HaaS100低功耗藍牙體驗

1、概述

1.1、低功耗藍牙簡介

1.1.1、術語

BLE：         Bluetooth Low Energy，低功耗藍牙。

L2CAP：     邏輯鏈路控制與適配協議，藍牙傳輸層協議。

ATT：         屬性傳輸協議，BLE專屬傳輸協議。

GATT：       基礎屬性規範，BLE專屬規範，用戶可以基於GATT定義服務。

BAS：         電池服務，藍牙官方組織定義的用於電池的服務，基於GATT。

HIDS：        HID服務，藍牙官方組織定義的用於人機交互的服務（鼠標鍵盤等），基於GATT。

 

1.1.2、協議介紹

BLE低功耗藍牙是藍牙4.0版本增加的一個藍牙協議，其定義了自己的物理層，傳輸層與應用層，可以獨立於經典藍牙存在，由於其低功耗低成本的特點，目前使用廣泛。如下是BLE藍牙協議的架構：

BLE協議的物理層包括Link Layer和Radio2部分，Radio定義了物理信道，調製模式，傳輸速率等，標準的BLE傳輸速率是1Mbit/S，藍牙5.0增加了2Mbit/S高速率模式和500Kbit/s和125Kbit/S的長距離傳輸模式；Link Layer層定義了低功耗藍牙設備見如何發現，連接，以及連接參數的協商。

BLE協議的傳輸層包括L2CAP和ATT2部分，BLE的L2CAP直接借用了經典藍牙的定義並使用固定CID的方式簡化使用難度，ATT則是BLE低功耗藍牙的傳輸層，定義了應用數據如何交互的

BLE的應用層協議爲GATT，GATT定義了服務與屬性的概念，並利用ATT協議映射服務的發現與屬性的讀寫。而基於GATT，藍牙官方組織定義了諸如BAS（電池服務），HIDS（無線鍵鼠服務）。遵守這些服務使得基於藍牙的應用間互聯互通很容易。

BLE協議還有一個SMP安全部分，其定義了BLE設備間的密鑰協商與數據加密。

 

1.2、BLE手機應用

雖然藍牙官方組織定義了大量的GATT服務，但除了少量服務如HIDS使用範圍較廣外，其他服務並不是很常用。而BLE最常見的應用是設備與手機之間的通信，通過自定義服務與屬性，可以在手機應用與設備之間交互數據。

 

1.3、HaaS的藍牙協議棧

HaaS100主芯片是一塊高性能SoC，其內置了藍牙4.2雙模芯片，支持經典藍牙和BLE低功耗藍牙。HaaS100的軟件SDK也提供了一個雙模藍牙協議棧，可以操作BLE和經典藍牙。協議棧位於如下路徑：

components/wireless/bluetooth/bt_stack

 

雙模藍牙協議棧比較複雜，佔用資源較多，如果用戶僅想使用BLE低功耗藍牙，可以在配置項中關閉經典藍牙部分功能，但雙模協議棧的資源佔用很難降下來。

對於這種情況，可以使用我們另一個BLE低功耗藍牙協議棧組件，協議棧位於如下路徑：

components/wireless/bluetooth/ble_host

 

2、BLE上手

2.1、BLE Demo

爲了方便用戶使用，我們在HaaS的工程中增加了一個BLE的demo，代碼路徑如下

application/example/BLE_demo

 

BLE Demo使用BLE低功耗藍牙組件，降低資源佔用，實現了BLE廣播和BLE的GATT數據交互服務。

用戶可以執行如下指令生成固件

aos make BLE_demo@haas100 -c config

aos make

 

下一章節，我們介紹一下BLE Demo中BLE協議棧的各個功能。

2.2、BLE協議棧使用

要使用BLE協議棧，需要修改應用的aos.mk如下2點：

1: COMPONENTS增加如下組件ble_host_comp

2: GLOBAL_DEFINES增加如下定義CONFIG_BT

 

之後，可以在應用中做藍牙協議棧的初始化

    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;
    }

初始化成功後，可以註冊一個協議棧的回調，用於接收藍牙協議棧的事件。

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

2.2.1、BLE廣播

BLE廣播是一個常用功能，設備進行廣播後可被手機搜尋並連接。要啓用BLE廣播，可以在藍牙初始化後調用該協議棧的廣播接口，BLE Demo中的參考代碼如下。

    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的交互基於GATT服務，我們在BLE Demo中定義如下GATT服務，用於數據交互

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

參考代碼如下

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);

當設備連接後，可以在GATT服務列表中找到這個自有服務，並可以訪問這個服務中的屬性項。

 

3、實測

3.1、軟件準備

爲方便測試，我們可以在手機端下載BLE調試工具，比較常見的如NRF Connect。

 

3.2、測試流程

3.2.1、服務連接

固件燒錄到HaaS100的開發板後重啓，可看到HaaS開發板出現如下打印

[INFO]adv start!

 

此時打開NRF Connect，點擊掃描，可以找到HaaS BLE設備，如下

然後點擊HaaS BLE設備的連接鍵，可以看到設備的GATT服務列表，其中ffe0的服務就是自定義服務，如下圖

點擊此服務展開，可以看到fff1,fff2以及fff3這3個屬性項。

3.2.2、屬性項讀取

fff1爲我們定義的讀取屬性，代碼中設置此屬性值爲

uint8_t example_gatt_read_char[16] = "HaaS Read";

點擊讀取箭頭，即可獲取到這個屬性項的屬性值，如下圖所示，爲屬性值的ASCII碼

3.2.3、屬性項寫入

fff2爲我們定義的寫入屬性，點擊寫入箭頭，即可填寫需要寫入的值，如下圖所示

點擊發送後，可以看到HaaS開發板的打印輸出有對應的接收。

4、總結

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