蓝牙技术(BLE)与开发点滴总结
一、名词缩写
1）VCP(虚拟串口)
2）CDC(通信设备类)
3）FCC：美国的联邦通信委员会、欧洲的电信标准委员会(ETSI)
4）RSSI ：Received Signal Strength Indication
5）OSAL：OS Abstraction layer
6）SNV：simple non-volatile
7）SBP：Simple BLE Peripheral
8）NPI：network processor interface
9）SVC：Service discovery
10）LTK : long-term key
11）pairing/bonding : 配对与绑定
二、蓝牙(一种近距离无线技术)
蓝牙技术：
1、从机、主机、主从一体机(同一时间只能充当一种角色，通常由AT指令进行切换)，串口透传模块；
2、HID蓝牙专用协议，应用在蓝牙耳机(传统蓝牙协议：A2DP profile)、蓝牙键盘、蓝牙鼠标等应用领域；
3、双模(BLE+传统蓝牙)与单模(指传统蓝牙或低功耗蓝牙) ；
4、双模蓝牙：发送：+-10dbm 接受：-90dbm；
5、低功耗蓝牙：传输速率100kb/s 传统蓝牙：传输速率3M/s WIFI:传输速率50M/s
6、OAD的原理：采用BIM(bootloader)引导新固件和旧固件在flash上的位置，并根据最新bin文件的版本号作为系统的启动；
7、无线通信工作频段：Zigbee、蓝牙以及 WIFI 标准都是工作在 2.4GHz 频段的无线通信标准；
8、采用自适应调频技术；
协议栈：
1、协议栈：是传输协议的软件集合(基于操作系统，一般是FreeRTOS)，一般厂商会封装重要的底层协议，只提供最外层的开发接口；
2、协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据收发；协议栈是协议的具体实现形式，通俗的理解就是用代码实现的函数库。
3、所谓的协议栈数据实质就是一种标准的通讯协议，它应该可以被组织成一个清晰的表格；
4、协议栈中profile文件定义了各种应用场景；
a、一个或多个service组成；
b、service由一个或多个characteristic(结构体)组成；
BLE规范：
1、BLE规范中定义了两个十分重要且基本的配置文件：
1) GAP(generic access profile)：负责设备访问模式和进程，包括设备发现，建立连接，终止连接，初始化安全特征和设备配置。
2) GATT(generic attribute)：用于已连接的蓝牙设备之间的数据通讯。
2、GATT服务器和GATT客户端，它们完全独立于GAP的角色。提供数据的设备称为GATT服务器，访问GATT服务器而获得数据的设备称为GATT客户端。
3、设备的GAP和GATT的角色都可能在数据的交换过程中改变，因此，这个文件应该包含广播的种类、所使用的连接间隔、所需的安全等级等信息；
4、特性的性质：写 没有回应的写 读 通知 指示
5、通知和指示性质允许GATT服务器在其某个特性改变的时候对GATT客户端进行提醒，通知和指示之间不同之处在于指示有应用层上的确认，而通知没有。
6、蓝牙技术联盟所用的基本UUID不能用于任何定制的属性、服务和特性。对于定制的属性，必须使用另外完整的128位UUID；
7、先增加一个特定的基本UUID(128位)，再定义一个16位的UUID（类似于一个别名），再加载在基本UUID之上；
8、集中器发送一个连接请求来发起连接之前，必须接收到一个广播数据包，外围设备发送一个广播数据包之后一小段时间内只监听连接请求；
9、蓝牙最多只能一次(在一次连接中)发送20个字节的应用数据；
10、在一个连接中，除了广播信道，设备间在频带的所有信道中进行通信。当然对于应用层，这是完全透明的；
11、EEE802.15.4-2006指定 16个通道，它们位于 2.4GHz频段之内。步长为 5 MHz，编号为 11～26；
蓝牙与Zigbee的区别比较：
2、RF调制方式不一致；
3、Zigbee:发送的比特流->比特到符号->符号到芯片->O-QPSK调制器->已调制的信号到ADC；
4、加密功能(鉴权)Zigbee灵活一点(三种选择方式)；
5、应为cc254x 与cc2530 都是同样的结构，仅无线不一样， 所以可以参考；
6、组网方式：BLE 网络可以点对点或者点对多点，一个 ble 主机可以连接多个(最多三个) ble 从机，组成星型网络，另外还有一种有广播设备和多个扫描设备组成的广播组结构，不同的网络拓扑对应不同的应用领域；
7、协调器、路由器、终端；组网十分灵活并且组网节点巨大；
蓝牙连接方式：
1、指定从机地址；
2、随机连接(按照扫描到的从机列表顺序)；
蓝牙广播类型：
1、蓝牙角色类型、密码类型、广播类型：https://blog.csdn.net/ljp1205/article/details/53698767
BLE设备角色：
1、peripheral central ：需要相互连接（心率计与手机）
2、broadercaster observe : 不需要建立连接，采用广播模式传播和接收广播形式（温度传感器与温度显示屏）；
蓝牙的三种蓝牙类型以及应用：
2、bluetooth BR/EDR(蓝牙耳机，车载蓝牙)
3、bluetooth smart(蓝牙低功耗BLE)
4、bluetooth smart ready （智能手机、平板）
二、项目开发实践杂记
1、基于协议栈，一般会做以下开发修改：
a、添加串口打印、按键动作；
b、、自定义消息；
c、添加服务；
d、自定义profile;//定义新的特征值
2、CC2540采用8051内核，与C51和其他单片机的区别，CC2541比40低功耗降低33%：
a、IO口复位状态：配置引脚为具有上拉电阻的通用I/O输入。
b、电源管理：使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗应用运行。
c、随机数发生器、AES协处理器：实现128位密匙的AES算法加密和解密数据；
d、CC253x设备系列提供了一个IEEE802.15.4兼容无线收发器。 RF内核控制模拟无线模块。另外，它提供了MCU和无线设备之间的一个接口，这使得可以发出命令、读取状态、自动操作和确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。
e、128/256KB FLASH;
f、RX、TX(128KB FIFO)；
g、帧过滤和源匹配(源地址匹配)，采用128字节来存储本地地址信息；
h、低位符号首先传输。 对于多字节域，低字节首先传输，除了与安全相关的域是高字节首先传输；
3、蓝牙天线设计：
1、蓝牙协议栈的开发重点在于熟悉应用接口，制定从机和主机的通讯流程去实现不同的应用；
2、profile 就是一系列服务(service)的集合；
3、初步了解OSAL的执行流程(比一般的RTOS系统实现的机制原理简单)；
4、无论是协议栈(封装了起来，不开放源码)还是HAL、还是OSAL，都已经封装好常用的API接口；只要熟练练习即可；
5、基于系统的开发：实质就是清晰了解好该系统搭建好的框架以及组件(硬件驱动、应用API接口)；善于修改和重用；
6、熟悉一个系统就是需要一点一滴地剖析这个系统本身的架构(循序渐进的过程)；
7、如果是一个比较有经验的软件开发者，得到一份源码后，首先需要按照说明跑一跑，然后用代码对比工具做下对比，基本就了解别人做了什么修改了。
8、蓝牙协议栈跟IAR是有着对应关系的(实质上所有的开发平台都绑定相应的编译器(版本)进行开发的)；
9、基于OSAL开发，只需要了解几个概念：任务、事件、消息机制、回调函数、HAL；
10、一些重要的开发工具：
a、IAR：编程
b、smart flash：烧写固件
c、BLE device Monitor(直观)/Btool(高级模式)：模拟蓝牙主机：实现连接、断开、读写服务操作(通过封装的HCI接口)；
d、studio：配置蓝牙射频寄存器(高级模式)；
e、packet sniffer：捕捉蓝牙空中信号；
f、硬件： 1) CC debuger 2) 抓包器 3) sensor tag
11、蓝牙名称如何才能设置为中文名？ 要转下URL格式就行
12、蓝牙低功耗的实现：1）硬件IO； 2）蓝牙协议栈低功耗模式； 3）连接参数；4）需要在OPTION里面设置(开启宏定义)；
13、无线蓝牙透数据传均存在丢包率的问题，所以用户朋友们一定要做好应用层的数据校验。
14、密码连接是从机发起的；
15、重要的连接参数：
a、connection interval；
b、slave latency；
c、supervision timeout；
16、服务端、客户端 主从机究竟是如何定义的？应用场合是？ 连接后将会确定谁是GATT服务端 和GATT客户端，也可以同时处于这两种角色(主从一体)；
17、TX FIFO储存器也位于RAM中？位于RAM中的XREG(1KB) X FIFO存储器区域位于地址 0x6000到0x607F，所以是 128字节。尽管这一存储器区域用于 RX FIFO，
但是它不以任何方式保护，因此它在XREG存储区域中仍然是可以访问的。一般地，只有指定的指令能用于操作RXFIFO的内容。 RXFIFO一次可以包括多个帧
18、蓝牙连接后就不广播了 解决：采用L2CAP层或者真正的用户通讯数据进行通信；
19、蓝牙的连接、配对、绑定、通讯的数据在哪里，过程的源码实现？ 解决：在协议层内部实现了(赋值过程不可见)；
20、蓝牙的数据接收在某个地方实现？根据不同的状态，进入不同的处理函数？ 解决：接收过程不可见，根据返回的结果进行相应的处理；
21、网路教程：
a、一个简单的BLE应用：https://www.cnblogs.com/tan-v/p/4271579.html
22、蓝牙设备与手机通信不稳定现象调试 - 不同品牌/型号手机对蓝牙的兼容性也不一样(蓝牙普遍存在的通病)
a、第一，抓取连接、交互那部分的打印信息，看是卡顿在哪个地方；
b、第二，用蓝牙分析仪去抓取信息(专用仪器可以获取蓝牙在空中的所有通信过程)；
四、其它蓝牙应用学习
1、按键例程比较完整体现系统的流转( 按键事件通过消息，通知应用程序处理按键事件 )；
2、防止超长数据语句：
a、numBytes = (osal_strlen(strTemp) > SIMPLEPROFILE_CHAR6_LEN) ? SIMPLEPROFILE_CHAR6_LEN : osal_strlen(strTemp);
3、UUID( 类似枚举的作用一样 )作为一个switch的一个判断分支，来确定是属于哪个服务(执行相应的函数)；
4、蓝牙鼠标的实现(基于TI demo工程实现)：
a、蓝牙接受端完全不用修改(官方固件)，发送约定的数据( 鼠标数据结构体 )；
b、主机端：主要对按键的处理：按键数据的产生处理、打包发送处理；
5、在进行蓝牙协议栈开发时，切记事件处理不能超过蓝牙的连接间隔，否则蓝牙会出现广播停止，连接断开异常；
6、开发板试验总结：
a、iBeacon实质就是从机广播特定的数据；
b、实现的蓝牙功能：主从一体、实现透传、掉电数据保存、自动重连；
c、蓝牙透传实现函数(都是通过GATT的CHAR6进行读写)：
1）主机：GATT_WriteCharValue( 0, &AttReq, simpleBLETaskId );
2）从机：SimpleProfile_SetParameter( SIMPLEPROFILE_CHAR6,numBytes, buf );
3）如果你发送的数据要超过 SIMPLEPROFILE_CHAR6_LEN， 那么最好的办法， 就是启动一个定时器，然后每定时器到， 就发送一段数据
d、主机接受的关键代码： if( pMsg->msg.handleValueNoti.handle == simpleBLECharHd6/*0x0035*/)
e、主机的接收和从机的发送都只是通过一个API实现的；
f、匹配和绑定：从机发起验证密码请求给主机->主机输入密码，发送给从机->从机验证密码对或错->通过后进行MAC绑定，记录在内存中；
g、AT指令和透传数据的区分： 然后根据当前的状态决定执行， 如果没有连接上， 就把所有数据当做 AT 命令处理， 如果连接；
h、心率计的实现：
1）采集pulse_sensor 的adc值，并将其转换成对应的数据结构，通过Notification传输到主机；
2）需要构造GATT服务：HeartRate_AddService(GATT_ALL_SERVICE);
i、蓝牙鼠标的实现：按键产生动作(哪个按键被按下，按下了多少，将这些数据放到结构体中去)->发送到USBDongle(烧写了原版TI的HID程序)，实现控制蓝牙鼠标的功能；
1）hidMouseSendReport(uint8 mouseStates, int8 micKeysX, int8 micKeysY);
2）按下产生事件->释放也产生事件(同时上报)； 连续按下( keyRepeated++,非连续则keyRepeated+1 )
3）空中鼠标，区别是计算欧拉角算出( x , y )坐标；
j、防丢器：蓝牙断线后报警(靠近会自动连接)；
k、魔方：mpu6050上传dmp数据(欧拉角和四元数据)，APP进行解释演示；
1）开发板端10ms读取一次mp输出，app 100ms读取一次开发板数据；
2）安卓源码：
*readCharacteristic(读取开发板上的数据)；
*onReceive(解释数据)；
*getablePacket(显示图形函数);
l、RGB调灯：
*灯泡是共阳极的，采用nmos管控制；
*手机端发现灯泡设备，自动连接；
*音乐律动功能；
m、一主三从的实现(具有参考价值)：
主机端：
1）设置主机最大连接数为3(最大也只能是3)；
2）自动连接设置(设置定时器->自动增加连接序号->连接)；
3）配置三个结构体用于存放三个不同的从机数据；
4）数据的接受和发送；
5）主机连接从机后就需要发现特征值handle (扫描回应、读数据回应等)；
从机端：
1）设置连接参数；
2）设置连接模式(无鉴权等待连接，鉴权连接)；
3）数据的接受和发送(通知、指示形式)；
7、Notification相当于socket的udp传输，只管传输，不管是否对方接收到；
五、蓝牙选型
1、NORDIC nRF52832
2、TI ：CC2640
六、结构/协议框图
1、内核：
2、BLE标准协议栈：
3、TI提供的协议栈：
4、ATT:
5、GATT(将ATT定义的Attribute实例化(根据各种不同的应用场景实化)，提供给上层的profile使用):