HaaS100低功耗蓝牙体验

2024-01-29 16:47:46

1、概述

1.1、低功耗蓝牙简介

1.1.1、术语

BLE： Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙。

L2CAP：逻辑链路控制与适配协议，蓝牙传输层协议。

ATT：属性传输协议，BLE专属传输协议。

GATT：基础属性规范，BLE专属规范，用户可以基于GATT定义服务。

BAS：电池服务，蓝牙官方组织定义的用于电池的服务，基于GATT。

HIDS： HID服务，蓝牙官方组织定义的用于人机交互的服务（鼠标键盘等），基于GATT。

1.1.2、协议介绍

BLE低功耗蓝牙是蓝牙4.0版本增加的一个蓝牙协议，其定义了自己的物理层，传输层与应用层，可以独立于经典蓝牙存在，由于其低功耗低成本的特点，目前使用广泛。如下是BLE蓝牙协议的架构：

BLE协议的物理层包括Link Layer和Radio2部分，Radio定义了物理信道，调制模式，传输速率等，标准的BLE传输速率是1Mbit/S，蓝牙5.0增加了2Mbit/S高速率模式和500Kbit/s和125Kbit/S的长距离传输模式；Link Layer层定义了低功耗蓝牙设备见如何发现，连接，以及连接参数的协商。

BLE协议的传输层包括L2CAP和ATT2部分，BLE的L2CAP直接借用了经典蓝牙的定义并使用固定CID的方式简化使用难度，ATT则是BLE低功耗蓝牙的传输层，定义了应用数据如何交互的

BLE的应用层协议为GATT，GATT定义了服务与属性的概念，并利用ATT协议映射服务的发现与属性的读写。而基于GATT，蓝牙官方组织定义了诸如BAS（电池服务），HIDS（无线键鼠服务）。遵守这些服务使得基于蓝牙的应用间互联互通很容易。

BLE协议还有一个SMP安全部分，其定义了BLE设备间的密钥协商与数据加密。

1.2、BLE手机应用

虽然蓝牙官方组织定义了大量的GATT服务，但除了少量服务如HIDS使用范围较广外，其他服务并不是很常用。而BLE最常见的应用是设备与手机之间的通信，通过自定义服务与属性，可以在手机应用与设备之间交互数据。

1.3、HaaS的蓝牙协议栈

HaaS100主芯片是一块高性能SoC，其内置了蓝牙4.2双模芯片，支持经典蓝牙和BLE低功耗蓝牙。HaaS100的软件SDK也提供了一个双模蓝牙协议栈，可以操作BLE和经典蓝牙。协议栈位于如下路径：

components/wireless/bluetooth/bt_stack

双模蓝牙协议栈比较复杂，占用资源较多，如果用户仅想使用BLE低功耗蓝牙，可以在配置项中关闭经典蓝牙部分功能，但双模协议栈的资源占用很难降下来。

对于这种情况，可以使用我们另一个BLE低功耗蓝牙协议栈组件，协议栈位于如下路径：

components/wireless/bluetooth/ble_host

2、BLE上手

2.1、BLE Demo

为了方便用户使用，我们在HaaS的工程中增加了一个BLE的demo，代码路径如下

application/example/BLE_demo

BLE Demo使用BLE低功耗蓝牙组件，降低资源占用，实现了BLE广播和BLE的GATT数据交互服务。

用户可以执行如下指令生成固件

aos make BLE_demo@haas100 -c config

aos make

下一章节，我们介绍一下BLE Demo中BLE协议栈的各个功能。

2.2、BLE协议栈使用

要使用BLE协议栈，需要修改应用的aos.mk如下2点：

1: COMPONENTS增加如下组件ble_host_comp

2: GLOBAL_DEFINES增加如下定义CONFIG_BT

之后，可以在应用中做蓝牙协议栈的初始化

    int ret;
    dev_addr_t addr = {DEV_ADDR_LE_RANDOM, DEVICE_ADDR};
    init_param_t init = {
        .dev_name = EXAMPLE_BLE_DEV_NAME,
        .dev_addr = &addr,   //&addr,
        .conn_num_max = 1,
    };

    aos_msleep(1*1000);
    /* we need first init hci driver */
    hci_h4_driver_init();

    /* bt stack init */
    ret = ble_stack_init(&init);
    if (ret) {
        EXAMPLE_TRACE_ERROR("ble_stack_init!, ret = %x\r\n", ret);
        return -1;
    }

初始化成功后，可以注册一个协议栈的回调，用于接收蓝牙协议栈的事件。

    ret = ble_stack_event_register(&ble_cb);
    if(ret) {
        return -1;
    }

2.2.1、BLE广播

BLE广播是一个常用功能，设备进行广播后可被手机搜寻并连接。要启用BLE广播，可以在蓝牙初始化后调用该协议栈的广播接口，BLE Demo中的参考代码如下。

    ad_data_t ad[2] = {0};
    ad[0].type = AD_DATA_TYPE_FLAGS;
    ad[0].data = (uint8_t *)&g_adv_flag;
    ad[0].len = 1;

    ad[1].type = AD_DATA_TYPE_UUID16_ALL;
    ad[1].data = (uint8_t *)g_uuid16_list;
    ad[1].len = sizeof(g_uuid16_list);

//    ad[2].type = AD_DATA_TYPE_NAME_COMPLETE;
//    ad[2].data = g_adv_name;
//    ad[2].len = sizeof(g_adv_name);

    adv_param_t param = {
        .type = ADV_IND,
        .ad = ad,
        .sd = NULL,
        .ad_num = BLE_ARRAY_NUM(ad),
        .sd_num = 0,
        .interval_min = ADV_FAST_INT_MIN_1,
        .interval_max = ADV_FAST_INT_MAX_1,
        .filter_policy = 0,
        .channel_map = 7,
        .direct_peer_addr = NULL,
    };

    int ret = ble_stack_adv_start(&param);
    if (ret) {
        EXAMPLE_TRACE_ERROR("adv start fail %d!", ret);
    } else {
        EXAMPLE_TRACE_INFO("adv start!");
    }

2.2.2、BLE交互

BLE的交互基于GATT服务，我们在BLE Demo中定义如下GATT服务，用于数据交互

Service UUID	FFE0
Char Read	FFF1
Char Write	FFF2
Char Notify	FFF3

参考代码如下

gatt_attr_t  g_example_BLE_gatt_attrs[] = {
    BT_GATT_PRIMARY_SERVICE(UUID_VENDOR_SERVICE),
    /* READ CHAR */
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(UUID_VENDOR_CHAR_READ, BT_GATT_CHRC_READ,
                            BT_GATT_PERM_READ, 
                            example_char_read_cb, NULL, 
                            &example_gatt_read_char),

    /* WRITE CHAR */
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(UUID_VENDOR_CHAR_WRITE, BT_GATT_CHRC_WRITE,
                            BT_GATT_PERM_WRITE,
                            NULL, example_char_write_cb，
                            &example_gatt_write_char),

    /* NOTIFY CHAR */
    BT_GATT_CHARACTERISTIC(UUID_VENDOR_CHAR_NOTIFY, BT_GATT_CHRC_READ|BT_GATT_CHRC_NOTIFY,
                            BT_GATT_PERM_READ,
                            example_char_notify_cb, NULL,
                            &example_gatt_notify_char),
    BT_GATT_CCC_MANAGED(&example_gatt_notify_ccc, BT_GATT_PERM_READ | BT_GATT_PERM_WRITE),
};

static struct bt_gatt_service g_example_BLE_gatt_service = BT_GATT_SERVICE(g_example_BLE_gatt_attrs);

当设备连接后，可以在GATT服务列表中找到这个自有服务，并可以访问这个服务中的属性项。

3、实测

3.1、软件准备

为方便测试，我们可以在手机端下载BLE调试工具，比较常见的如NRF Connect。

3.2、测试流程

3.2.1、服务连接

固件烧录到HaaS100的开发板后重启，可看到HaaS开发板出现如下打印

[INFO]adv start!

此时打开NRF Connect，点击扫描，可以找到HaaS BLE设备，如下

然后点击HaaS BLE设备的连接键，可以看到设备的GATT服务列表，其中ffe0的服务就是自定义服务，如下图

点击此服务展开，可以看到fff1,fff2以及fff3这3个属性项。

3.2.2、属性项读取

fff1为我们定义的读取属性，代码中设置此属性值为

uint8_t example_gatt_read_char[16] = "HaaS Read";

点击读取箭头，即可获取到这个属性项的属性值，如下图所示，为属性值的ASCII码

3.2.3、属性项写入

fff2为我们定义的写入属性，点击写入箭头，即可填写需要写入的值，如下图所示

点击发送后，可以看到HaaS开发板的打印输出有对应的接收。

4、总结

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