對于Air8000的BLE外圍設(shè)備模式（peripheral），其核心應(yīng)用場景包括向中心設(shè)備發(fā)送通知數(shù)據(jù)，以及接收中心設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)。本文將以實(shí)際操作為切入點(diǎn)，通過具體的示例代碼，全面講解這一模式的操作方法，幫助開發(fā)者快速掌握Air8000的BLE通信技術(shù)。

一、BLE 概述

BLE（Bluetooth Low Energy），也稱為 Bluetooth Smart，是藍(lán)牙 4.0 及更高版本引入的低功耗無線通信技術(shù)，專為低帶寬、間歇性數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a href="http://www.3532n.com/soft/data/55-88/" target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)。

Air8000 支持最新的 BLE 5.4 版本，BLE 5.4 在上一代基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化了功耗和性能，為用戶提供了更高效、更穩(wěn)定的藍(lán)牙連接體驗(yàn)。具體的 BLE 版本區(qū)別若有興趣請自行上網(wǎng)查詢，本處不再贅述。

BLE 支持的四種模式

Air8000 的 BLE 支持 4 種模式，分別是中心設(shè)備模式(central)，外圍設(shè)備模式(peripheral)，廣播者模式(ibeacon)，以及觀察者模式(scan)。

1、中心設(shè)備模式(central)：

中心設(shè)備模式是能夠搜索別人并主動(dòng)建立連接的一方，從掃描狀態(tài)轉(zhuǎn)化而來的。其可以和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備進(jìn)行連接通信，它會(huì)定期的掃描周圍的廣播狀態(tài)設(shè)備發(fā)送的廣播信息，可以對周圍設(shè)備進(jìn)行搜索并選擇所需要連接的從設(shè)備進(jìn)行配對連接，建立通信鏈路成功后，主從雙方就可以發(fā)送接收數(shù)據(jù)。

2、外圍設(shè)備模式(peripheral)：

外圍設(shè)備模式是從廣播者模式轉(zhuǎn)化而來的，未被連接的外圍設(shè)備首先進(jìn)入廣播狀態(tài)，等待被中心設(shè)備搜索，當(dāng)中心設(shè)備掃描到外圍設(shè)備建立連接后，就可以和中心設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，其不能主動(dòng)的建立連接，只能等別人來連接自己。和廣播模式有區(qū)別的地方在于，外圍設(shè)備模式的設(shè)備是可以被連接的，定期的和中心設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸過程中作外圍設(shè)備。

3、廣播者模式(ibeacon)

處于廣播模式的設(shè)備，會(huì)周期性的廣播 beacon 信息, 可以被掃描, 但一般不會(huì)被連接，典型應(yīng)用 ibeacon。

4、觀察者模式(scan)

觀察者模式，該模式下模塊為非連接，相對廣播者模式的一對多發(fā)送廣播，觀察者可以一對多接收數(shù)據(jù)。在該模式中，設(shè)備可以僅監(jiān)聽和讀取空中的廣播數(shù)據(jù)。和中心設(shè)備唯一的區(qū)別是不能發(fā)起連接，只能持續(xù)掃描外圍設(shè)備。

藍(lán)牙中的重要概念

1、GATT（通用屬性配置文件）

定義 BLE 設(shè)備如何組織和傳輸數(shù)據(jù)，以 “服務(wù)（Service）” 和 “特征（Characteristic）” 為單位。

示例：心率監(jiān)測設(shè)備的 GATT 服務(wù)包含 “心率特征”，手機(jī)通過讀取該特征獲取心率數(shù)據(jù)。

2、服務(wù)和特征

服務(wù)是特征的容器，通過邏輯分組簡化復(fù)雜功能的管理；

特征是數(shù)據(jù)交互的最小單元，通過屬性定義實(shí)現(xiàn)靈活的讀寫與推送機(jī)制；

兩者結(jié)合構(gòu)成 GATT 協(xié)議的核心框架，支撐藍(lán)牙設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交互（如智能穿戴、醫(yī)療設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感器）。

3、特征的關(guān)鍵屬性（Properties）

特征通過 “屬性” 定義數(shù)據(jù)的操作方式，常見屬性包括：

4、UUID

UUID 是藍(lán)牙 GATT 協(xié)議的 “數(shù)字身份證”，通過標(biāo)準(zhǔn)化的唯一標(biāo)識機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了跨廠商設(shè)備的功能互認(rèn)（標(biāo)準(zhǔn) UUID）與廠商個(gè)性化功能的擴(kuò)展（自定義 UUID）

Air8000 的所有操作，都通過 UUID 來索引和管理

二、演示功能概述

本示例使用 Air8000 核心板演示 ble 的 peripheral(外圍設(shè)備) 功能。

1、Air8000 作為外圍設(shè)備開啟廣播，被動(dòng)等待中心設(shè)備發(fā)起連接；

2、連接成功后，定期向中心設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)；

3、外圍設(shè)備收到中心設(shè)備的寫入數(shù)據(jù)后，通過 uart1 發(fā)送到 pc 端串口工具；

4、pc 端串口工具收到數(shù)據(jù)后，打印到串口工具窗口。

三、準(zhǔn)備硬件環(huán)境

1 、Air8000 核心板

2、 PC 電腦

WIN10 以及以上版本的 WINDOWS 系統(tǒng)。

3、 數(shù)據(jù)通信線

USB 數(shù)據(jù)線（其一端為 Type-C 接口，用于連接 Air8000 核心板）。

四、準(zhǔn)備軟件環(huán)境

4.1 軟件環(huán)境

1、燒錄工具：https://docs.openluat.com/air780epm/common/Luatools/

2、內(nèi)核固件：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/firmware/

3、腳本文件：

外圍設(shè)備：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/ble/peripheral

4、PC 端串口工具：例如 SSCOM、LLCOM 等都可以

5、藍(lán)牙調(diào)試軟件：

本示例使用的藍(lán)牙調(diào)試軟件是 nrf connect(Android 版本)，下載下面的壓縮包即可；IOS 版請?jiān)贏PP Store搜索 nrf connect下載。

6、LuatOS 運(yùn)行所需要的 lib 文件：使用 Luatools 燒錄時(shí)，勾選 添加默認(rèn) lib 選項(xiàng)，使用默認(rèn) lib 腳本文件。

準(zhǔn)備好軟件環(huán)境之后，接下來查看如何燒錄項(xiàng)目文件到 Air8000 核心板中，將本篇文章中演示使用的項(xiàng)目文件燒錄到 Air8000 開發(fā)板中。

（燒錄鏈接：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/download/）

4.2 API 介紹

ble 庫：https://docs.openluat.com/osapi/core/ble/

五、程序結(jié)構(gòu)

5.1 文件說明

main.lua：主程序入口文件。

ble_peripheral_main.lua：ble 外圍設(shè)備主程序，進(jìn)行 ble 初始化，設(shè)置廣播內(nèi)容，處理各類 ble 事件（連接、斷開連接、寫入請求等）。

ble_peripheral_receiver.lua：BLE 外圍設(shè)備接收數(shù)據(jù)處理。

ble_peripheral_sender.lua：BLE 外圍設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)處理。

ble_timer_app.lua：ble 外圍設(shè)備定時(shí)器處理邏輯，啟動(dòng)兩個(gè)循環(huán)定時(shí)器，一個(gè)是以 notify 方式主動(dòng)向中心設(shè)備推送數(shù)據(jù)（需中心設(shè)備先開啟 notify 訂閱），另一個(gè)是使用 write 方式，更新特征值數(shù)據(jù)，中心設(shè)備需要主動(dòng)讀取特征值獲取最新數(shù)據(jù)。

ble_uart_app.lua：ble 外圍設(shè)備接 uart 處理邏輯，將收到的中心設(shè)備的寫入數(shù)據(jù)，通過 uart 發(fā)送到 pc 端串口工具。

check_wifi.lua：Air8000 的藍(lán)牙功能依賴 WiFi 協(xié)處理器，需確保 WiFi 固件為最新版本。本腳本文件檢查當(dāng)前 Air8000 模組的 WiFi 固件是否為最新版本，若不是則自動(dòng)啟動(dòng)升級（需插入可聯(lián)網(wǎng)的 SIM 卡）

六、核心模塊詳解

6.1 主程序 (main.lua)

主程序文件main.lua是整個(gè)項(xiàng)目的入口點(diǎn)。它負(fù)責(zé)初始化系統(tǒng)環(huán)境。

6.1.1 初始化流程

1、項(xiàng)目和版本定義：

定義PROJECT和VERSION變量。

2、日志記錄：

使用log.info("main", PROJECT, VERSION)在日志中打印項(xiàng)目名和版本號。

3、看門狗初始化（如果支持）：

配置并啟動(dòng)硬件看門狗，防止程序死循環(huán)卡死。

4、加載功能模塊：

加載 BLE peripheral(外圍設(shè)備)主控制模塊（ble_server_main）。

加載 wifi 升級模塊（check_wifi）。

加載串口應(yīng)用功能模塊（ble_uart_app）。

加載定時(shí)器應(yīng)用功能模塊（ble_timer_app）。

5、啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度器：

調(diào)用sys.run()啟動(dòng) LuatOS 的任務(wù)調(diào)度器，開始執(zhí)行各個(gè)任務(wù)。

6.2 ble_server_main

本文件為 ble server 主應(yīng)用功能模塊，整個(gè)應(yīng)用通過 sys.taskInitEx 啟動(dòng)主任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了完整的 BLE 外圍設(shè)備功能，核心業(yè)務(wù)邏輯為：

6.2.1 初始化與配置

1、加載依賴模塊（ ble_server_receiver 用于數(shù)據(jù)接收處理， ble_server_sender 用于數(shù)據(jù)發(fā)送處理）。

2、定義配置參數(shù)（自身設(shè)備名稱、服務(wù) UUID、特征值 UUID、GATT 數(shù)據(jù)庫定義）。

注意：在 GATT 中，UUID 和屬性的定義是由外圍設(shè)備決定的，中心設(shè)備需要按照外圍設(shè)備定義的 UUID 和屬性來訪問。

3、調(diào)用 ble_init()，初始化藍(lán)牙功能，設(shè)置廣播包內(nèi)容并開始廣播。

作為外圍設(shè)備，無需主動(dòng)掃描，而是通過廣播讓中心設(shè)備發(fā)現(xiàn)：

6.2.2 事件處理

通過 ble_event_cb 回調(diào)函數(shù)處理各類 BLE 事件：

1、連接成功（EVENT_CONN）

2、斷開連接（EVENT_DISCONN）

3、寫入請求(EVENT_WRITE)

注意：EVENT_WRITE 事件，是中心設(shè)備開啟 notify 通知功能，或者向外圍設(shè)備的特征里寫入數(shù)據(jù)時(shí)，外圍設(shè)備觸發(fā)的回調(diào)事件。

6.2.3 業(yè)務(wù)功能

1、被動(dòng)接收中心設(shè)備寫入的數(shù)據(jù)：通過 ble_server_receiver.proc() 處理

2、建立連接后，向 ble_server_sender 模塊發(fā)送"CONNECT_OK"的消息，通過 ble_server_sender 模塊向中心設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

6.2.4 異常處理

1、初始化失敗 ：進(jìn)入異常處理流程。

2、連接斷開 ：清理資源并等待重連。

3、超時(shí)處理 ：5 秒后重新啟動(dòng)廣播。

6.3 ble_server_receiver

6.3.1 主要功能

1、數(shù)據(jù)處理 ：處理接收到的 BLE 寫入請求數(shù)據(jù)。

2、數(shù)據(jù)分發(fā) ：將收到的數(shù)據(jù)發(fā)給其他模塊處理，比如本 demo 便演示了通過 uart 發(fā)給 pc 端處理。

當(dāng)ble_server_main模塊接收到EVENT_WRITE事件時(shí)，會(huì)調(diào)用此模塊的 proc 函數(shù)。將數(shù)據(jù)發(fā)布到對應(yīng)的消息主題，其他訂閱了這些消息主題的模塊可以接收并處理數(shù)據(jù)

6.3.2 核心實(shí)現(xiàn)

1、提供proc(service_uuid, char_uuid, data)接口函數(shù)，接收服務(wù) UUID、特征值 UUID 和數(shù)據(jù)。

2、通過sys.publish("RECV_BLE_WRITE_DATA", ...)發(fā)給其他模塊處理。

6.4 ble_server_sender

其他模塊只需發(fā)布"SEND_DATA_REQ"消息即可請求外圍設(shè)備向中心設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

6.4.1 主要功能

1、消息訂閱：訂閱"SEND_DATA_REQ"消息，接收其他模塊的發(fā)送請求。

2、隊(duì)列管理：維護(hù)發(fā)送隊(duì)列 send_queue，存儲待發(fā)送的數(shù)據(jù)項(xiàng)（包含服務(wù) UUID、特征值 UUID、數(shù)據(jù)、回調(diào)信息）。

3、任務(wù)調(diào)度：通過任務(wù)處理函數(shù) ble_server_sender_task_func 處理各類 BLE 事件。

4、數(shù)據(jù)發(fā)送：按順序發(fā)送隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，并通過回調(diào)通知發(fā)送結(jié)果。

6.4.2 核心實(shí)現(xiàn)

1、其他模塊通過sys.publish("SEND_DATA_REQ", ...)發(fā)布 發(fā)送請求。

2、send_data_req_proc_func函數(shù)將請求數(shù)據(jù)加入發(fā)送隊(duì)列，并通知任務(wù)。

3、任務(wù)處理函數(shù)根據(jù) BLE 事件狀態(tài)（連接成功、斷開連接等）處理隊(duì)列數(shù)據(jù)。

4、send_item_func函數(shù)負(fù)責(zé)實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)。

5、send_item_cbfunc函數(shù)處理發(fā)送結(jié)果，調(diào)用用戶回調(diào)。

6.4.3 事件處理

1、CONNECT_OK：BLE 連接成功，開始發(fā)送隊(duì)列數(shù)據(jù)。

2、SEND_REQ：有新數(shù)據(jù)需要發(fā)送，繼續(xù)處理隊(duì)列。

3、DISCONNECTED：連接斷開，清空隊(duì)列并通知所有發(fā)送請求失敗。

6.5 ble_uart_app

6.5.1 主要功能

1、UART 初始化：打開 UART1 接口，配置波特率 115200、數(shù)據(jù)位 8、停止位 1、無奇偶校驗(yàn)。

2、數(shù)據(jù)接收：訂閱 "RECV_BLE_WRITE_DATA" 消息，接收來自 BLE 中心設(shè)備的寫入數(shù)據(jù)。

3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：將接收到的 BLE 數(shù)據(jù)（包含服務(wù) UUID、特征值 UUID 和實(shí)際數(shù)據(jù)）通過 UART1 發(fā)送到 PC 端。

6.6 ble_timer_app

6.6.1 主要功能

1、創(chuàng)建兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)定時(shí)器

一個(gè)用于定時(shí) 以 notify 方式向中心設(shè)備推送數(shù)據(jù)（需中心設(shè)備先開啟 notify 訂閱）。

一個(gè)用于定時(shí) 更新 特征值數(shù)據(jù)，中心設(shè)備需要主動(dòng)讀取特征值獲取最新數(shù)據(jù)。

6.6.2 核心實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)定時(shí)器回調(diào)函數(shù)：

send_notify_data_timer_cbfunc：發(fā)布SEND_DATA_REQ消息到 ble_server_sender 模塊。

send_write_data_timer_cbfunc：發(fā)送SEND_DATA_REQ消息到 ble_server_sender 模塊。

啟動(dòng)兩個(gè)循環(huán)定時(shí)器，分別綁定上述兩個(gè)回調(diào)函數(shù)。

七、結(jié)果展示

7.1 外圍設(shè)備接收中心設(shè)備的寫入數(shù)據(jù)

注：nrf connect 作為中心設(shè)備，Air8000 作為外圍設(shè)備。

1、燒錄示例 demo 到 Air8000 核心板后，手機(jī)端打開 nrf connect 藍(lán)牙調(diào)試軟件，找到廣播的設(shè)備名稱為"LuatOS123"的設(shè)備并連接。

2、手機(jī)連接作為外圍設(shè)備的 Air8000 后，界面如下所示：

Generic Access 和 Generic Attribute 是 BLE 共有的服務(wù)，Unknown Service 為廣播者自定義添加的服務(wù)，點(diǎn)開 Unknown Service ,對應(yīng)的是自定義的服務(wù) UUID 和特征值 UUID 以及其屬性值。

3、中心設(shè)備發(fā)送，外圍設(shè)備被動(dòng)接收

手機(jī)通過 nrf connect 中服務(wù) UUID=0xFA00，特征值 UUID=0xEA02（可寫操作），向外圍設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

nrf connect 操作界面如下：

luatools 日志如下：

7.2 外圍設(shè)備向中心設(shè)備發(fā)送 notify 數(shù)據(jù)

注：nrf connect 作為中心設(shè)備，Air8000 作為外圍設(shè)備。外圍設(shè)備向中心設(shè)備發(fā)送 notify 數(shù)據(jù)，需要中心設(shè)備先開啟 notify 訂閱，下圖是 nrf connec 開啟訂閱的方式，點(diǎn)擊圖標(biāo)”↓↓↓“即可。

點(diǎn)擊圖標(biāo)”↓↓↓“后，APP 后臺自動(dòng)監(jiān)聽從設(shè)備 notify 上來的數(shù)據(jù)，右滑界面，可以看到接收到的每條數(shù)據(jù)。

八、總結(jié)

本文介紹了 Air8000 的 BLE 外圍設(shè)備模式，通過示例演示了如何向中心設(shè)備發(fā)送通知數(shù)據(jù)，以及如何接收中心設(shè)備發(fā)過來的數(shù)據(jù)。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~


審核編輯 黃宇