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- 17. BLE¶
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-17.1. 概述¶
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- BLE支持的特性：
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- 蓝牙HOST特性
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GAP支持的角色：Peripheral与Central，Observer与Broadcaster
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GATT支持的角色：Server与Client
-支持配对包括蓝牙4.2中的安全连接特性
-支持永久存储蓝牙特定的设置和数据
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- 蓝牙mesh特性
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支持Relay, Friend Node, Low-Power Node (LPN) and GATT Proxy角色
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支持两种Provisioning bearers(PB-ADV & PB-GATT)
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- BLE协议栈的架构：
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- 总共有3个主要层，共同构成了一个完整的蓝牙低能耗协议栈
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Host：这一层位于应用程序之下,由多个(非实时)网络和传输协议组成，使应用程序能够以标准和互操作的方式与对等设备通信。
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Controller：控制器实现了链路层(LE LL)，这是一种低层次的实时协议，它与无线电硬件一起提供了空中通信的标准互操作。LL处理包的接收和传输，保证数据的传递，并处理所有LL控制程序。
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Radio Hardware：实现所需的模拟和数字基带功能块，允许链路层固件在频谱的2.4GHz波段发送和接收。
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- 主控Host：
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- 蓝牙Host层实现了所有高级协议和配置文件，最重要的是它为应用程序提供了高级API
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HCI:Host与controller接口
-L2CAP:逻辑链路控制和适应协议
-GATT:通用属性配置层（Generic Attribute Profile）
-GAP:通用访问配置层（Generic Access Profile）
-SMP:安全管理器配置层（Security Manager Specification）
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- 应用Application
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- 应用层是用户开发实际蓝牙应用的地方，包含必要的协议栈参数设置，以及各种功能函数的调用。我们分别从蓝牙从机和蓝牙主机两种设备来分析。
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- 蓝牙从机
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相关硬件和基础服务初始化
-设置广播参数：广播数据，广播间隔，扫描回应等参数或者数据
-设置Profile：添加从机服务、特征值，还有设置回调函数用于接收主机数据等
-设置配对参数（可选）
-启动广播，开始运行
-等待相关事件，及事件处理，例如收到主机发来的数据，被链接等等
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- 蓝牙主机
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相关硬件和基础服务初始化
-设置扫描参数
-设置连接参数
-设置配对参数（可选）
-启动协议栈，开始运行
-等待相关事件，及事件处理，例如扫描事件，从机的Notify事件等等。
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-17.2. API参考¶
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API介绍
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void ble_controller_init(uint8_t task_priority)
/**
-* function controller层初始化
-* @param[in] task_priority： 任务优先级
-* @return 空
-*/
-int hci_driver_init(void)
/**
-* function HCI接口驱动初始化
-* @param[in] 空
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_enable(bt_ready_cb_t cb)
/**
-* function Ble使能
-* @param[in] cb：如果成功调用回调函数
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
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int bt_le_adv_start(const struct bt_le_adv_param *param,const struct bt_data *ad, size_t ad_len,
-const struct bt_data *sd, size_t sd_len)
-
/**
-* function 开启BLE广播
-*
-* @param[in] param: 指向广播配置参数指针
-* @param[in] ad: 指向广播包中数据指针
-* @param[in] ad_len: 广播包中数据的长度
-* @param[in] sd: 指向扫描响应包数据指针
-* @param[in] sd_len: 扫描响应包数据的长度
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_adv_update_data(const struct bt_data *ad, size_t ad_len,const struct bt_data *sd, size_t sd_len)
/**
-* function 更新BLE广播数据
-* @param[in] ad: 指向广播包中数据指针
-* @param[in] ad_len: 广播包中数据的长度
-* @param[in] sd: 指向扫描响应包数据指针
-* @param[in] sd_len: 扫描响应包数据的长度
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_adv_stop(void)
/**
-* function 停止BLE广播
-* @param[in] 空
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_scan_start(const struct bt_le_scan_param *param, bt_le_scan_cb_t cb)
/**
-* function 开启BLE扫描
-* @param[in] param: 指向扫描参数的指针
-* @param[in] cb: 扫描回调函数
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_scan_stop(void)
/**
-* function 停止BLE扫描
-* @param[in] 空
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_whitelist_add(const bt_addr_le_t *addr)
/**
-* function 通过地址添加设备到白名单列表中
-* @param[in] addr:指向需要添加设备地址的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_whitelist_rem(const bt_addr_le_t *addr)
/**
-* function 从白名单列表中移除设备
-* @param[in] addr:指向需要移除设备地址的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_whitelist_clear(void)
/**
-* function 清除白名单列表
-* @param[in] 空
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_set_chan_map(u8_t chan_map[5])
/**
-* function 设置(LE)通道映射
-* @param[in] chan_map：通道数组
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_unpair(u8_t id, const bt_addr_le_t *addr)
/**
-* function 清除配对信息
-* @param[in] id： 本地标识(大多只是默认的BT ID)
-* @param[in] addr： 远端设备地址，NULL或者BT_ADDR_LE_ANY清除所有远端设备
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_get_info(const struct bt_conn *conn, struct bt_conn_info *info)
/**
-* function 获取当前连接设备的信息
-* @param[in] conn： 指向当前连接的指针
-* @param[in] info： 指向当前连接设备信息的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_get_remote_dev_info(struct bt_conn_info *info)
/**
-* function 获取已连接设备的信息
-* @param[in] info： 指向当前连接设备信息的指针
-* @return 已连接设备的个数
-*/
-int bt_conn_le_param_update(struct bt_conn *conn,const struct bt_le_conn_param *param)
/**
-* function 更新连接参数
-* @param[in] conn： 指向当前连接的指针
-* @param[in] param： 指向连接参数的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_disconnect(struct bt_conn *conn, u8_t reason)
/**
-* function 断开当前连接
-* @param[in] conn： 指向当前连接的指针
-* @param[in] reason：断开当前连接的原因
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-struct bt_conn *bt_conn_create_le(const bt_addr_le_t *peer,const struct bt_le_conn_param *param)
/**
-* function 创建连接
-* @param[in] peer： 需要连接设备地址的指针
-* @param[in] param： 指向连接参数指针
-* @return 成功：有效的连接对象，否则失败
-*/
-int bt_conn_create_auto_le(const struct bt_le_conn_param *param)
/**
-* function 自动创建连接白名单列表中的设备
-* @param[in] param： 指向连接参数指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_create_auto_stop(void)
/**
-* function 停止自动创建连接白名单列表中的设备
-* @param[in] 空
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_set_auto_conn(const bt_addr_le_t *addr,const struct bt_le_conn_param *param)
/**
-* function 自动创建连接远端设备
-* @param[in] addr： 远端设备地址指针
-* @param[in] param： 指向连接参数指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-struct bt_conn *bt_conn_create_slave_le(const bt_addr_le_t *peer,const struct bt_le_adv_param *param)
/**
-* function 发起定向的广播包给远端设备
-* @param[in] peer： 远端设备地址指针
-* @param[in] param： 指向广播参数的指针
-* @return 成功：有效的连接对象，否则失败
-*/
-int bt_conn_set_security(struct bt_conn *conn, bt_security_t sec)
/**
-* function 设置连接安全等级
-* @param[in] conn： 指向连接对象的指针
-* @param[in] sec： 安全等级
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-bt_security_t bt_conn_get_security(struct bt_conn *conn)
/**
-* function 获取当前连接的安全等级
-* @param[in] conn： 指向连接对象的指针
-* @return 安全级别
-*/
-u8_t bt_conn_enc_key_size(struct bt_conn *conn)
/**
-* function 获取当前连接的加密key的大小
-* @param[in] conn： 指向连接对象的指针
-* @return 加密key的大小
-*/
-void bt_conn_cb_register(struct bt_conn_cb *cb)
/**
-* function 注册连接回调函数
-* @param[in] cb： 连接回调函数
-* @return 空
-*/
-void bt_set_bondable(bool enable)
/**
-* function 设置/清除SMP配对请求/响应数据认证需求中的绑定标志
-* @param[in] enable： 1，使能，0：不使能
-* @return 空
-*/
-int bt_conn_auth_cb_register(const struct bt_conn_auth_cb *cb)
/**
-* function 注册认证回调函数
-* @param[in] cb： 回调函数指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_auth_passkey_entry(struct bt_conn *conn, unsigned int passkey)
/**
-* function 用密钥回复对方
-* @param[in] conn： 连接对象指针
-* @param[in] passkey： 输入的密钥
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_auth_cancel(struct bt_conn *conn)
/**
-* function 取消认证过程
-* @param[in] conn： 连接对象指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_auth_passkey_confirm(struct bt_conn *conn)
/**
-* function 如果密码匹配，回复对方
-* @param[in] conn： 连接对象的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_conn_auth_pincode_entry(struct bt_conn *conn, const char *pin)
/**
-* function 用PIN码进行回复对方
-* @param[in] conn： 连接对象的指针
-* @param[in] pin： PIN码的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_le_read_rssi(u16_t handle,int8_t *rssi)
/**
-* function 读取对方RSSI值
-* @param[in] handle：连接的句柄值
-* @param[in] rssi： rssi的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_get_local_address(bt_addr_le_t *adv_addr)
/**
-* function 读取本机的地址
-* @param[in] adv_addr： 指向地址的指针
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
-int bt_set_tx_pwr(int8_t power)
/**
-* function 设置本机发射功率
-* @param[in] power： 功率值
-* @return 0:成功，!=0:失败
-*/
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-17.3. 数据结构参考¶
-bt_le_adv_param数据结构：
/** LE Advertising Parameters. */
-struct bt_le_adv_param {
- /** Local identity */
- u8_t id;
-
- /** Bit-field of advertising options */
- u8_t options;
-
- /** Minimum Advertising Interval (N * 0.625) */
- u16_t interval_min;
-
- /** Maximum Advertising Interval (N * 0.625) */
- u16_t interval_max;
-
- #if defined(CONFIG_BT_STACK_PTS)
- u8_t addr_type;
- #endif
-};
-此数据结构用来配置广播参数，包括本地识别id、广播选项位域、广播间隙等，其中广播选项位域有如下枚举类型参数可选:
-enum {
- /** Convenience value when no options are specified. */
- BT_LE_ADV_OPT_NONE = 0,
-
- /** Advertise as connectable. Type of advertising is determined by
- * providing SCAN_RSP data and/or enabling local privacy support.
- */
- BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE = BIT(0),
-
- /** Don't try to resume connectable advertising after a connection.
- * This option is only meaningful when used together with
- * BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE. If set the advertising will be stopped
- * when bt_le_adv_stop() is called or when an incoming (slave)
- * connection happens. If this option is not set the stack will
- * take care of keeping advertising enabled even as connections
- * occur.
- */
- BT_LE_ADV_OPT_ONE_TIME = BIT(1),
-
- /** Advertise using the identity address as the own address.
- * @warning This will compromise the privacy of the device, so care
- * must be taken when using this option.
- */
- BT_LE_ADV_OPT_USE_IDENTITY = BIT(2),
-
- /** Advertise using GAP device name */
- BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME = BIT(3),
-
- /** Use low duty directed advertising mode, otherwise high duty mode
- * will be used. This option is only effective when used with
- * bt_conn_create_slave_le().
- */
- BT_LE_ADV_OPT_DIR_MODE_LOW_DUTY = BIT(4),
-
- /** Enable use of Resolvable Private Address (RPA) as the target address
- * in directed advertisements when CONFIG_BT_PRIVACY is not enabled.
- * This is required if the remote device is privacy-enabled and
- * supports address resolution of the target address in directed
- * advertisement.
- * It is the responsibility of the application to check that the remote
- * device supports address resolution of directed advertisements by
- * reading its Central Address Resolution characteristic.
- */
- BT_LE_ADV_OPT_DIR_ADDR_RPA = BIT(5),
-
- /** Use whitelist to filter devices that can request scan response
- * data.
- */
- BT_LE_ADV_OPT_FILTER_SCAN_REQ = BIT(6),
-
- /** Use whitelist to filter devices that can connect. */
- BT_LE_ADV_OPT_FILTER_CONN = BIT(7),
-};
-如果需要发送一个广播包，配置可以如下：
-param.id = 0;
-param.options = (BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME | BT_LE_ADV_OPT_ONE_TIME);
-param.interval_min = 0x00a0;
-param.interval_max = 0x00f0;
-bt_data数据结构：
struct bt_data {
- u8_t type;
- u8_t data_len;
- const u8_t *data;
-};
-此数据结构用来填充广播包中的数据，具体的数据包类型可以参考如下：
-Service UUID
-Local Name
-Flags
-Manufacturer Specific Data
-TX Power Level
-Secure Simple Pairing OOB
-Security Manager OOB
-Security Manager TK Value
-Slave Connection Interval Range
-Service Solicitation
-Service Data
-Appearance
-Public Target Address
-Random Target Address
-Advertising Interval
-LE Bluetooth Device Address
-LE Role
-Uniform Resource Identifier
-LE Supported Features
-Channel Map Update Indication
-用该数据结构配置一个广播包数据，如下所示：
-struct bt_data ad_discov[] = {
- BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, (BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR)),
- BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, "BL602-BLE-DEV", 13),
-};
-bt_le_scan_param数据结构：
/** LE scan parameters */
-struct bt_le_scan_param {
- /** Scan type (BT_LE_SCAN_TYPE_ACTIVE or BT_LE_SCAN_TYPE_PASSIVE) */
- u8_t type;
-
- /** Bit-field of scanning filter options. */
- u8_t filter_dup;
-
- /** Scan interval (N * 0.625 ms) */
- u16_t interval;
-
- /** Scan window (N * 0.625 ms) */
- u16_t window;
-};
-此数据结构用来填充扫描参数， -type：为扫描类型有2种类型BT_LE_SCAN_TYPE_ACTIVE（0x01）、BT_LE_SCAN_TYPE_PASSIVE(0x00)。 -filter_dup：0x00,除定向广告外，接受所有广播和扫描响应，0x01,只接收白名单列表中设备的广播和扫描响应。 -interval：扫描间隙。 -window：扫描窗口。
-如果开启扫描请求，可以配置如下：
-scan_param.type = BT_LE_SCAN_TYPE_PASSIVE
-scan_param.filter_dup = 0x00
-interval=BT_GAP_SCAN_SLOW_INTERVAL_1
-window=BT_GAP_SCAN_SLOW_WINDOW_1
-bt_le_conn_param数据结构：
/** Connection parameters for LE connections */
-struct bt_le_conn_param {
- u16_t interval_min;
- u16_t interval_max;
- u16_t latency;
- u16_t timeout;
-
- #if defined(CONFIG_BT_STACK_PTS)
- u8_t own_address_type;
- #endif
-};
-此数据结构用来填充连接参数，interval_min：连接间隙最少值（0x0018），interval_max：连接间隙最大值(0x0028)， -latency：指定为连接事件数的连接允许的最大从延迟。 -timeout：连接超时时间。
-配置该数据结构，如下：
-interval_min=BT_GAP_INIT_CONN_INT_MIN（0x0018）
-interval_max=BT_GAP_INIT_CONN_INT_MAX(0x0028)
-latency=0
-timeout=400
-bt_conn数据结构：
struct bt_conn {
- u16_t handle;
- u8_t type;
- u8_t role;
-
- ATOMIC_DEFINE(flags, BT_CONN_NUM_FLAGS);
-
- /* Which local identity address this connection uses */
- u8_t id;
-
-#if defined(CONFIG_BT_SMP) || defined(CONFIG_BT_BREDR)
- bt_security_t sec_level;
- bt_security_t required_sec_level;
- u8_t encrypt;
-#endif /* CONFIG_BT_SMP || CONFIG_BT_BREDR */
-
- /* Connection error or reason for disconnect */
- u8_t err;
-
- bt_conn_state_t state;
-
- u16_t rx_len;
- struct net_buf *rx;
-
- /* Sent but not acknowledged TX packets with a callback */
- sys_slist_t tx_pending;
- /* Sent but not acknowledged TX packets without a callback before
- * the next packet (if any) in tx_pending.
- */
- u32_t pending_no_cb;
-
- /* Completed TX for which we need to call the callback */
- sys_slist_t tx_complete;
- struct k_work tx_complete_work;
-
-
- /* Queue for outgoing ACL data */
- struct k_fifo tx_queue;
-
- /* Active L2CAP channels */
- sys_slist_t channels;
-
- atomic_t ref;
-
- /* Delayed work for connection update and other deferred tasks */
- struct k_delayed_work update_work;
-
- union {
- struct bt_conn_le le;
-#if defined(CONFIG_BT_BREDR)
- struct bt_conn_br br;
- struct bt_conn_sco sco;
-#endif
- };
-
-#if defined(CONFIG_BT_REMOTE_VERSION)
- struct bt_conn_rv {
- u8_t version;
- u16_t manufacturer;
- u16_t subversion;
- } rv;
-#endif
-};
-此数据结构为当前连接数据结构，其中包括BLE蓝牙连接相关的参数，连接成功后该数据结构可以被用户调用。
-
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