HaaS100低功耗藍芽體驗

語言: CN / TW / HK

1、概述

1.1、低功耗藍芽簡介

1.1.1、術語

BLE:         Bluetooth Low Energy,低功耗藍芽。

L2CAP:     邏輯鏈路控制與適配協議,藍芽傳輸層協議。

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,使用者可以基於GATT定義服務。

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

HIDS:        HID服務,藍芽官方組織定義的用於人機互動的服務(滑鼠鍵盤等),基於GATT。

 

1.1.2、協議介紹

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

image.png

BLE協議的物理層包括Link Layer和Radio2部分,Radio定義了物理通道,調製模式,傳輸速率等,標準的BLE傳輸速率是1Mbit/S,藍芽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層定義了低功耗藍芽裝置見如何發現,連線,以及連線引數的協商。

BLE協議的傳輸層包括L2CAP和ATT2部分,BLE的L2CAP直接借用了經典藍芽的定義並使用固定CID的方式簡化使用難度,ATT則是BLE低功耗藍芽的傳輸層,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,並利用ATT協議對映服務的發現與屬性的讀寫。而基於GATT,藍芽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芽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裝置間的金鑰協商與資料加密。

 

1.2、BLE手機應用

雖然藍芽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最常見的應用是裝置與手機之間的通訊,通過自定義服務與屬性,可以在手機應用與裝置之間互動資料。

 

1.3、HaaS的藍芽協議棧

HaaS100主晶片是一塊高效能SoC,其內建了藍芽4.2雙模晶片,支援經典藍芽和BLE低功耗藍芽。HaaS100的軟體SDK也提供了一個雙模藍芽協議棧,可以操作BLE和經典藍芽。協議棧位於如下路徑:

components/wireless/bluetooth/bt_stack

 

雙模藍芽協議棧比較複雜,佔用資源較多,如果使用者僅想使用BLE低功耗藍芽,可以在配置項中關閉經典藍芽部分功能,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低功耗藍芽協議棧元件,協議棧位於如下路徑:

components/wireless/bluetooth/ble_host

 

2、BLE上手

2.1、BLE Demo

為了方便使用者使用,我們在HaaS的工程中增加了一個BLE的demo,程式碼路徑如下

application/example/BLE_demo

 

BLE Demo使用BLE低功耗藍芽元件,降低資源佔用,實現了BLE廣播和BLE的GATT資料互動服務。

使用者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增加如下元件ble_host_comp

image.png

2: GLOBAL_DEFINES增加如下定義CONFIG_BT

image.png

 

之後,可以在應用中做藍芽協議棧的初始化

    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撥,用於接收藍芽協議棧的事件。

    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,裝置進行廣播後可被手機搜尋並連線。要啟用BLE廣播,可以在藍芽初始化後呼叫該協議棧的廣播介面,BLE Demo中的參考程式碼如下。

    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的互動基於GATT服務,我們在BLE Demo中定義如下GATT服務,用於資料互動

Service UUID

FFE0

Char Read

FFF1

Char Write

FFF2

Char Notify

FFF3

參考程式碼如下

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);

當裝置連線後,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、軟體準備

為方便測試,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、測試流程

3.2.1、服務連線

韌體燒錄到HaaS100的開發板後重啟,可看到HaaS開發板出現如下列印

[INFO]adv start!

 

此時開啟NRF Connect,點選掃描,可以找到HaaS BLE裝置,如下

image.png

然後點選HaaS BLE裝置的連線鍵,可以看到裝置的GATT服務列表,其中ffe0的服務就是自定義服務,如下圖

image.png

點選此服務展開,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,程式碼中設定此屬性值為

uint8_t example_gatt_read_char[16] = "HaaS Read";

點選讀取箭頭,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

image.png

3.2.3、屬性項寫入

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

image.png

點擊發送後,可以看到HaaS開發板的列印輸出有對應的接收。

image.png

4、總結

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