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： 基礎屬性規范，BLE專屬規范，用戶可以基于GATT定義服務，

BAS： 電池服務，藍牙官方組織定義的用于電池的服務，基于GATT，

HIDS： HID服務，藍牙官方組織定義的用于人機互動的服務（滑鼠鍵盤等），基于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，可以獨立于經典藍牙存在，由于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，調制模式，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，以及連接引數的協商，

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并使用固定CID的方式簡化使用難度，ATT則是BLE低功耗藍牙的傳輸層，定義了應用資料如何互動的

BLE的應用層協議為GATT，GATT定義了服務與屬性的概念，并利用ATT協議映射服務的發現與屬性的讀寫，而基于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于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資料加密，

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使用范圍較廣外，其他服務并不是很常用，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互動資料，

1.3、HaaS的藍牙協議堆疊

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的軟體SDK也提供了一個雙模藍牙協議堆疊，可以操作BLE和經典藍牙，協議堆疊位于如下路徑：

components/wireless/bluetooth/bt_stack

雙模藍牙協議堆疊比較復雜，占用資源較多，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，但雙模協議堆疊的資源占用很難降下來，

對于這種情況，可以使用我們另一個BLE低功耗藍牙協議堆疊組件，協議堆疊位于如下路徑：

components/wireless/bluetooth/ble_host

2、BLE上手

2.1、BLE Demo

為了方便用戶使用，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，降低資源占用，實作了BLE廣播和BLE的GATT資料互動服務，

用戶可以執行如下指令生成韌體

aos make BLE_demo@haas100 -c config

aos make

下一章節，我們介紹一下BLE Demo中BLE協議堆疊的各個功能，

2.2、BLE協議堆疊使用

要使用BLE協議堆疊，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

之后，可以在應用中做藍牙協議堆疊的初始化

    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，可以注冊一個協議堆疊的回呼，用于接收藍牙協議堆疊的事件，

    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，設備進行廣播后可被手機搜尋并連接，要啟用BLE廣播，可以在藍牙初始化后呼叫該協議堆疊的廣播介面，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互動

BLE的互動基于GATT服務，我們在BLE Demo中定義如下GATT服務，用于資料互動

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);

當設備連接后，可以在GATT服務串列中找到這個自有服務，并可以訪問這個服務中的屬性項，

3、實測

3.1、軟體準備

為方便測驗，我們可以在手機端下載BLE除錯工具，比較常見的如NRF Connect，

3.2、測驗流程

3.2.1、服務連接

韌體燒錄到HaaS100的開發板后重啟，可看到HaaS開發板出現如下列印

[INFO]adv start!

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

然后點擊HaaS BLE設備的連接鍵，可以看到設備的GATT服務串列，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為我們定義的讀取屬性，代碼中設定此屬性值為

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，為屬性值的ASCII碼

3.2.3、屬性項寫入

fff2為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

點擊發送后，可以看到HaaS開發板的列印輸出有對應的接收，

4、總結

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