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AliOS Things蓝牙协议栈及应用开发框架介绍

摘要: AliOS Things从1.2.0版本开始支持蓝牙协议栈(BLE),及基于蓝牙协议栈的应用层开发框架。本文分为三部分对蓝牙组件进行介绍:蓝牙组件,蓝牙协议栈介绍及接口说明,和应用开发框架介绍及示例说明。AliOS Things v1.2.0支持蓝牙4.2,提供完整的host端低功耗蓝牙协议栈支持。

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AliOS Things从1.2.0版本开始支持蓝牙协议栈(BLE),及基于蓝牙协议栈的应用层开发框架。本文分为三部分对蓝牙组件进行介绍:

蓝牙组件
蓝牙协议栈介绍及接口说明
应用开发框架介绍及示例说明
蓝牙组件

AliOS Things v1.2.0支持蓝牙4.2,提供完整的host端低功耗蓝牙协议栈支持。主要包括三部分内容:协议层API,蓝牙协议栈,HCI (Host Controller Interface)驱动接口。当开发者拿到一个全新平台的时候,需要完成HCI接口与AliOS Things提供的蓝牙协议栈的对接。目前,AliOS Things已经完成在乐鑫ESP32上面蓝牙协议栈部分的对接,开发者可以直接基于协议层API进行上层应用开发。

从应用开发者的角度,BLE应用开发过程中,经常会遇到的烦恼是蓝牙协议栈概念及细节的理解。为了解决应用业务开发者的烦恼,AliOS-Things设计与开发了BLE应用开发框架。期望开发者在使用了我们的应用开发框架后,能够极简的进行业务逻辑开发,再也不用纠缠于BLE协议栈概念及细节。

综上,AliOS Things蓝牙组件总体结构如下图所示。
图片描述
蓝牙协议栈及接口

AliOS Things v1.2.0支持低功耗蓝牙主要包括以下功能:

Generic Access Profile (GAP)
Generic Attribute Profile (GATT)
清晰的HCI驱动层抽象
主要提供以下接口:

GAP
GATT
Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP)
HCI驱动
蓝牙协议栈在快速迭代中,后续会开发更多功能及接口。

应用开发框架及接口

AliOS Things BLE应用开发框架主要针对GATT Server,即peripheral,主要完成以下功能:

维护开发者添加的属性和特性
GATT (Generic Attribute Profile)相关读,写,通知,指示和连接
通过实现上述两项功能,为开发者提供清晰简单的应用开发接口,接口主要包括以下功能:

创建外设应用开发框架对象
创建和添加属性到BLE协议栈,即GATT
广播Attribute
回复和更新Central设备的请求和订阅信息
我们已经在庆科mk3239上支持了创建外设应用框架对象接口,发布添加属性接口,广播接口。开发者可以在创建了外设应用开发框架对象后,借助于接口轻松添加属性,完成服务的广播,连接的建立和信息的更新。我们正在丰富上述接口功能并提供全部功能,并将已经在mk3239上支持的应用开发能力做到与平台无关,让使用其他蓝牙芯片的开发者也能够享受到极简开发的快乐。

AliOS Things应用层规范接口的定义,可以在framework/bluetooth/ble_app_framework/ble_app_framework.h文件中找到。下面对应用层接口作一些说明:
ble_peripheral_init

接口定义:

     peripheral_hdl_t ble_peripheral_init(
          peripheral_init_t *p,
          ble_peripheral_conn_cb_t c,
          ble_peripheral_disconn_cb_t disc,
          const uint8_t *gatt_db,
          int db_len);

接口说明:
该函数用于初始化peripheral设备服务,包括协议栈初始化、设备初始化、GATT属性数据库初始化。设备初始化相关的参数由参数p指定,GATT属性数据库由参数gatt_db和db_len指定。参数c和disc分别指定有客户端设备连接时和断开连接时的回调函数。该函数返回值是对应peripheral设备的handle,handle可以用于标识peripheral设备及其属性。
ble_peripheral_deinit

接口定义:
void ble_peripheral_deinit(peripheral_hdl_t hdl);
接口说明:
该接口是接口ble_peripheral_init的反向操作,用于注销peripheral设备初始化和协议栈初始化等操作。
ble_adv_start

接口定义:

    void ble_adv_start(
          ble_adv_complete_cb_t adv_handler,
          const char *manufacture,
          peripheral_hdl_t hdl);

接口说明:
该接口用于启动广播。参数adv_handler指定广播结束时的回调函数,参数manufacture指定设备的厂商名信息。广播的信息(服务、属性等)在初始化函数的GATT数据库中设定。
ble_adv_stop

接口定义:

void ble_adv_stop();

接口说明:
该接口停止广播。
ble_attr_add

接口定义:

     ble_gatt_attr_t *ble_attr_add(
          uint16_t hdl,
          uint16_t val_len,
          const uint8_t *val);

接口说明:
该接口用于添加peripheral设备属性值。参数hdl指定属性句柄,val指定属性值,val_len指定属性值的长度(以字节为单位)。该函数返回值为一个ble_gatt_attr_t类型的结构体,用于后续对该属性的操作。
ble_attr_indicate

接口定义:

     void ble_attr_indicate(
          ble_gatt_attr_t *attr,
          peripheral_hdl_t hdl,
          uint16_t len,
          const uint8_t *data);

接口说明:
该接口用于向客户端设备发送指示(indication)。参数attr表明指示对应的属性,hdl表明peripheral设备对应的handle,data指定需要指示的数据,len指定数据长度。
ble_attr_notify

接口定义:

    void ble_attr_notify(
          ble_gatt_attr_t *attr,
          peripheral_hdl_t hdl,
          uint16_t len,
          const uint8_t *data);

接口说明:
该函数功能与ble_attr_indicate类似,区别在于发送通知(notification)。
基于BLE应用框架的示例说明

AliOS Things目前提供了2个BLE示例sample,位于目录example/bluetooth/目录中。这2个sample均基于BLE应用框架和接口。下面对这2个sample作一些说明。

ble_advertisements

该示例sample展示了如何开发基于BLE应用框架和接口的应用。

第一步,初始化peripheral设备。

peripheral_init_t p = {BLE_DEVICE_NAME, 0, 1};
hdl = ble_peripheral_init(&p, connection_handler, disconnection_handler,
                          adv_gatt_db, sizeof(adv_gatt_db));

peripheral_init_t中指定了设备名、最大连接数等信息。GATT数据库在adv_gatt_db中指定,包含了GATT服务、GAP服务、设备信息服务及他们的属性。

第二步,发布广播。广播的内容包括厂商名、第一步中指定的设备信息服务等。

ble_adv_start(adv_complete_cb, MANUFACURE_NAME, hdl);

ble_show_system_time

该示例程序是另外一个简单的基于BLE应用框架和接口的sample。该示例在上一个示例的基础上,增加了一个用户自定义服务(TIME Service),并为该服务添加了一个属性值,用于显示系统启动时长。

下面的代码展示了该示例程序的主要流程:

static void indicate_handler(void *arg)
{
    struct indicate_arg_s *ind = (struct indicate_arg_s *)arg;
    long long time = aos_now_ms();

    ble_attr_indicate(ind->attr, ind->hdl, sizeof(time), (uint8_t *)&time);
    aos_post_delayed_action(1000, indicate_handler, arg);
}

int application_start( void )
{
    peripheral_hdl_t hdl;
    ble_gatt_attr_t *attr;
    struct indicate_arg_s ind_arg;

    peripheral_init_t p = {BLE_DEVICE_NAME, 0, 1};

    hdl = ble_peripheral_init(&p, connection_handler, disconnection_handler,
                              adv_gatt_db, sizeof(adv_gatt_db));

    ble_adv_start(adv_complete_cb, MANUFACURE_NAME, hdl);

    attr = ble_attr_add(HDLC_TIME_OUT_VALUE, 0, NULL);

    ind_arg.hdl = hdl;
    ind_arg.attr = attr;
    aos_post_delayed_action(1000, indicate_handler, &ind_arg);

    aos_loop_run();

    return 0;
}

第一步,初始化peripheral设备。

第二步,启动广播。

第三步,添加时间属性的值。

第四步,每隔1s发送一次指示,该指示包含系统启动时长信息。

小结

目前,AliOS Things蓝牙组件提供了一些最基础的功能模块,开发者可以基于现有功能直接基于AliOS Things进行蓝牙开发。后续,我们会随着AliOS Things快速迭代,持续更新,主要包括:

升级到蓝牙5.0
支持更加丰富的应用开发示例和接口
支持SIG BLE mesh
AliOS Things uMesh支持蓝牙
支持更多的平台运行AliOS Things蓝牙协议栈

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