BLE开发基础_01_BLE协议栈_GAP&GATT

本文基于ch585 evt示例代码学习蓝牙开发相关内容

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经典蓝牙与BLE

• 经典蓝牙具有较高的数据速率能力，适用于流媒体、高带宽文件传输和耳机。它有79个RF信道，其中32个广播信道，以便其他设备可以发现和连接。
• 低功耗蓝牙：针对数据传输不频繁的低功耗应用，例如传 感器和其他低带宽传输。它有40个RF信道，其中3个信道(37/38/39)用于设备发现。
  

BLE信道

------------- ## 典型BLE应用

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• 主机(Central)和从机(Peripheral)在建立连接前，从机通过广播宣告自身存在，主机主动扫描可用从机，随后建立连接，通过BLE协议栈不同层来传输数据

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BLE协议栈架构

• BLE协议栈架构通常分为三个主要层级：应用层(APP)、主机层(HOST)和控制器层(CONTROLLER)。应用层是协议栈的最顶层。BLE设备上运行的应用程序在这一层利用和处理实际数据。主机层位于协议栈中的应用层和控制器层之间，实现了BLE通信所需的所有较高级别协议和配置文件，它还提供高级应用程序编程接口(API)，使得应用程序能够与协议栈的较低层交互。控制器层是BLE协议栈的硬件部分，负责蓝牙信号的发送和接收。控制器层处理信号的跳频、调制和解调等任务

GATT-通用属性规范

• 应用层用于实现BLE设备具体应用需求。应用层通过GATT（通用属性规范）与协议栈下层进行交互，基于GATT定义的服务、特征和相应数据。GATT层供应用程序在两个连接设备之间进行数据通讯，数据以特征的形式传递和储存。
  具体配置以peripheral示例代码为例：

     // Simple Profile Service
    {
        {ATT_BT_UUID_SIZE, primaryServiceUUID}, /* type */
        GATT_PERMIT_READ,                       /* permissions */
        0,                                      /* handle */
        (uint8_t *)&simpleProfileService        /* pValue */
    },
 // Characteristic 1 Declaration
    {
        {ATT_BT_UUID_SIZE, characterUUID},
        GATT_PERMIT_READ,
        0,
        &simpleProfileChar1Props},

    // Characteristic Value 1
    {
        {ATT_BT_UUID_SIZE, simpleProfilechar1UUID},
        GATT_PERMIT_READ | GATT_PERMIT_WRITE,
        0,
        simpleProfileChar1},

    // Characteristic 1 User Description
    {
        {ATT_BT_UUID_SIZE, charUserDescUUID},
        GATT_PERMIT_READ,
        0,
        simpleProfileChar1UserDesp},

有三部分：

• 服务声明：pValue 指向的是这个服务本身的 UUID（比如 0xFFF0），让主机知道这是一个什么服务。
• 特征声明：pValue 指向 simpleProfileChar1Props（如 Read/Write 标志位），告诉主机接下来的那个条目支持哪些操作（读/写/....）

// GATT Characteristic Properties Bit Fields
#define GATT_PROP_BCAST                 0x01 //!< Permits broadcasts of the Characteristic Value
#define GATT_PROP_READ                  0x02 //!< Permits reads of the Characteristic Value
#define GATT_PROP_WRITE_NO_RSP          0x04 //!< Permits writes of the Characteristic Value without response
#define GATT_PROP_WRITE                 0x08 //!< Permits writes of the Characteristic Value with response
#define GATT_PROP_NOTIFY                0x10 //!< Permits notifications of a Characteristic Value without acknowledgement
#define GATT_PROP_INDICATE              0x20 //!< Permits indications of a Characteristic Value with acknowledgement
#define GATT_PROP_AUTHEN                0x40 //!< Permits signed writes to the Characteristic Value
#define GATT_PROP_EXTENDED              0x80 //!< Additional characteristic properties are defined in the Characteristic Extended Properties Descriptor

• 特征值：pValue 指向程序里的变量（如 simpleProfileChar1）。主机读取数据时，读取的就是这个指针指向的内存。
• 用户描述：给这个特征起个“绰号”（通常是一个字符串，如 "Voltage"）

相关函数

• 初始化客户端特征配置

    // Initialize Client Characteristic Configuration attributes
    GATTServApp_InitCharCfg(INVALID_CONNHANDLE, simpleProfileChar4Config);

• 将服务注册到GATT服务器

/**
 * @brief   Register a service's attribute list and callback functions with
 *          the GATT Server Application.
 *
 * @param   pAttrs - Array of attribute records to be registered
 * @param   numAttrs - Number of attributes in array
 * @param   encKeySize - Minimum encryption key size required by service (7-16 bytes)
 * @param   pServiceCBs - Service callback function pointers
 *
 * @return  SUCCESS: Service registered successfully.<BR>
 *          INVALIDPARAMETER: Invalid service fields.<BR>
 *          FAILURE: Not enough attribute handles available.<BR>
 *          bleMemAllocError: Memory allocation error occurred.<BR>
 *          bleInvalidRange: Encryption key size's out of range.<BR>
 */
extern bStatus_t GATTServApp_RegisterService( gattAttribute_t *pAttrs, uint16_t numAttrs,
    uint8_t encKeySize, gattServiceCBs_t *pServiceCBs );

GAP-通用访问配置文件

• GAP定义了广播（Advertiser）、扫描（Scanner）、发起连接（Initiator）等过程，决定了设备如何被其他设备发现，以及如何建立连接。
• GAP 的核心作用有4个：

（A）模式与过程 (Modes and Procedures)： 设备如何被发现（广播）以及如何发现别人（扫描）。
（B）角色 (Roles)： 定义设备在蓝牙网络中的身份（如手机是 Central，手环是 Peripheral）。
（C）安全 (Security)： 定义安全级别和配对模式的基础。
（D）数据格式 (Data Formats)： 定义广播数据和扫描响应数据的通用格式。

相关配置

角色与连接参数（GAPRole_SetParameter）：

• 广播使能
• 广播数据
• 扫描应答数据
• 最小/最大连接间隔

广播频率与扫描通知（GAP_SetParamValue）：

• 广播时间间隔
• 扫描请求通知

绑定管理与安全配置（GAPBondMgr_SetParameter）：

• 默认配对码
• 配对模式
• 中间人攻击保护
• IO能力

    // Setup the GAP Peripheral Role Profile
    {
        uint8_t  initial_advertising_enable = TRUE;
        uint16_t desired_min_interval = DEFAULT_DESIRED_MIN_CONN_INTERVAL;
        uint16_t desired_max_interval = DEFAULT_DESIRED_MAX_CONN_INTERVAL;

        // Set the GAP Role Parameters
        GAPRole_SetParameter(GAPROLE_ADVERT_ENABLED, sizeof(uint8_t), &initial_advertising_enable);
        GAPRole_SetParameter(GAPROLE_SCAN_RSP_DATA, sizeof(scanRspData), scanRspData);
        GAPRole_SetParameter(GAPROLE_ADVERT_DATA, sizeof(advertData), advertData);
        GAPRole_SetParameter(GAPROLE_MIN_CONN_INTERVAL, sizeof(uint16_t), &desired_min_interval);
        GAPRole_SetParameter(GAPROLE_MAX_CONN_INTERVAL, sizeof(uint16_t), &desired_max_interval);
    }

    {        uint16_t advInt = DEFAULT_ADVERTISING_INTERVAL;

        // Set advertising interval
        GAP_SetParamValue(TGAP_DISC_ADV_INT_MIN, advInt);
        GAP_SetParamValue(TGAP_DISC_ADV_INT_MAX, advInt);

        // Enable scan req notify
        GAP_SetParamValue(TGAP_ADV_SCAN_REQ_NOTIFY, ENABLE);
    }