Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について -

QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフト
ウェアのご使用について
本書では、Wireless Gecko 用の Silicon Labs の Bluetooth ス
タック、SDK、および開発ツールについて解説し、独自のソフトウ
ェア開発を開始する方法についても簡単に説明しています。
要点
• Silicon Labs の Bluetooth スタックの
概要
• Bluetooth API の説明
• Bluetooth SDK の概要
• 開発ツールの説明
• ソフトウェア開発開始の手順
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Rev. 1.1
QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
Silicon Labs の Bluetooth スタック
第1章
Silicon Labs の Bluetooth スタック
Silicon Labs の Bluetooth スタックは、Bluetooth 低エネルギー規格を実装する高度な Bluetooth 4.2 準拠のプロトコル・スタック
です。Silicon Labs の Bluetooth スタックは、複数接続、コンカレント・セントラル、ペリフェラル、ブロードキャスター、および
オブザーバーの役割をサポートします。Silicon Labs の Bluetooth スタックは、Silicon Labs の Wireless Gecko SoC およびモジュ
ール用です。
Silicon Labs の Bluetooth スタックは、開発者が Bluetooth 機能にアクセスするための複数の API を提供します。2 つのモードが
サポートされています。
1. Bluetooth スタックはスタンドアロン・モードで使用でき、このモードは、Bluetooth スタックとアプリケーションの両方を
Wireless Gecko SoC またはモジュールで実行します。アプリケーションは、C プログラム言語または Silicon Labs 独自の
BGScript™ スクリプト言語のいずれかで開発できます。
2. Bluetooth スタックはネットワーク・コプロセッサ (NCP) モードで使用でき、このモードは、Bluetooth スタックを Wireless
Gecko で実行し、アプリケーションを別のホスト MCU で実行します。この使用事例の場合、Bluetooth スタックは NCP モードに
構成でき、UART などのシリアル・インターフェイスを介して API が公開されます。
Silicon Labs の Bluetooth スタックの機能は以下の通りです。
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Silicon Labs の Bluetooth スタック
表 1.1.
Bluetooth Stack Features
Feature
Value and comments
Bluetooth version
Bluetooth 4.2
Concurrent central, peripheral, broadcaster and observer modes
LE secure connections
Bluetooth features
LE packet extensions
LE dual topology
Simulations connections
Up to 8 with simultaneous master and slave connections
Maximum throughput
230 kbps
Encryption
AES-128
Just works
Pairing modes
Man-in-the-Middle with numeric comparison and passkey
Number of simultaneous bondings
Up to 32
Link Layer packet size
Up to 50B
ATT protocol packet size
Up to 58B
Supported Bluetooth profiles and
services
All GATT based profiles and services are supported
Apple HomeKit R7 compliant implementation
Apple HomeKit
Available separately for Apple MFI licensees
4-wire UART with RTS/CTS control
Host (NCP) interfaces
2-wire UART
GPIOs for sleep and wake-up management
Serial bootloader for firmware update over host interface and using the
built-in flash
Bootloaders
OTA bootloader for firmware updates over Bluetooth and using the built-in
flash
Link layer QDID: 81105
Bluetooth QDIDs
Host stack QDID: 82817
1.1
Bluetooth スタック API
このセクションでは、開発者が使用できるさまざまなソフトウェア API について簡単に説明します。
1.1.1
BGAPI Bluetooth API
BGAPI は、Silicon Labs の Bluetooth スタックによって提供される Bluetooth API です。BGAPI は、汎用アクセス・プロファイル
(GAP)、接続マネージャ、セキュリティ・マネージャ (SM)、および GATT クライアントとサーバーなど、Bluetooth スタックによって
実装されるすべての Bluetooth 機能へのアクセスを提供します。
Bluetooth API に加えて、BGAPI は、RF テスト用のダイレクト・テスト・モード (DTM) API、デバイス・フラッシュ・メモリの読み取
り/書き込みキー用の固定ストア (PS) API、フィールド・ファームウェア・アップデート用の DFU（デバイス・ファームウェア・アッ
プデート）API、およびさまざまなシステム・レベル機能のシステム API など、その他の機能へのアクセスも提供します。
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Silicon Labs の Bluetooth スタック
1.1.2
CMSIS および emlib
Cortex マイクロコントローラ・ソフトウェア・インターフェイス規格 (CMSIS) は、すべての ARM Cortex デバイスに共通のコーディ
ング規格です。Silicon Labs が提供している CMSIS ライブラリには、ヘッダー・ファイル、定義（ペリフェラル、レジスタ、および
ビットフィールド用）、およびすべてのデバイスのスタートアップ・ファイルが含まれます。さらに CMSIS には、すべての Cortex デ
バイスに共通の機能 (割り込み処理や固有機能など) が含まれています。ハード・コードされたアドレスとデータ値を使用してレジス
タに書き込むことができますが、コードの移植性と読みやすさを保証するために定義の使用が推奨されます。
Wireless Gecko のプログラミングを簡素化するために、Silicon Labs では emlib という完全な C 関数ライブラリを開発・管理して
います。これにより、すべてのペリフェラルやデバイスのコア機能への効率的、明確、そして堅固なアクセスと制御が可能になります。
このライブラリは、SDK の em_xxx.c（em_dac.c など）および em_xxx.h ファイル内にあります。
emlib ドキュメントは、Silicon Labs のウェブサイトから入手できます。
1.1.3
BGAPI シリアル・プロトコルおよび BGLIB ホスト API
ネットワーク・コプロセッサ・モードで構成された Bluetooth スタックは、BGAPI シリアル・プロトコルも実装します。これにより、
UART などのシリアル・インターフェイスを介して、EFM32 マイクロコントローラなどの別のホストから Bluetooth スタックを制御で
きます。
BGAPI シリアル・プロトコルは、ホストからの BGAPI コマンドを Bluetooth スタックに受け渡し、Bluetooth スタックからの応答お
よびイベントをホストに返すライトウェイトのバイナリ・プロトコルです。
Bluetooth SDK は、BGLIB という既製の BGAPI シリアル・プロトコル実装を提供します。これにより、シリアル・プロトコル・パーサ
や、Bluetooth スタックによって提供されるすべての API 用の C 言語関数とイベントが実装されます。BGLIB の上で開発されたホス
ト・コードは、Wireless Gecko のコードと同じになるように記述することができるため、Wireless Gecko から別のホスト（または別
のホストから Wireless Gecko）にアプリケーション・コードを簡単に移植できます。
図 1.1.
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BGAPI シリアル・プロトコル・メッセージ交換
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Silicon Labs の Bluetooth スタック
1.1.4
Bluetooth Profile Toolkit GATT ビルダ
Bluetooth Profile Toolkit は、 XML ベースのシンプルな API および記述言語です。これを使用することで、コードで書き込むこと
なく、GATT ベースのサービスおよび特性を簡単に記述できます。XML ファイルの書き込みは手動で簡単に行えます。または、本書の後
半で説明する Bluetooth Developer Studio で自動生成することもできます。
Profile Toolkit で開発された GATT データベースは、ファームウェアのコンパイル時にファームウェアの一部として組み込まれ、GATT
は、Bluetooth スタック GATT API を使用するか、またはリモート Bluetooth デバイスを使用してアクセスできます。
図 1.2.
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汎用アクセス・サービスの例
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Silicon Labs の Bluetooth スタック
1.1.5
BGScript™ スクリプト言語と API
BGScript は使いやすい BASIC スタイルのスクリプト言語です。これを使用して、シンプルな Bluetooth アプリケーションを
Wireless Gecko に簡単にプログラミングできます。BGScript は、高レベルのプログラミング言語です。メモリ管理、ポインタ、レジ
スタ、およびペリフェラル・インターフェイスの複雑さを取り除き、シンプルな Bluetooth アプリケーションをすばやく簡単に作成す
るための使いやすい無償のソフトウェア開発環境を提供します。
BGScript は、イベント駆動型プログラミング言語です。コードの実行は、システムの起動、Bluetooth の接続、I/O の割り込みなどの
イベント発生時に開始され、アプリケーション・コードがイベント・リスナに書き込まれます。スクリプト・コードは、Bluetooth ス
タックの一部として含まれる BGScript インタープリタによって実行時に解釈されます。
BGScript は、ビーコン、近接タグ、シンプル・センサーなどのシンプルな Bluetooth アプリケーションに使用できます。CMSIS およ
び emlib と比較して、BGScript は限定されたペリフェラル・インターフェイス提供します。データ処理、複数のペリフェラル・イン
ターフェイス、複雑なユーザ・インターフェイスなどを必要とする複雑なアプリケーションの場合は、C プログラミングが推奨されま
す。
図 1.3.
BGScript アーキテクチャ
図 1.4.
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BGScript コード例
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Bluetooth ソフトウェア開発キット (SDK)
第2章
Bluetooth ソフトウェア開発キット (SDK)
Bluetooth SDK は、
C プログラミング言語または BGScript スクリプト言語のいずれかを使用して Bluetooth スタック上でアプリケー
ションを開発することができる完全なソフトウェア開発キットです。SDK は、スタンドアロン・アプリケーション（Bluetooth スタッ
クとアプリケーションの両方を Wireless Gecko で実行します）の作成、またはネットワーク・コプロセッサ (NCP) アーキテクチャ
（アプリケーションを外部ホストで実行し、Bluetooth スタックを Wireless Gecko で実行します）の作成もサポートします。
2.1
SDK の内容
このセクションでは、SDK のフォルダ構造と内容について説明します。
2.1.1
ライブラリ
以下のライブラリが Bluetooth SDK と共に提供されます。これらのライブラリは、C アプリケーション・プロジェクトに含める必要が
あります。
Library
Explanation
Mandatory
binbootloader.o
Over-the-Air boot loader library
Yes
binstack.o
Bluetooth stack library
Yes
stack.a
Bluetooth stack symbols
Yes
bgapi.a
BGAPI serial protocol library
Optional. Needed only if BGAPI serial
protocol is used and option for other
applications.
2.1.2
含めるファイル
以下のファイルが Bluetooth SDK と共に提供されます。これらのファイルは、C アプリケーション・プロジェクトに含める必要があり
ます。
Library
Explanation
When needed
native_gecko.h
Bluetooth stack API for standalone
applications
Must be included in standalone C applications where
both Bluetooth stack and application run in a
Wireless Gecko.
gecko_configuration.h Bluetooth stack configuration
Must be included in standalone C applications where
both Bluetooth stack and application run in a
Wireless Gecko.
aat.h
Application metadata file
Must be included in standalone C applications where
both Bluetooth stack and application run in a
Wireless Gecko.
bg_errorcodes.h
Error codes produced by the Bluetooth
stack
Included automatically.
bg_gattdb_def.h
Bluetooth GATT database structure
definition
Included automatically.
bg_types.h
Simple data type definitions and
structures
Included automatically.
gecko_bglib.h
An adaptation layer between host
application and BGAPI serial protocol
Must be included in C applications developed for
external hosts.
host_gecko.h
Bluetooth API for host (NCP) applications
Must be included in C applications developed for
external hosts.
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Bluetooth ソフトウェア開発キット (SDK)
2.1.3
プラットフォーム・コンポーネント
以下のコンポーネントが Bluetooth SDK と共に提供されます。これらのコンポーネントは、C アプリケーション・プロジェクトに含め
る必要があります。
Folder
Explanation
Silicon Laboratories CMSIS-CORE device headers.
CMSIS
Documentation
EFR32BG and EFR32MG device files.
Device
Documentation
A set of function-specific high performance drivers for EFR32 on-chip peripherals. Drivers are
typically DMA based and are using all available low-energy features. For most drivers, the API
offers both synchronous and asynchronous functions.
emdrv
Documentation
A low-level peripheral support library that provides a unified API for all EFM32, EZR32 and
EFR32 MCUs and SoCs from Silicon Laboratories.
emlib
Documentation
middleware
2.1.4
Display driver for WSTK development kits.
例とデモ・アプリケーション
Folder
Explanation
BGScript-based example application source code and projects.
Empty: Minimalistic BGScript based application, just enabling advertisements and connections
iBeacon: Apple iBeacon reference implementation
examples_bgscript
Smart phone: Demo application for WSTK implementing Health Thermometer and Find Me profiles and
beaconing
Thermometer: Health Thermometer profile reference implementation
BGAPI: BGAPI serial protocol over UART interface
WSTK_BGAPI: BGAPI serial protocol over UART interface for WSTK development kits
examples_btds
A placeholder folder for Bluetooth Developer Studio-generated C projects. When the projects are
generated to this folder they compile without any modifications to the project files.
Host code examples demonstrating NCP usage and other use cases.
Empty: Minimalistic host code demonstrating advertisements and connections over NCP.
examples_ncp_host
ota_dfu: An application using WSTK in NCP mode to discover and perform an OTA update to a remote
device.
uart_dfu: An application demonstrating how to make firmware update over UART interface.
2.1.5
Bluetooth Developer Studio プラグイン
Silicon Labs の Bluetooth Developer Studio プラグインは、SDK の btds_plugins フォルダで提供されます。これを使用するには、
Plugins という名前の Bluetooth 開発者スタジオのインストール・サブフォルダにコピーします。（通常は、C:\Program Files
(x86)\Bluetooth SIG\Bluetooth Developer Studio\Plugins です）。
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開発ツール
第3章
3.1
開発ツール
Simplicity Studio
Simplicity Studio は、Silicon Labs が無償で提供する統合開発環境（IDE）で、開発者が Bluetooth アプリケーションの開発、デバ
ッグ、および分析に使用できる多くの付加価値ツールを提供します。
図 3.1.
Simplicity Studio v4
Simplicity Studio は、http://www.silabs.com/simplicity-studio からダウンロードしてインストールできます。
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QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
開発ツール
3.1.1
IDE とデバッガ
Simplicity Studio には、Wireless Gecko 用 C アプリケーションの開発およびデバッグに使用できる Eclipse ベースの IDE が含ま
れています。
図 3.2.
3.1.2
Simplicity Studio IDE とデバッガ
Energy Profiler
Energy Profiler は、Simplicity Studio に含まれる付加価値ツールの 1 つです。Energy Profiler を使用すると、開発者は、アプリ
ケーションの電流およびエネルギー消費量をすばやく簡単に確認できます。
Energy Profiler はオシロスコープに似た高度なグラフ表示機能を備えています。開発者はグラフの X 軸（時間）と Y 軸（電力）を
拡大して、エネルギー消費の詳細をより正確に分析できます。さらに、プロファイラはエネルギー・グラフ、機能アナライザ、アプリ
ケーション・コードと直接的に相関しています。このような 3 方向の相関性を活用して、開発者は、設計を最適化して超低消費電力を
実現することができます。
図 3.3.
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Energy Profiler
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QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
開発ツール
3.1.3
パケット・トレース
Silicon Labs のネットワーク・パケットは、無償のパケット・キャプチャおよびデバッグ・ツールです。これを使用して、Wireless
Gecko とその他の Bluetooth デバイス間の Bluetooth 接続をデバッグすることができます。ネットワーク・トラフィック、アクティ
ビティ、および継続時間をグラフィカルに表示することで、ネットワークとアプリケーションの開発プロセスを大幅に高速化できます。
パケット・トレース・アプリケーションは、Wireless Gecko SoC およびモジュールで使用できるパケット・トレース・インターフェイ
ス (PTI) からパケットを直接キャプチャします。このため、無線ベースのキャプチャに比べて、高い精度でパケットをキャプチャでき
ます。
図 3.4.
3.1.4
パケット・トレースでの Bluetooth トラフィック・キャプチャ
Simplicity Commander
Simplicity Commander は、ファームウェア・イメージのフラッシュ、フラッシュの消去、デバッグ・アクセスのロックとロック解除、
および J-Link インターフェイスを介したフラッシュ・ページの書き込み保護を行うために使用できるシンプルなフラッシング・ツー
ルです。GUI とコマンド・ライン・インターフェイス (CLI) の両方が使用可能です。
図 3.5.
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Simplicity Commander
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QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
開発ツール
3.1.5
BGTool アプリケーション
BGTool アプリケーションは、Bluetooth SoC およびモジュールのテストと評価に使用できます。また、BGAPI シリアル・プロトコル
(NCP) を使用する Bluetooth ハードウェアをシリアル/UART インターフェイス経由で制御するためにも使用できます。
図 3.6.
3.2
BGTool アプリケーション
IAR Embedded Workbench
IAR の Embedded Workbench は、Bluetooth アプリケーションの開発およびデバッグを行うための IDE として使用することもできま
す。7.60 以上のバージョンの IAR を使用することが推奨されます。
図 3.7.
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IAR Embedded Workbench
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開発ツール
3.3
Bluetooth Developer Studio
Bluetooth Developer Studio は、Bluetooth SIG から提供されている強力なアプリケーション開発およびデバッグ・ツールです。アプ
リケーションのニーズに基づいて Bluetooth サービスと特性を追加および変更するためのシンプルなインターフェイスを提供します。
Silicon Labs では、Bluetooth Developer Studio 用のプラグインを提供しています。このプラグインは、選択した構成のサービスお
よび特性ハンドラを実装する SDK、および C または BGScript のいずれかのアプリケーション・コードによって使用される GATT デー
タベースを XML 形式で自動生成します。
Bluetooth Developer Studio を使用すると、Bluetooth アプリケーションの開発時間を大幅に短縮して、簡素化することができます。
図 3.8.
Bluetooth Developer Studio
Bluetooth Developer Studio の使用につきましては、以下のリンクにアクセスしてください。
https://www.bluetooth.com/~/media/developer-studio/index
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Bluetooth 開発の開始
第4章
4.1
Bluetooth 開発の開始
Simplicity Studio を使用した Bluetooth SDK のダウンロードおよびインストール
1. v4 以降のバージョンの Simplicity Studio をこちらからインストールしてください。
2. USB を介して WSTK 開発キットを PC に接続します。
3. Simplicity Studio に WSTK キットを認識させて、必要なドライバとソフトウェアをダウンロードします。
図 4.1.
Simplicity Studio のインストール
Bluetooth SDK は通常、Windows の以下のフォルダにインストールされます。
C:\SiliconLabs\SimplicityStudio\v4\developer\stacks\ble
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QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
Bluetooth 開発の開始
4.2
Simplicity Studio を使用した Bluetooth アプリケーションの開発
内蔵デモを実行し、接続された WSTK にデモをフラッシュするには、一番左の列からデモを 1 つ選択し、デモを選択した後に表示され
るダイアログで [Start（開始）]をクリックします。
デモのエネルギー・プロファイリングを行う場合は、Mode（モード）で Run under Energy Profiler（Energy Profiler で実行）を選
択します。
図 4.2.
デモのインストール
Simplicity Studio でソース・コード例を開いて編集するには、中央の列でソフトウェア例の 1 つを選択して、Simplicity Studio IDE
でロードします。
1. ソフトウェア例を開きます。
2. プロジェクトの ISC ファイルで [Generate（生成）]をクリックして、接続されたキットまたは部品のハードウェア構成ファイル
を生成します。
3. プロジェクトをビルドするには、Project（プロジェクト）→ Build project（プロジェクトのビルド）の順に選択します。
4. プロジェクトをデバッグするには、Run（実行）→ Debug（デバッグ）の順に選択します。
図 4.3.
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Simplicity Studio でのプロジェクトのデバッグ
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14
QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
Bluetooth 開発の開始
Bluetooth C アプリケーション開発の詳細については、
「UG136：Silicon Labs Bluetooth C アプリケーション開発者ガイド」ドキュメ
ントを参照してください。
Bluetooth Developer Studio で Simplicity Studio プロジェクト、GATT データベース、およびソース・コードを自動生成する方法に
ついては、「QSG126：Bluetooth Developer Studio クイック・スタート・ガイド」ドキュメントを参照してください。
4.3
IAR Embedded Workbench を使用した Bluetooth アプリケーションの開発
1.「4.1 Simplicity Studio を使用した Bluetooth SDK のダウンロードおよびインストール」セクションの手順に従って、Bluetooth
SDK をダウンロードしてインストールします。
2. IAR Embedded Workbench（7.60 以降が推奨されます）をダウンロードしてインストールします。
図 4.4.
IAR Embedded Workbench
IAR を使用した Bluetooth アプリケーション開発の詳細については、「AN975：IAR を使用した Bluetooth アプリケーション開発」ド
キュメントを参照してください。
汎用 Bluetooth C アプリケーションの開発については、「UG136：Silicon Labs Bluetooth C アプリケーション開発者ガイド」ドキュ
メントを参照してください。
Bluetooth Developer Studio を使用して IAR プロジェクト、GATT データベース、およびソース・コードを自動生成する方法について
は、「QSG126：Bluetooth Developer Studio クイック・スタート・ガイド」ドキュメントを参照してください。
4.4
NCP 開発の開始
1.「4.1 Simplicity Studio を使用した Bluetooth SDK のダウンロードおよびインストール」セクションの手順に従って、Bluetooth
SDK をダウンロードしてインストールします。
2. デモ・ファームウェアの NCP—Empty Target（NCP—空のターゲット）を Wireless Gecko にダウンロードします。このデモは、WSTK
上の USB シリアル・ポートを介して BGAPI シリアル・プロトコルを有効にします。
3. Simplicity Studio の Tools（ツール）メニューで、BGTool を選択して USB を介して Wireless Gecko と通信します。
NCP ファームウェア構成およびホスト・アプリケーション開発の詳細については、Bluetooth NCP 開発者のアプリケーション・ノート
を参照してください。
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QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
Bluetooth 開発の開始
4.5
BGScript 開発の開始
1.「4.1 Simplicity Studio を使用した Bluetooth SDK のダウンロードおよびインストール」セクションの手順に従って、Bluetooth
SDK をダウンロードしてインストールします。
2. SDK のフォルダ examples_bgscript に移動して、いずれかのサンプル・プロジェクト（サーモメータなど）を開きます。
3. 詳細、実例、および BGScript プロジェクトのコンパイルとハードウェアへのフラッシュ方法については、「UG173：Blue Gecko
BGScript™ 開発者ガイド」を参照してください。
Bluetooth Developer Studio を使用して IAR プロジェクト、GATT データベース、およびソース・コードを自動生成する方法について
は、「QSG126：Bluetooth Developer Studio クイック・スタート・ガイド」ドキュメントを参照してください。
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QSG108：Silicon Labs の Bluetooth® ソフトウェアのご使用について
資料
第5章
資料
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Smart.
Connected.
Energy-Friendly.
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parameters provided can and do vary in different applications. Application examples described herein are for illustrative purposes only. Silicon Labs reserves the right to make changes
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