1科技教程nrf52832開(kāi)發(fā)指南下冊(cè)

1、艾克姆科技nRF52832 開(kāi)發(fā)指南-下冊(cè)基于 Nordic 藍(lán)牙低功耗/2.4GHz Soc-nRF52832艾克姆科技飛宇團(tuán)隊(duì)2018.11.17：https:/a： 艾克姆科技發(fā)布本文檔技術(shù)支持：強(qiáng)光手電本文檔以艾克姆科技 IK-52832DK 開(kāi)發(fā)板為硬件平臺(tái)，BLE 開(kāi)發(fā)，從基本概念和新建 BLE 工程模板開(kāi)始，一步步講解藍(lán)牙 BLE 程序框架及功能的實(shí)現(xiàn)目錄第一章：藍(lán)牙BLE 技術(shù)簡(jiǎn)介91.2.學(xué)習(xí)目的9藍(lán)牙技術(shù)的...2.5.什么是藍(lán)牙低功耗(BLE)9藍(lán)牙版本及 4.0 和BLE 的關(guān)系10藍(lán)牙的三種標(biāo)志和設(shè)備類型11BLE 的體系結(jié)構(gòu)12BLE

2、廣播、掃描和連接...3.廣播掃描連接..Profile、Service 、Characteristic 和 UUID17第二章：新建BLE 工程模板191.2.學(xué)習(xí)目的19新建BLE 工程模板..2.5.工程目錄19建立工程目錄、拷貝庫(kù)文件20新建工程20添加需要的庫(kù)文件25新建 main.c 文件并添加到工程。283.配置工程30..3.5.配置“Target”選項(xiàng)卡30配置“Output”選項(xiàng)卡31配置“C/C+”選項(xiàng)卡32配置“Linker”選項(xiàng)卡33配置“Debug”選項(xiàng)

3、卡344.協(xié)議?！癟arget”3..新建協(xié)議?！癟arget”36配置“Output”選項(xiàng)卡37配置“Debug”選項(xiàng)卡38防止協(xié)議棧丟失39第三章：實(shí)現(xiàn)BLE 基本功能4.學(xué)習(xí)目的41實(shí)現(xiàn)的功能41BLE 程序結(jié)構(gòu)42編寫(xiě)代碼434.1.日志打印4...Log 功能作用43加入 Log46Log 配置（UART 作為輸出終端）47Log 配置（RTT 作為輸出終端）484.2.初始化 APP 定時(shí)器524.2.1.APP 定時(shí)器作用5.2.3.加入APP 定時(shí)器初始化代碼53本節(jié)留下的

4、問(wèn)題534.3.指示燈初始化5..3.指示燈作用54編寫(xiě)指示燈初始化代碼54本節(jié)留下的問(wèn)題5.初始化和運(yùn)行電源管理55BLE 協(xié)議棧初始化5..3.初始化步驟56配置低頻時(shí)鐘62BLE 協(xié)議棧使能和內(nèi)存配置644.6.配置 GAP 參數(shù)6...4.6.5.GAP 作用67GAP.68GAP 安全模式70GAP 服務(wù)71代碼編寫(xiě)80.GATT 初始化82廣播初始化8..3.配置廣播數(shù)據(jù)和模式83編寫(xiě)代碼85本節(jié)留下的問(wèn)題874.9.服

5、務(wù)初始化8.9.2.初始化排隊(duì)寫(xiě)入模塊87本節(jié)留下的問(wèn)題884.10.連接參數(shù)協(xié)商初始化8.0.3.連接參數(shù)協(xié)商88連接參數(shù)協(xié)商模塊的參數(shù)和.89編寫(xiě)代碼92.啟動(dòng)廣播93實(shí)驗(yàn)步驟94第四章：全面掌握廣播981.2.3.學(xué)習(xí)目的98基本概念和流程98廣播數(shù)據(jù)包報(bào)文結(jié)構(gòu)9...前導(dǎo)100接入地址100報(bào)頭100長(zhǎng)度102數(shù)據(jù)(AdvData)102校驗(yàn)1044.5.廣播可以包含的數(shù)據(jù)104設(shè)備地址1055.1.公共地址1065.2.隨機(jī)地址10..3.隨機(jī)

6、靜態(tài)地址107不可私有地址110可私有地址1135.3.隨機(jī)靜態(tài)地址讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)1.3.2.代碼編寫(xiě)113實(shí)驗(yàn)步驟1145.4.設(shè)置私有地址實(shí)驗(yàn)1.4.2.代碼編寫(xiě)115實(shí)驗(yàn)步驟1166.本地設(shè)備名稱1.使用本地名稱的步驟118廣播中加入設(shè)備名稱實(shí)驗(yàn)1.2.2.代碼編寫(xiě)119實(shí)驗(yàn)步驟1207.外觀1.加入外觀的步驟122廣播中加入外觀實(shí)驗(yàn)1.2.2.代碼編寫(xiě)123實(shí)驗(yàn)步驟1258.9.Flags126等級(jí)12.等級(jí)的定義127等級(jí)實(shí)驗(yàn)127廣播中加入.2.2.代

7、碼編寫(xiě)127實(shí)驗(yàn)步驟12810.服務(wù)的 UUID129.10.3.UUID129加入服務(wù)UUID 的步驟130廣播中加入 UUID 列表實(shí)驗(yàn)1330.3.2.代碼編寫(xiě)133實(shí)驗(yàn)步驟13411.服務(wù)數(shù)據(jù)136服務(wù)數(shù)據(jù)的定義136加入服務(wù)UUID 的步驟136加入服務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)138...代碼編寫(xiě)138實(shí)驗(yàn)步驟13912.從設(shè)備連接間隔范圍140.12.3.從設(shè)備連接間隔范圍定義140加入從設(shè)備連接間隔范圍的步驟141廣播中加入從設(shè)備連接間隔范圍實(shí)驗(yàn)142.3.2.代碼編寫(xiě)143

8、實(shí)驗(yàn)步驟14413.廠商自定義數(shù)據(jù)145.13.3.廠商自定義數(shù)據(jù)的定義145加入廠商自定義數(shù)據(jù)的步驟145廣播中加入廠商自定義數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)1473.3.2.代碼編寫(xiě)147實(shí)驗(yàn)步驟148第五章：創(chuàng)建定時(shí)任務(wù)150.學(xué)習(xí)目的150APP 定時(shí)器150使用APP 定時(shí)器151機(jī)創(chuàng)建定時(shí)任務(wù)實(shí)驗(yàn)15....1.6.添加需要的文件155頭文件和路徑設(shè)置155工程配置156代碼編寫(xiě)157硬件連接161實(shí)驗(yàn)步驟1615.BLE 應(yīng)用創(chuàng)建定時(shí)任務(wù)實(shí)驗(yàn)16..3.代碼編寫(xiě)162硬

9、件連接163實(shí)驗(yàn)步驟163第六章：實(shí)現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Profile1651.2.學(xué)習(xí)目的165配置文件、服務(wù)和特征16.2.3.Profile(配置文件)165Service(服務(wù))166Characteristic(特征) 和描述符1673.需求描述16. 170需求表和依據(jù)17.....7.廣播數(shù)據(jù)172廣播參數(shù)172首選連接參數(shù)和連接參數(shù)協(xié)商173GAP 服務(wù)173包含的服務(wù)174數(shù)據(jù)傳輸175皮膚接觸檢測(cè)狀態(tài)更新1784.代碼實(shí)現(xiàn)17...新建

10、文件和路徑設(shè)置178工程配置180廣播數(shù)據(jù)和廣播參數(shù)180首選連接參數(shù)和連接參數(shù)協(xié)商182GAP 服務(wù)183添加心率服務(wù)18...6.1.3.心率服務(wù)結(jié)構(gòu)體185心率服務(wù)初始化結(jié)構(gòu)體185定義心率服務(wù)實(shí)例186初始化心率服務(wù)1894.7.加入設(shè)備信息服務(wù)19..3.定義服務(wù)句柄變量196設(shè)備信息服務(wù)初始化結(jié)構(gòu)體196初始化設(shè)備信息服務(wù)1975.數(shù)據(jù)和傳感器接觸狀態(tài)更新199心率測(cè)量特征通知199傳感器接觸狀態(tài)更新204驗(yàn)證20.6.第十一章：固件更新（DFU）2097.1.學(xué)習(xí)目的209概述2091.1.

11、.DFU 功能的重要性209Nordic Secure DFU209相關(guān)術(shù)語(yǔ)、縮略詞2102.3.需要的工具軟件210操作步驟(詳細(xì)版)2.安裝 gcc-arm-none-eabi211安裝 MinGW2..3.安裝214配置環(huán)境變量216驗(yàn)證安裝是否。. 2.工程中加入 micro-ecc 源碼218生成 micro_ecc_lib_nrf52.lib2.4.2.生成步驟218該步驟問(wèn)題總結(jié)2203.5.安裝 python-2.72...安裝221

12、配置環(huán)境變量。224驗(yàn)證安裝是否。. 225該步驟問(wèn)題總結(jié)2263.6.安裝 pc-nrfutil 和生成 key22.6.2.安裝 pc-nrfutil226生成 private key 和 public key2273.7.編譯和燒寫(xiě) Bootloader22.7.2.編譯Bootloader228燒寫(xiě)B(tài)ootloader22.升級(jí)文件打包229執(zhí)行DFU23.9.2.首次無(wú)線DFU231再次無(wú)線DFU2334.代碼的燒寫(xiě)和合并23.生成 settings 和代碼的燒寫(xiě)235使用 mergehex 合并燒寫(xiě)23

13、65.BLE 串口透?jìng)髦屑尤隓FU 服務(wù)23..5.5.需要加入的文件和的頭文件238工程配置239使能 logs241需要增加的代碼241該步驟問(wèn)題總結(jié)246參考文獻(xiàn)247修訂歷史Revision Records日期Date版本Version編制Written By審核Checked By說(shuō)明Explanation2018.10.27A強(qiáng)光手電飛宇以 SDK15.2 為基礎(chǔ)編寫(xiě)B(tài)LE開(kāi)發(fā)。第一章：藍(lán)牙 BLE 技術(shù)簡(jiǎn)介1.學(xué)習(xí)目的1.本章的目的是為了讓讀者對(duì)低功耗藍(lán)牙技術(shù)有個(gè)大致的了解，尤其對(duì)于初次接觸低功耗藍(lán)牙的讀者，應(yīng)當(dāng)先對(duì) BLE 有一個(gè)總體的了解，熟悉

14、BLE 的一些常用概念，這些基本的概念對(duì)于后續(xù)的編程很重要。通過(guò)本章，讀者應(yīng)了解什么是單模和雙模、BLE 和藍(lán)牙 4.x 的區(qū)別以及藍(lán)牙 5.0 的三大特點(diǎn)等概念。2.2.藍(lán)牙技術(shù)的nl藍(lán)牙的創(chuàng)始人是瑞典愛(ài)立信公司。愛(ài)立信早在 1994 年就已進(jìn)行研發(fā)。1997 年，愛(ài)立信與其他設(shè)備生產(chǎn)商，并激發(fā)了他們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的濃厚。l1998 年 2 月，5 個(gè)大公司，包括愛(ài)立信、諾基亞、IBM、東芝及 Intel 組成了一個(gè)l特殊小組（SIG），他們共同的目標(biāo)是建立一個(gè)全球性的小范圍無(wú)線通信技術(shù)，即現(xiàn)在的藍(lán)牙。藍(lán)牙技術(shù)是以 10 世紀(jì)的一位丹麥國(guó)王命名的?！八{(lán)牙(Bluetooth)”一詞來(lái)源于 10

15、世紀(jì)的丹麥國(guó)王Harald Blåtand（英文姓名為 HaroldnBluetooth）。這位國(guó)王將四分五裂的局面統(tǒng)一起來(lái)的行為，與這種傳輸技術(shù)將各種設(shè)備無(wú)線連接起來(lái)，有相似的地方。為了紀(jì)念他，SIG 將的無(wú)線技術(shù)取名“藍(lán)牙”。2.1. 什么是藍(lán)牙低功耗(BLE)BLE 是藍(lán)牙低功耗的簡(jiǎn)稱（Bluetooh Low Energy）。藍(lán)牙低功耗(BLE)技術(shù)是低成本、短距離、可互操作的魯棒性無(wú)線技術(shù)，工作在免就設(shè)計(jì)為超低功耗(ULP)無(wú)線技術(shù)。它利用許多智能l 低成本，低功耗。l 快速啟動(dòng)，瞬間連接。最快 3ms 低延遲。l 傳輸距離的提高。的 2.4GHz ISM 射頻頻段。它從一

16、開(kāi)始最大限度地降低功耗。l 高安全性。使用 AES-128 加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)加密認(rèn)證。藍(lán)牙低功耗在短距離無(wú)線通信領(lǐng)域占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，在很多應(yīng)用場(chǎng)合均可見(jiàn)到藍(lán)牙低功耗的身影：l 醫(yī)療和健康設(shè)備，如血糖儀、數(shù)字血壓計(jì)、血?dú)庥?jì)、心率監(jiān)視器、數(shù)字體溫計(jì)等。l 運(yùn)動(dòng)休閑，如心率監(jiān)測(cè)儀、體溫計(jì)、計(jì)步器、節(jié)拍器、測(cè)高儀等。l 鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、。l Beacons。l 智能家居，如燈光全性解決方案。、溫度、濕度、安全鎖、門(mén)窗的低功耗、高安2.2. 藍(lán)牙版本及 4.0 和 BLE 的關(guān)系藍(lán)牙技術(shù)： (Bluetooth Special Interest Group, SIG)，是藍(lán)牙規(guī)格版本及藍(lán)牙技術(shù)的管

17、理者，本身不負(fù)責(zé)具體的藍(lán)牙主要的版本：的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)等。藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了下面幾個(gè)1.2.3.藍(lán)牙 1.0：基本碼率，Basic Rate，BR。藍(lán)牙 2.0：增強(qiáng)碼率，Enhanced Data Rata，EDR。藍(lán)牙 3.0：引入全新的交替射頻技術(shù)(AMP:Alternate MAC/PHY)，藍(lán)牙協(xié)議棧針對(duì)任一任務(wù)動(dòng)態(tài)地選擇正確射頻，通過(guò)瞬間使用消費(fèi)者設(shè)備中已存在的輔助無(wú)線電提供更快的吞吐量。藍(lán)牙 4.0 是第一個(gè)綜合性規(guī)范，其加入了全新的藍(lán)牙低功耗技術(shù)，即藍(lán)牙 4.0 集三種規(guī)格于一體，最重要的特點(diǎn)就是省電，可以使一粒紐扣電池連續(xù)工作數(shù)年。4.圖 1-1：藍(lán)牙 4.0 技術(shù)規(guī)范藍(lán)牙 4

18、.0 包括三個(gè)子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速藍(lán)牙技術(shù)和新的藍(lán)牙低功耗技術(shù)。BLE是藍(lán)牙 4.0 的一部分。最常見(jiàn)的兩種藍(lán)牙規(guī)格：BR/EDR 和BLE。5.藍(lán)牙 4.2 提升了 BLE 數(shù)據(jù)傳輸速度，支持長(zhǎng)包傳輸，單個(gè)數(shù)據(jù)包最大可傳輸 255 個(gè)字節(jié)。同時(shí)了隱私保護(hù)程度。6.藍(lán)牙 5.0 相對(duì)于藍(lán)牙 4.2，具有 2 倍的數(shù)據(jù)速率、4 倍的覆蓋范圍和 8 倍的廣播能力。l 高速模式：支持 2Mbps 數(shù)據(jù)速率，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)吞吐量翻倍。l 遠(yuǎn)距模式：通過(guò) 500kbps 和 125kbps 速率的全新編碼物理層 (PHY) 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋。l 廣播擴(kuò)展：藍(lán)牙 BLE 有 3 個(gè)廣播信道，之前的藍(lán)牙

19、BLE 版本中廣播載荷通過(guò)全部三個(gè)廣播通道進(jìn)行，藍(lán)牙 5.0 中這三個(gè)通道僅用于指針，顯示載荷的時(shí)間和地點(diǎn)，廣播載荷僅在一個(gè)數(shù)據(jù)通道上傳輸一次。2.3. 藍(lán)牙的三種標(biāo)志和設(shè)備類型1.藍(lán)牙的三種標(biāo)志(Logo)為了更好地區(qū)分藍(lán)牙的版本，SIG 發(fā)布了三種標(biāo)志用于人們分辨這三個(gè)版本之間的區(qū)別和兼容性，圖 1-2：藍(lán)牙的三種標(biāo)志Bluetooth Smart Ready：適用于任何雙模藍(lán)牙 4.0 的電子，如蘋(píng)果公司4Sl及以后的和安裝了安卓 4.3 以上的系統(tǒng)，并且藍(lán)牙支持 4.0 的。Bluetooth Smart：?jiǎn)文ＴO(shè)備，如智能手環(huán)。標(biāo)準(zhǔn)Bluetooth：傳統(tǒng)藍(lán)牙設(shè)備，如用于傳輸語(yǔ)音的藍(lán)牙

20、耳機(jī)。ll2.設(shè)備類型低功耗藍(lán)牙分為單模（Bluetooth Smart）和雙模（Bluetooth Smart Ready）兩種設(shè)備： 單模設(shè)備：只支持藍(lán)牙低功耗 (BLE)，如用 nRF51822 開(kāi)發(fā)的藍(lán)牙設(shè)備即為單模設(shè)備， 單模設(shè)備對(duì)低功耗的要求很高。雙模設(shè)備：既支持傳統(tǒng)藍(lán)牙也支持藍(lán)牙低功耗，這兩種技術(shù)使用同一個(gè)射頻前端和天線，雙模設(shè)備一般都有足夠的供電能力，對(duì)低功耗的要求不高。ll圖 1-3：典型的單模和雙模設(shè)備兼容性l圖 1-4：?jiǎn)文：碗p模設(shè)備的兼容性雙模設(shè)備之間：可以通過(guò) LE 通信，也可以通過(guò)傳統(tǒng)藍(lán)牙通信；雙模設(shè)備和單模設(shè)備通過(guò) LE 通信；雙模設(shè)備和傳統(tǒng)藍(lán)牙通過(guò)傳統(tǒng)藍(lán)牙通信。

21、單模設(shè)備之間：通過(guò) LE 通信。傳統(tǒng)藍(lán)牙：通過(guò)傳統(tǒng)藍(lán)牙通信。單模設(shè)備和傳統(tǒng)藍(lán)牙：不能通信。lll2.4. BLE 的體系結(jié)構(gòu)藍(lán)牙低功耗包含三個(gè)部分：器、主機(jī)和應(yīng)用程序。圖 1-5：BLE 體系結(jié)構(gòu)1.l物理層(Physical Layer)調(diào)制方式：GFSK，高斯頻移鍵控。工作在 2.4GHz ISM 頻段。頻率范圍：2.400-2.4835 GHzISM 頻段：(Industrial Scientific Medical Band)主要是開(kāi)放給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用 3 個(gè)主要ll機(jī)構(gòu)使用的頻段。ISM 頻段屬于無(wú)（Free License）頻段。2.4G ISM 頻段是唯一一個(gè)在所有都無(wú)需的頻段

22、，只需要遵守一定的即可。我們熟知的無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、ZigBee 等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，均可工作在 2.4GHz ISM 頻段上。2.4G 被劃分為 40 個(gè)RF 信道(f=2402+k*2 MHz, k=0, ,39)，信道間隔 2MHz，其中： 廣播信道：3 個(gè)，固定。數(shù)據(jù)信道：37 個(gè)，自適應(yīng)跳頻。無(wú)線速率：1Mbps、2Mbps。ll2.鏈路層(LL)鏈路層負(fù)責(zé)廣播、掃描、建立和維護(hù)連接，以及確保數(shù)據(jù)包按照正確的方式組織、正確地校驗(yàn)值和加密序列等。1)鏈路層狀態(tài)機(jī)圖 1-6：鏈路層狀態(tài)機(jī)鏈路層設(shè)備有 5 種狀態(tài)：l 就緒態(tài)：上電后，鏈路層進(jìn)入并保持就緒態(tài)，直到接收到主機(jī)態(tài)，處于其它狀 態(tài)下都可以

23、進(jìn)入到此狀態(tài)。令。狀態(tài)機(jī)的中心狀l 廣播態(tài)：廣播報(bào)文和掃描響應(yīng)。l 掃描態(tài)：偵聽(tīng)廣播設(shè)備。l 發(fā)起態(tài)：發(fā)起連接。l 連接態(tài)：唯一一個(gè)用到數(shù)據(jù)信道的狀態(tài)，兩個(gè)設(shè)備只有在連接態(tài)中才能互相傳送數(shù)據(jù)。鏈路層可能同時(shí)存在多個(gè)鏈路，同時(shí)擁有多個(gè)成為主從機(jī)。的狀態(tài)機(jī)，但是鏈路層永遠(yuǎn)不能同時(shí)鏈路層狀態(tài)機(jī)有助于我們清晰相關(guān)概念，如設(shè)備上電后，他不可能直接進(jìn)入到連接態(tài)，必須由廣播態(tài)或發(fā)起態(tài)才能進(jìn)入到連接態(tài)。² 需要特別注意的是：這里說(shuō)的是鏈路層的狀態(tài)機(jī)，而不是整個(gè)系統(tǒng)的。2)鏈路層信道圖 1-7： 鏈路層信道廣播信道：37 、38、39，對(duì)應(yīng)的中心頻率是 2402MHz，2426MHz，2480MHz。

24、廣播信道之間至少相差 24MHz。每次廣播，都會(huì)在 3 個(gè)信道上將廣播數(shù)據(jù)一次，這能有效地避免干擾，即使一個(gè)信道存在干擾，另外的信道也可以很好地工作，而三個(gè)信道同時(shí)的情況極少。擾² 為什么廣播信道是 3 個(gè)，而不是？廣播信道越多，各個(gè)信道同時(shí)受到干擾的幾率越小性越強(qiáng)。但是廣播信道越多，發(fā)射數(shù)據(jù)占用的時(shí)間就越長(zhǎng)，功耗也就越高。所以，在綜合考慮SIG 將廣播設(shè)定為 3 個(gè)。性和功耗的情況下，3.主機(jī)主機(jī)器接口(HCI)器接口HCI(Host controller interface)在 Host 和Controller 之間提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的接口，該層可以由應(yīng)用程序接口 API 實(shí)現(xiàn)或者使

25、用硬件接口UART、SPI 或 USB 來(lái)。器通過(guò) HCI數(shù)據(jù)和給主機(jī)，主機(jī)通過(guò)HCI命令和數(shù)據(jù)給器。4.l邏輯鏈路和適配協(xié)議(L2CAP)L2CAP 層向上層提供數(shù)據(jù)封裝服務(wù)，從而使邏輯上端到端的數(shù)據(jù)通信。L2CAP 提供可復(fù)用，分割和重組的面向連接或者無(wú)連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。L2CAP 數(shù)據(jù)包可l以達(dá)到 64K。L2CAP每個(gè) L2CAP 通道流控和重傳。5.安全管理層(SM)安全管理層 SM(Security Manager)提供配對(duì)和密鑰的分發(fā)。6.屬性協(xié)議(ATT)屬性協(xié)議(ATT)規(guī)定了怎樣去對(duì)端設(shè)備的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在屬性服務(wù)器的“屬性”里，供屬性客戶端進(jìn)行讀寫(xiě)操作。7.通用屬性配置文件(G

26、ATT)通用屬性配置文件(GATT)建立在屬性協(xié)議的基礎(chǔ)上，GATT 通過(guò)使用 ATT 協(xié)議層定義了如何發(fā)現(xiàn)與使用服務(wù)、特征和描述符的標(biāo)準(zhǔn)方法。nl客戶端與服務(wù)器架構(gòu)：GATT 定義了兩個(gè)：服務(wù)器和客戶端。服務(wù)器：客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)，就是數(shù)據(jù)中心。客戶端：從服務(wù)器讀寫(xiě)應(yīng)用數(shù)據(jù)，就是數(shù)據(jù)者。l²特別注意：下面三個(gè)概念是完全的，他們是不同的層。如主機(jī)既可以是GATT客戶端，也可以是 GATT 服務(wù)器。而從機(jī)也一樣，既可以是 GATT 客戶端，也可以是GATT 服務(wù)器。服務(wù)器：客戶端提供數(shù)據(jù)服務(wù)，就是數(shù)據(jù)中心?？蛻舳耍簭姆?wù)器讀寫(xiě)應(yīng)用數(shù)據(jù)，就是數(shù)據(jù)者。l主機(jī)、從機(jī)：設(shè)備、層。設(shè)備：GAP

27、定義的l。l8.通用配置文件(GAP)GAP 層負(fù)責(zé)處理設(shè)備的接入方式和過(guò)程，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)，鏈路建立，鏈路終止以及實(shí)現(xiàn)綁定。9.應(yīng)用層應(yīng)用層定義了三種種類型：特征（characteristic）、服務(wù)（service）和配置文件（profile）。特征：采用已知格式、以通用唯一識(shí)別碼（UUID）作為表示的一個(gè)小塊數(shù)據(jù)，由于特征要求能夠重復(fù)使用，因而設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有涉及行為，特征被定義為計(jì)算機(jī)的可讀格式，當(dāng)l計(jì)算機(jī)遇到一個(gè)從未接觸過(guò)的特征時(shí)，計(jì)算機(jī)可以去更新這個(gè)特征的規(guī)則，從而正確特征，并向用戶展示的特征。服務(wù)：服務(wù)是人類可讀的一組特征及其相關(guān)的行為規(guī)范，只定義了位于服務(wù)器上的相關(guān)特性和行為，而不定義

28、客戶端的行為。服務(wù)有兩種類型，首要服務(wù)和次要服務(wù)，一個(gè)服務(wù)是首要服務(wù)還是次要服務(wù)取決于服務(wù)的定義，首要服務(wù)表征一個(gè)給定的設(shè)備主要做些什么。正是通過(guò)這些服務(wù)，用戶才了解到該設(shè)備是做什么的。次要服務(wù)是那些協(xié)助主要業(yè)務(wù)或其他次要服務(wù)的服務(wù)。l配置文件：是用例或應(yīng)用的最終體現(xiàn)。配置文件是描述一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的說(shuō)明，每一個(gè)設(shè)備提供一個(gè)或多個(gè)服務(wù)，配置文件描述了如何發(fā)現(xiàn)和連接設(shè)備，從而為每臺(tái)設(shè)備確定了拓展結(jié)構(gòu)，配置文件還描述的客戶端的行為，用于發(fā)現(xiàn)服務(wù)和服務(wù)特性。l2.5. BLE 廣播、掃描和連接2.5.1.廣播l 通用廣播：最常用的廣播方式，可以被掃描，接收到連接請(qǐng)求時(shí)可以作為從設(shè)備進(jìn)入一個(gè)連接。l 定

29、向廣播：于快速建立連接的需求，定向廣播會(huì)占滿整個(gè)廣播信道，數(shù)據(jù)凈荷只包含廣播者和發(fā)起者地址，發(fā)起者收到發(fā)給的定向廣播后，會(huì)立即連接請(qǐng)求。l 不可連接廣播：廣播數(shù)據(jù)，而不進(jìn)入連接態(tài)。l 可發(fā)現(xiàn)廣播：不可連接，但可以響應(yīng)掃描。BLE 廣播間隔：是指兩次廣播之間的最小時(shí)間間隔，一般取值范圍在 20ms-10.24S之間，鏈路層會(huì)在每次廣播時(shí)間期間產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)廣播延時(shí)時(shí)間（0ms-10ms）。2.5.2.掃描每次掃描，設(shè)備打開(kāi)間參數(shù)掃描窗口和掃描間隔：去廣播設(shè)備，這稱為一個(gè)掃描，掃描有兩個(gè)時(shí)l 掃描窗口(scan window)：一次掃描進(jìn)行的時(shí)間寬度。l 掃描間隔(scan interval)：兩個(gè)

30、連續(xù)的掃描窗口的起始時(shí)間之間的時(shí)間差，包括掃描休息的時(shí)間和掃描進(jìn)行的時(shí)間。圖 1-8：掃描間隔和掃描窗口2.5.3.連接接是指主設(shè)備和從設(shè)備之間相互數(shù)據(jù)包的過(guò)程。ll 所有的都是通過(guò)連接來(lái)完成。l 每個(gè)發(fā)生在某個(gè)數(shù)據(jù)通道（036）。接中，主從設(shè)備依靠連接交換數(shù)據(jù)。ll 設(shè)備連接后，無(wú)論有無(wú)數(shù)據(jù)收發(fā)，連接直到一方停止響應(yīng)。都在按照設(shè)置的連接參數(shù)周而復(fù)始的進(jìn)行著，l 主機(jī)與從機(jī)可在單次連接進(jìn)行多次數(shù)據(jù)傳輸。圖 1-9：連接1)l連接參數(shù)連接間隔：必須是 1.25ms 的倍數(shù)，范圍是從最小值 6（7.5ms）到最大值 3200（4.0s）。間隔參數(shù)包括兩個(gè) 16 位的值，第一個(gè)為最小連接間隔，第二個(gè)

31、為最大連接間隔。從機(jī)延遲：這個(gè)參數(shù)描述了從機(jī)跳過(guò)連接的次數(shù)。這使設(shè)備具有一定的靈活性，l如果它不具有任何數(shù)據(jù)傳送，它可以選擇跳過(guò)連接，并保持睡眠，從而提供了一些積蓄力量。這一決定取決于設(shè)備。之間間隔的最大值。如果超過(guò)這個(gè)時(shí)間還未出現(xiàn)成監(jiān)督超時(shí)：這是兩個(gè)的連接l功的連接，那么設(shè)備將會(huì)考慮失去連接，返回一個(gè)未連接狀態(tài)。這個(gè)參數(shù)值使用10ms 的步進(jìn)(10ms 的倍數(shù))。監(jiān)督超時(shí)時(shí)間從最小 10（100ms）到最大 3200（32.0s）。同時(shí)超時(shí)時(shí)間必須大于有效連接。2)連接參數(shù)和功耗、傳輸速度的關(guān)系不同的應(yīng)用也許需要不同的連接間隔，一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的連接間隔將會(huì)節(jié)約的能量，因?yàn)樵O(shè)備可以在兩個(gè)連接之間睡

32、眠更長(zhǎng)的時(shí)間。但是他會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不及時(shí)，如果有數(shù)據(jù)要那么他只能夠在下一次連接到來(lái)時(shí)才能被。表 1-1：連接參數(shù)和功耗、傳輸速度的關(guān)系2.6. Profile、Service 、Characteristic 和 UUID1.profile（配置文件）profile 是 Service 的集合，它是預(yù)定義的，并不是實(shí)際存在于設(shè)備中，所以在設(shè)備的代碼中，我們看不到 profile 的實(shí)現(xiàn)代碼。Profile 分為標(biāo)準(zhǔn)的和自定義的，標(biāo)準(zhǔn)的 profile短連接間隔高功耗，高數(shù)據(jù)吞吐量，等待時(shí)間短。長(zhǎng)連接間隔低功耗，低數(shù)據(jù)吞吐量，等待時(shí)間長(zhǎng)。低或者 0 潛伏值從機(jī)在沒(méi)有數(shù)據(jù)的情況下高功耗，從機(jī)可以快速的收

33、到主機(jī)的數(shù)據(jù)。高潛伏值從機(jī)在沒(méi)有數(shù)據(jù)的情況下可以低功耗；從機(jī)無(wú)法及時(shí)收到主機(jī)的數(shù)據(jù)，但主機(jī)收到從機(jī)的數(shù)據(jù)。是由 SIG 定義和發(fā)布的，如心率 profile、防丟 profile，自定義的 profile 是由開(kāi)發(fā)者定如義，如 SDK 中的藍(lán)牙串口透?jìng)鞯?profile。標(biāo)準(zhǔn)的 profile 可以在 SIG 的下：https:/specifications/gatt上查到，一個(gè) profile 文件可以包含一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)，如心率 profile 包含了Heart Rate Service（心率服務(wù)）和 Device Information Service（設(shè)備信息服務(wù)），從 SIG上心率

34、profile，打開(kāi)后可以看到心率傳感器服務(wù)需求表格，由表中可以看到心率 profile 規(guī)定必須包含HeartRate Service 和Device Information Service。M：強(qiáng)制要求的。2.Service（服務(wù)）服務(wù)是一組特征和它們公開(kāi)的行為的集合，一個(gè)服務(wù)可以包含一個(gè)或多個(gè)特性。Service也分為標(biāo)準(zhǔn)的和自定義的，標(biāo)準(zhǔn)的 Service 是由 SIG 定義和發(fā)布的，如心率 Service、防丟Service，自定義的 Service 是由開(kāi)發(fā)者定義，如 SDK 中的藍(lán)牙串口透?jìng)鞯?Service。標(biāo)準(zhǔn)的 Service 可以在SIG 的上查到（同 profile）。

35、3.Characteristic（特征）特征是具有特定意義的數(shù)值，如心率、溫度值等等。BLE 主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)際傳輸?shù)木褪翘卣髦怠?.UUIDUUID(Universally Unique Identifier)是一個(gè) 128 位的數(shù)字，用來(lái)標(biāo)志屬性的類型。Service和 Characteristic 都是一種屬性，都需要一個(gè)唯一的UUID 來(lái)標(biāo)識(shí)。既然UUID 是 128 位的數(shù)字，那么為什么有 16 位的 UUID？ 因?yàn)?28 位的UUID 相當(dāng)長(zhǎng)，設(shè)備間為了識(shí)別數(shù)據(jù)的類型需要長(zhǎng)達(dá)16 字節(jié)的數(shù)據(jù)。為了提高傳輸效率，藍(lán)牙技術(shù)(SIG)定義了一個(gè)“UUID 基數(shù)”，結(jié)合一個(gè)較短的

36、16 位數(shù)使用。二者仍然遵循通用唯一識(shí)別碼的分配規(guī)則，只不過(guò)在設(shè)備間傳輸常用的 UUID 時(shí)，只較短的 16 位版本，接收方收到后補(bǔ)上藍(lán)牙 UUID 基數(shù)即可。第二章：新建 BLE 工程模板1.學(xué)習(xí)目的藍(lán)牙BLE 工程模板是學(xué)習(xí) NORDIC 藍(lán)牙BLE 程序開(kāi)發(fā)的切入點(diǎn)，BLE 工程模板完成了 Nordic BLE 程序開(kāi)發(fā)的基本框架，功能類似于一個(gè) BLE 的“最小系統(tǒng)”。通過(guò)本章的新建BLE 工程模板，我們需要了解和掌握以下內(nèi)容：1.2.3.了解BLE 工程的建立過(guò)程和配置項(xiàng)目。了解對(duì)于一個(gè)基本的 BLE 工程，需要加入哪些文件以及這些文件在工程中的分組。掌握利用 MDK 新建協(xié)議?！癟

37、arget”的方法，建立協(xié)議棧“Target”后，即可使用 MDK協(xié)議棧 HEX 文件。（該方式不僅可以載其他 HEX 文件均可參考此方法）。協(xié)議棧 HEX 文件，如需要使用 MDK 下2.新建BLE 工程模板2.1.工程目錄和 機(jī)新建工程一樣，在建立工程之前，我們需要先考慮一下工程文件的組織，也就是工程文件在計(jì)算機(jī)中的存放目錄。清晰的工程目錄既方便我們管理工程中的各個(gè)文件，也方便日后的維護(hù)和移植，我們可以根據(jù)的習(xí)慣和喜好來(lái)建立的工程目錄，但是也不要太隨意，文件目錄應(yīng)該一目了然，目錄中各個(gè)文件夾的名字要能準(zhǔn)確地指示里面的內(nèi)容。下面是我們建立工程時(shí)使用的工程目錄，供大家參考，其中：nnApp 文

38、件夾：用于存放 main.c 文件和我們Project 文件夾：編寫(xiě)的應(yīng)用程序文件。l Config 文件夾：用于存放工程配置向?qū)В╯dk_config.h）。l mdk5 文件夾：用于存放工程文件。doc 文件夾：用于存放說(shuō)明之類的文檔。components、integration、modules 等：從SDK 中拷貝的庫(kù)文件。nn圖 2-1：工程存放目錄2.2. 建立工程目錄、拷貝庫(kù)文件按照上文中描述的工程目錄新建用于存放工程各個(gè)模塊的文件夾。先在 D 盤(pán)新建一個(gè)名字為 ble_app_templete 的文件夾，然后在這個(gè)文件夾下面新建 3 個(gè)名字分別為 project、doc 和 ap

39、p 的文件夾，之后在 project 文件夾里面再新建 config 和 mdk5 兩個(gè)文件夾，其中 config 文件夾用于存放工程配置向?qū)В╯dk_config.h），mdk5 文件夾用于存放工程文件。之后，解壓 SDK.15.2，并將需要的庫(kù)文件（包含 components、integration、modules 和external 文件）拷貝到BLE 工程模板目錄下，如下圖所示。圖 2-2：拷貝庫(kù)文件2.3. 新建工程建立工程存放文件夾和拷貝庫(kù)文件之后，我們就可以開(kāi)始建立工程了。工程名取為：ble_app_templete_s132（這樣取名是為了符合 Nordic 的 SDK 命名規(guī)

40、則， 其中 ble 表示這是一個(gè)ble 的工程，app 表示應(yīng)用程序，templete 表示模板，s132 表示使用的協(xié)議棧是 s132），工程存放到 D 盤(pán) ble_app_templete 文件夾。1.啟動(dòng) MDK，點(diǎn)擊【Project】，在彈出的下拉菜單中選擇【New uVision Project】。圖 2-3：新建工程窗口2.設(shè)置工程名和工程保存路徑，設(shè)置完成后點(diǎn)擊【保存】。²工程路徑和工程名設(shè)置注意事項(xiàng)：工程路徑和工程名不能包含漢字字符(雖然有些計(jì)算機(jī)使用漢字字符沒(méi)有問(wèn)題，但是還是建議不要使用漢字字符，因?yàn)?MDK 對(duì)漢字字符的支持比較差)，同時(shí)路徑不要過(guò)深，否則打開(kāi)工程

41、或時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。圖 2-4：設(shè)置工程路徑和工程名保存后，工程名稱是：ble_app_templete_s132，工程保存路徑是：“ble_app_templeteprojectmdk5 ble_app_templete_s132”。3.保存工程后，會(huì)彈出器件選擇窗口，選擇好器件后點(diǎn)擊【確定】。開(kāi)發(fā)板上使用的 nRF52832 型號(hào)是：nRF52832-QFAA，所以，在下圖的器件列表中需要選擇這個(gè)型號(hào)。選中器件后，右邊的文本框中會(huì)顯示該器件的描述信息。圖 2-5：選擇器件4.配置 RTE(Run-Time Environment)，選擇完成后點(diǎn)擊【OK】。勾選兩個(gè)必選項(xiàng)：CMSIS 中的C

42、ORE 和DEVICE 中的 StartUp。注意他們的版本號(hào)，SDK版本不一樣，對(duì)應(yīng)的 CMSIS 和 StartUp 版本號(hào)可能會(huì)不一樣，本文使用的 SDK 版本是SDK15.2，SDK15.2 對(duì)應(yīng)的 CORE 版本是 4.5.0，StartUp 版本是 8.17.0。下圖中，我們可以看到CORE 的版本只能選擇 5.0.1，StartUp 版本只能選擇 8.17.0，這是因?yàn)榘惭bMDK5.23 時(shí)會(huì)自動(dòng)安裝 5.0.1 的 CORE，而 MDK 新建工程時(shí)只會(huì)顯示已安裝的最新的 CORE 和 StartUp 版本，所以，這里只能選擇這兩個(gè)版本。工程建立好了之后，我們可以在工程配置中修改

43、，以保持和 SDK15.2 一致，后面在工程配置章節(jié)會(huì)說(shuō)明修改方法。圖 2-6：配置 RTE² 注意事項(xiàng)：再次說(shuō)明一下，新建工程配置 RTE 時(shí)，對(duì)于 CORE 和 StartUp，MDK 會(huì)自動(dòng)選擇最新的版本，在這個(gè)步驟我們直接選擇最新版本，后面配置工程時(shí)再根據(jù)需要修改為需求的版本即可。5.管理 MDK 工程目錄。主要是添加組(也就是在 MDK 中添加文件夾)、修改組名稱和軟件包（pack），目的是為了目錄清晰，方便添加文件和管理文件。這里我們使用的工程目錄是參考 SDK 里面的 BLE工程的，這么做的好處是和 SDK 保持一致，以方便我們閱讀 SDK 里面的參考代碼。圖 2-7：

44、整理工程目錄1)l整理目錄時(shí)會(huì)用到下面幾個(gè)操作：修改組名稱：先選中需要修改名稱的組，然后單擊即可修改名稱。注意，不是雙擊。添加組：選中 Target(即整理后的目錄中的 IK-52832DK)，右鍵選中“Add Group”，即可添加一個(gè)組。調(diào)整組的順序（如果組中添加了文件，也可以在這里調(diào)整文件的順序）。點(diǎn)擊工程項(xiàng)目管理圖標(biāo)ll圖 2-8：打開(kāi)工程項(xiàng)目管理窗口按照下圖所示根據(jù)件的順序。的習(xí)慣調(diào)整組的順序，如果組中添加了文件，也可以調(diào)整組中文圖 2-9：調(diào)整組的順序2)管理軟件包：這里不需要過(guò)多操作，我們可以在這修改 StartUp 的版本和選擇是否自動(dòng)使用安裝的最新的軟件包。設(shè)置是否自動(dòng)使用安

45、裝的最新的軟件包：勾選“Use latest versions of all installed Software Packs”即可打開(kāi)自動(dòng)使用安裝的最新的l軟件包，不勾選即可以使用指定的版本。l 修改 StartUp 和 CORE 的版本：如我們的計(jì)算機(jī)中安裝了 Nordic nRF5x 幾個(gè)版本的器件包，就會(huì)顯示多個(gè)版本的器件包，因?yàn)?SDK15.2 使用的CMSISI 版本是 4.5，器件包版本是 8.17.0，所以我們要選擇 CMSIS 的版本是 4.5，器件包的版本是 8.17.0，同時(shí)去掉自動(dòng)選擇最新版本的勾選，如下圖所示。點(diǎn)擊下圖所示的圖標(biāo)，打開(kāi)軟件包管理窗口。圖 2-10：打開(kāi)

46、軟件包管理窗口圖 2-11：修改 StartUp 和 CORE 的版本這里設(shè)置下面 3 項(xiàng)，這么設(shè)置是為了讓我們建立的工程使用確定的軟件版本，這樣就可以避免因?yàn)樽詣?dòng)最新版本引起問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。l 關(guān)閉自動(dòng)使用最新的軟件包功能。l CMSIS 版本設(shè)置為 4.5.0，并設(shè)置版本fixed。l pack 版本設(shè)置為 8.17.0，并設(shè)置版本fixed。2.4. 添加需要的庫(kù)文件1.Board Definition 組“Board Definition”組中需要加入板卡定義文件“boards.c”，該文件于具體板卡，主要要用來(lái)定義板卡的指示燈、按鍵、IO 輸出電壓（僅 nRF52840 具有此功能）以及

47、常用的操作函數(shù)。對(duì)于 IK-52832DK 開(kāi)發(fā)板（兼容 Nordic 的 PCA10040），設(shè)計(jì)了 4 個(gè)指示燈和按鍵，在“boards.c”文件中，我們可以看到這些按鍵和指示燈的初始化函數(shù)以及一些基本功能如點(diǎn)亮、熄滅、翻轉(zhuǎn)的操作函數(shù)。表 2-1：“Board Definition”組中加入的文件2.Board Support 組“Board Support”組加入的是板卡支持包文件，即 BSP 文件，主要用于實(shí)現(xiàn)指示燈和按鍵的驅(qū)動(dòng)，如下表所示。表 2-2：“Board Support”組中加入的文件3.UTF8/UTF16 converter 組“UTF8/UTF16 converter

48、”組只需加入一個(gè)實(shí)現(xiàn) UTF8/UTF16 編碼轉(zhuǎn)換的文件，如下表所示。表 2-3：“UTF8/UTF16 converter”組中加入的文件4.nRF_BLE 組“nRF_BLE”組加入的是 BLE 相關(guān)的庫(kù)文件，如廣播、連接參數(shù)協(xié)、配對(duì)管理等等，“nRF_BLE”組中加入的文件如下表所示。表 2-4：“nRF_BLE”組中加入的文件文件名路徑ble_advdata.c. componentsblecommonble_conn_params.c. componentsblecommonble_conn_state.c. componentsblecommonmon.c. componentsblecommonble_advertising.c. componentsbleble_advertisingnrf_ble_gatt.c. componentsblenrf_ble_gattnrf_ble_qwr.c. componentsblenrf_ble_qwr文件名路徑utf.c. externalutf_converter文件名路徑bsp.c. components