线程

1. 设备树设定

DWM3001CDK开发板上有一排4个可控的LED。

我们选择其中一个作为NFC传输指示灯，另外三个作为效果灯。

使用宏定义和枚举在程序中定义：

#define LED_NUM 3
#define LED1 DK_LED2
#define LED2 DK_LED3
#define LED3 DK_LED4
#define MODE_COUNT 5  // 五种模式（含关闭）


/* 全局变量 */
static enum { 
    LED_OFF,          // 模式0：关闭
    LED_SEQ_FORWARD,  // 模式1：顺序流水
    LED_SEQ_BACKWARD, // 模式2：逆序流水
    LED_SYNC_FAST,    // 模式3：快速同步
    LED_SYNC_SLOW     // 模式4：慢速同步
} led_mode = LED_OFF;

2. 灯效控制线程

按照题目要求，我们共设计了四种灯光效果，包含关闭，就是共5种状态：

void led_control_thread(void *arg1, void *arg2, void *arg3)
{
    ARG_UNUSED(arg1);
    ARG_UNUSED(arg2);
    ARG_UNUSED(arg3);
    
    int last_mode = -1;
    bool led_state = false;
    int64_t last_toggle_time = 0;
    
    while (1) {
        int current = atomic_get(&current_mode);
        
        // 模式变化时重置状态
        if (current != last_mode) {
            dk_set_leds(0);
            last_toggle_time = 0;
            last_mode = current;
        }
        
        switch (current) {
        case LED_OFF:
            dk_set_leds(0);
            k_sleep(K_MSEC(100));  // 低功耗等待
            break;
            
        case LED_SEQ_FORWARD:
            dk_set_led(LED1, (current_led == 0));
            dk_set_led(LED2, (current_led == 1));
            dk_set_led(LED3, (current_led == 2));
            current_led = (current_led + 1) % 3;
            k_sleep(K_MSEC(200));
            break;
            
        case LED_SEQ_BACKWARD:
            dk_set_led(LED3, (current_led == 0));
            dk_set_led(LED2, (current_led == 1));
            dk_set_led(LED1, (current_led == 2));
            current_led = (current_led + 1) % 3;
            k_sleep(K_MSEC(200));
            break;
            
        case LED_SYNC_FAST:
            if (k_uptime_get() - last_toggle_time >= 200) {
                led_state = !led_state;
                dk_set_leds(led_state ? (BIT(LED1)|BIT(LED2)|BIT(LED3)) : 0);
                last_toggle_time = k_uptime_get();
            }
            k_sleep(K_MSEC(10));
            break;
            
        case LED_SYNC_SLOW:
            if (k_uptime_get() - last_toggle_time >= 1000) {
                led_state = !led_state;
                dk_set_leds(led_state ? (BIT(LED1)|BIT(LED2)|BIT(LED3)) : 0);
                last_toggle_time = k_uptime_get();
            }
            k_sleep(K_MSEC(10));
            break;
        }
    }
}

三、按键控制线程

1、状态流转

初始状态：LED_OFF（全灭）
转换条件：每次按钮按下触发模式切换
状态特征：
- LED_SEQ_FORWARD：顺序流水（LED2→3→4）
- LED_SEQ_BACKWARD：逆序流水（LED4→3→2）
- LED_SYNC_FAST：三灯同步快闪（200ms）
- LED_SYNC_SLOW：三灯同步慢闪（1000ms）
循环机制：模式4后回到模式0（LED_OFF）

2、按键扫描与控制

nRF52的SDK为我们实现好了按键读取的函数 dk_read_buttons，可以直接使用，为了不影响主线程代码，我们可以单独起一个按键线程，读取按键并控制LED。

void button_thread(void *arg1, void *arg2, void *arg3) 
{
    ARG_UNUSED(arg1);
    ARG_UNUSED(arg2);
    ARG_UNUSED(arg3);
    
    uint32_t last_btn_state = 0;
    
    while (1) {
        uint32_t btn_state;
        dk_read_buttons(&btn_state, NULL);
        
        if ((btn_state & DK_BTN1_MSK) && 
           !(last_btn_state & DK_BTN1_MSK)) {
            int new_mode = (atomic_get(&current_mode) + 1) % MODE_COUNT;
            atomic_set(&current_mode, new_mode);
            printk("Mode changed to: %d\n", new_mode);
        }
        
        last_btn_state = btn_state;
        k_sleep(K_MSEC(50));
    }
}