来源 | HaaS技术社区
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BLE低功耗蓝牙。HaaS100的提供低功耗蓝牙host协议栈组件---ble_host。
ble_host组件支持BLE低功耗蓝牙的中心与外设角色，支持GATT连接与数据交互的同时也支持SMP安全机制以增强安全性，另外蓝牙标准profile诸如电池服务（BAS），设备信息服务（DIS），人机交互服务（HIDS）等等也都已集成，属于功能完备的蓝牙Host协议栈。
通过这个组件，用户可以方便的使用HaaS100的蓝牙能力。
2 BLE上手
2.1 BLE协议栈使用
要使用BLE协议栈，需要修改应用的package.yaml，以helloworld示例为例：
增加ble_host组件依赖
修改应用代码
以helloworld示例为例，修改helloworld.c，
蓝牙协议栈的初始化部分可以参考如下
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,
};
/* 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。
ble_cb.callback = example_BLE_event_callback;
ret = ble_stack_event_register(&ble_cb);
if(ret) {
return -1;
}注册的回调用于处理蓝牙协议栈的各类回调，参考代码如下
static int example_BLE_event_callback(ble_event_en event, void *event_data)
{
EXAMPLE_TRACE_INFO("%s, event = %x", __func__, event);
/* handle stack events */
switch (event) {
case EVENT_GAP_CONN_CHANGE:
example_BLE_event_conn_change(event, event_data);
break;
case EVENT_GAP_CONN_PARAM_UPDATE:
example_BLE_event_conn_param_update(event, event_data);
break;
case EVENT_SMP_PASSKEY_DISPLAY:
example_BLE_event_pairing_passkey_display(event, event_data);
break;
case EVENT_SMP_PAIRING_COMPLETE:
example_BLE_event_smp_complete(event, event_data);
break;
case EVENT_SMP_PAIRING_CONFIRM:
example_BLE_event_smp_pairing_confirm(event, event_data);
break;
case EVENT_SMP_CANCEL:
example_BLE_event_smp_cancel(event, event_data);
break;
case EVENT_GAP_CONN_SECURITY_CHANGE:
example_BLE_event_conn_security_change(event, event_data);
break;
case EVENT_GATT_MTU_EXCHANGE:
example_BLE_event_mtu_exchange(event, event_data);
break;
case EVENT_GAP_ADV_TIMEOUT:
example_BLE_event_adv_timeout(event, event_data);
break;
case EVENT_GATT_CHAR_READ:
example_BLE_event_char_read(event, event_data);
break;
case EVENT_GATT_CHAR_WRITE:
example_BLE_event_char_write(event, event_data);
break;
case EVENT_GATT_CHAR_CCC_CHANGE:
example_BLE_event_char_ccc_change(event, event_data);
break;
default:
break;
}
return 0;
}2.2 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);
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(¶m);
if (ret) {
EXAMPLE_TRACE_ERROR("adv start fail %d!", ret);
} else {
EXAMPLE_TRACE_INFO("adv start!");
}2.3 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
#define UUID_VENDOR_SERVICE UUID16_DECLARE(0xFFE0)
#define UUID_VENDOR_CHAR_READ UUID16_DECLARE(0xFFF1)
#define UUID_VENDOR_CHAR_WRITE UUID16_DECLARE(0xFFF2)
#define UUID_VENDOR_CHAR_NOTIFY UUID16_DECLARE(0xFFF3)
enum {
EXAMPLE_IDX_SVC,
EXAMPLE_IDX_CHAR1,
EXAMPLE_IDX_CHAR1_VAL,
EXAMPLE_IDX_CHAR2,
EXAMPLE_IDX_CHAR2_VAL,
EXAMPLE_IDX_CHAR3,
EXAMPLE_IDX_CHAR3_VAL,
EXAMPLE_IDX_CHAR3_CCC,
EXAMPLE_IDX_MAX,
};
gatt_service g_example_BLE_gatt_service;
static gatt_attr_t g_example_BLE_gatt_attrs[] = {
[EXAMPLE_IDX_SVC] = GATT_PRIMARY_SERVICE_DEFINE(UUID_VENDOR_SERVICE),
[EXAMPLE_IDX_CHAR1] = GATT_CHAR_DEFINE(UUID_VENDOR_CHAR_READ, GATT_CHRC_PROP_READ),
[EXAMPLE_IDX_CHAR1_VAL] = GATT_CHAR_VAL_DEFINE(UUID_VENDOR_CHAR_READ, GATT_PERM_READ),
[EXAMPLE_IDX_CHAR2] = GATT_CHAR_DEFINE(UUID_VENDOR_CHAR_WRITE, GATT_CHRC_PROP_WRITE | GATT_CHRC_PROP_WRITE_WITHOUT_RESP),
[EXAMPLE_IDX_CHAR2_VAL] = GATT_CHAR_VAL_DEFINE(UUID_VENDOR_CHAR_WRITE, GATT_PERM_WRITE),
[EXAMPLE_IDX_CHAR3] = GATT_CHAR_DEFINE(UUID_VENDOR_CHAR_NOTIFY, GATT_CHRC_PROP_READ | GATT_CHRC_PROP_NOTIFY),
[EXAMPLE_IDX_CHAR3_VAL] = GATT_CHAR_VAL_DEFINE(UUID_VENDOR_CHAR_NOTIFY, GATT_PERM_READ),
[EXAMPLE_IDX_CHAR3_CCC] = GATT_CHAR_CCC_DEFINE(),
};
ret = ble_stack_gatt_registe_service(&g_example_BLE_gatt_service,
g_example_BLE_gatt_attrs,
BLE_ARRAY_NUM(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。
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