HaaS100低功耗蓝牙体验
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。
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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 = %xrn", 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。
开发者技术支持
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