【正文】 制及自適應(yīng)協(xié)議層、 安全管理層、屬性協(xié)議層、通用訪問配置文件層、通用屬性配置 文件層， 如圖 41 所示： 18 圖 41 藍(lán)牙 BLE 協(xié)議棧 藍(lán)牙 BLE協(xié)議棧采用分層思想將服務(wù)、接口和協(xié)議這三個概念明確地區(qū)分開來。 物理層（ Physical Layer）是 1Mbps 自適應(yīng)跳頻的 GFSK 射頻，工作于免許可證的 ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療）頻段。 廣告設(shè)備不需要建立連接就可以發(fā)送數(shù)據(jù)；而掃描設(shè)備收聽廣播設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)；發(fā)起連接的設(shè)備通過發(fā)送連接請求來回應(yīng)廣播設(shè)備，如果廣播設(shè)備接受連接請求，那么廣播設(shè)備與發(fā)起連接的設(shè)備將會進(jìn)入連接狀態(tài)。這一層可以是軟件 API 或硬件接口，如 UART、 SPI、 USB。 安全管理層（ Security Manager）定義了配對和密鑰方式，并為協(xié)議棧其它層與另一個設(shè)備之間的安全連接和數(shù)據(jù)交換提供服務(wù)。在 ATT 環(huán)境中，展示“屬性”的設(shè)備稱為服務(wù)器，與之配對的設(shè)備稱為客戶端。 通用屬性配置文件層（ Generic Attribute profile）是在 ATT 上面 的 一層結(jié)極，定義了使用 ATT 的 服務(wù)框架， GATT 規(guī)定了配置文件（鼎鼎有名 的 profile） 的 結(jié)極，在 BLE 中，所有被 profile 戒者服務(wù)用刡 的 數(shù)據(jù)塊都稱為“特性， characteristic”兩個建立連接的 設(shè)備之間的 所有數(shù)據(jù)通信都是通過 GATT 子程序處理，應(yīng)用程序和 profile 直接使用GATT 層。 操作系統(tǒng)抽象層 OSAL OSAL（操作系統(tǒng)抽象層） 是類似于一個系統(tǒng)的抽象層，但 它不是一個真正意義上的操作系統(tǒng)。 在任務(wù)設(shè)計時，需要將問題盡可能地分為多個任務(wù)，每個任務(wù)獨立完成某種功能，同時被賦予一定的優(yōu)先級，擁有自己的 CPU 寄存器和堆?？臻g。 保護(hù)共享資源最常用的方法是： ? 關(guān)中斷； ? 使用測試并置位指令； ? 禁止任務(wù)切換； ? 使用信號量。在藍(lán)牙 BLE 協(xié)議棧 中， OSAL 主要提供如下功能： ? 任務(wù)注冊、初始化和啟動； ? 任務(wù)間的同步、互斥； ? 中斷處理； ? 存儲器分配和管理； ? 提供定時器功能。 該變量的聲明為： uint8 taskCnt。 taskEvents：這是一個指針 ； 該變量的聲明為： uint16 *taskEvents。 taskArr：這是一個數(shù)組 ； 該數(shù)組的聲明為： pTaskEventHandlerFn taskArr[].這是一個函數(shù)指針，指向了對應(yīng)的事件處理函數(shù)。 硬件抽象層文件目錄如圖 42 所示： 圖 42 HAL 文件目錄 硬件抽象層文件目錄包括 HAL 驅(qū)動和 HAL 相關(guān)文件的頭文件， HAL 文件存放在三個不同的目錄之下， HAL Common 文件 夾包含協(xié)議棧、 MAC 和驅(qū)動中使用到相關(guān)配置文件。主要包括以下三個函數(shù)： HAL_Init（）它是 osaltaskadd 調(diào)用，以便在 OSAL 中注冊 HAL 的驅(qū)動； HALdriverInit（）它是 main（）函數(shù)調(diào)用來初始化硬件驅(qū)動。 HAL Include 文件夾包含 HAL 驅(qū)動及 HAL 相關(guān)文件的頭文件，如 圖 43 所示： 21 圖 43 Include 文件下頭文件 HAL Target 文件夾下的 Drivers 包含所有 HAL 驅(qū)動的“ .c”文件。 （ 1）通用訪問配置文件（ GAP）： BLE 協(xié)議棧中的 GAP 層負(fù)責(zé)處理設(shè)備訪問模式和程序，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、建立連接、終止連接、初始化安全特色和設(shè)備配置。 在典型的藍(lán)牙低功耗系統(tǒng)中，外部設(shè)備廣告特定的數(shù)據(jù)，來使集中器知道它是一個可以連接的設(shè)備。集中器收到廣告數(shù)據(jù)后，向外部設(shè)備發(fā)送掃描請求，然后外部設(shè)備將特定的數(shù)據(jù)回應(yīng)給集中器，稱為掃描回應(yīng)。此時，集中器可以向外部設(shè)備發(fā)起建 立連接的請求。 連接間隔 — 在兩個 BLE 設(shè)備的連接中使用跳頻機(jī)制，兩個設(shè)備使用特定的信道收發(fā)數(shù)據(jù)，然后過一段時間后再使用新的信道（鏈路層處理信道切換），兩設(shè)備在信道切換后收發(fā)數(shù)據(jù)稱之為連接事件。連接間隔就是兩個連接事件之間的時間間隔，連接間隔以 為單位，連接間隔的值是 6（ ） ~3200（ 4s）。長的時間間隔的優(yōu)勢是顯著地節(jié)省功耗，因為設(shè)備可以在連接事件之間有較長事件 的休眠，壞處是當(dāng)設(shè)備有應(yīng)用數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，必須要等到下一個連接事件；短的時間間隔優(yōu)勢是兩設(shè)備連接頻發(fā)，可以更快地收發(fā)數(shù)據(jù)，不利之處是設(shè)備因連接事件的到來而被頻繁地喚醒，會有較多功耗。 管理超時 — 這是兩個成功連接事件之間的最大允許間隔。這個值的單位是 10ms，管理超時的范圍是 10（ 100ms） ~3200（ 32ms）。 外設(shè)可以通過向集中器發(fā)送“連接參數(shù)更新請求”來改變連接設(shè)置，這個請求由協(xié)議棧的 L2CAP 層來處理。這些值代表了外設(shè)所要求的連接參數(shù)。 連接可以被主機(jī)或從機(jī)以任何原因自動終止。然后兩個設(shè)備才能退出連接設(shè)備。在藍(lán)牙 BLE 協(xié)議棧中的 SimpleBLEPeripheral 應(yīng)用中，有三個GATT 服務(wù)。屬性表是一個數(shù)據(jù)庫，包含了稱為屬性的小塊數(shù)據(jù)，除了值本身，每個屬性都包含下列屬性： 句柄 — 屬性在表中的地址，每個屬性有唯一的句柄； 類型 — 表示數(shù)據(jù)代表的事務(wù)，通常是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟規(guī)定或由用戶自定義的 UUID（ Universally Unique Identifier）； 權(quán)限 — 規(guī)定了 GATT 客戶端設(shè)備對屬性的訪問權(quán)限，包括是否能訪問和怎樣訪問。 下面是一些子過程： 讀特性值 — 客戶端設(shè)備請求讀取句柄處的特性值，服務(wù)器將此值回應(yīng)給客戶端（假定屬性有讀權(quán)限）。 讀多個特性值 — 客戶端一次請求中讀取幾個句柄的特征值，服務(wù)器將這些特征值回應(yīng)給客戶端（假設(shè) 屬性有讀權(quán)限）。 BLE 協(xié)議棧開發(fā)平臺配置 TI公司免費(fèi)的藍(lán)牙 BLE軟件開發(fā)套件是完整地支持單模藍(lán)牙 BLE應(yīng)用開發(fā)的平臺，它基于 CC2540/CC2541 射頻單片機(jī)，是一套完整的 SoC 解決方案。這種方式提供最低的成本和功耗，大部分實際應(yīng)用都采用這種方式。 2. 網(wǎng)絡(luò)處理器 ： 控制器和主機(jī)部分在 CC2540 上執(zhí)行， 而應(yīng)用程序和 Profiles 在另一個設(shè)備執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)處理器配置 適用于應(yīng)用程序在另一個設(shè)備（外部微控制器或 PC）上運(yùn)行的情況。要使用網(wǎng)絡(luò)處理器， HostTestRelease工程必須使用。 SimpleBLEPeripheral 從機(jī)編程 這里說到的從機(jī)，也就是本設(shè)計用到的 CC2540EM 開發(fā)板。例如防丟器、血壓儀、心率計等均是藍(lán)牙組織規(guī)定的 profile。 Projects\ble\SimpleBLEPeripheral\CC2540\ 進(jìn)入 主體源文件。也包含“ ”和“ ”，處理用戶接口功能； OUTPUT—— IAR 輸出的內(nèi)容。 25 26 圖 45 SimpleBLEPeripheral_Init 任務(wù)初始化函數(shù) 314 行：設(shè)置從機(jī)廣播數(shù)據(jù)。 主機(jī)和從機(jī)是這樣開機(jī)工作的： 從機(jī)開啟廣播，然后主機(jī)掃描廣播的從機(jī)，當(dāng)從機(jī)接收到主機(jī)的掃描請求后，會主動發(fā)送掃描回應(yīng)數(shù)據(jù)。這里涉及的廣播內(nèi)容和掃描回應(yīng)內(nèi)容就是在這里設(shè)置的。 354 行：添加 SimpleProfile。 最 后 433 行：啟動 BLE 從機(jī)。 可以看出，所有的任務(wù)函數(shù)的結(jié)構(gòu)幾乎都是一致的，有一個任務(wù)入口點 ，還有系統(tǒng)消息事件處理，以及其他的任務(wù)事件處理。 471 行：有 int 函數(shù)啟動的任務(wù)函數(shù)入口點，啟動從機(jī)程序，并且開啟周期性的任務(wù)處理，這個周期性的任務(wù)并不是必須的。 27 圖 46 系統(tǒng)消息處理函數(shù) 從這個函數(shù)內(nèi)容可以看到，在按鍵的處理前有一個宏定義， CC2540_MINIDK，當(dāng)使用 Keyfob 開發(fā)板運(yùn)行該 從機(jī)程序時，會有按鍵處理。 當(dāng)主機(jī)調(diào)用 GATT_ReadCharValue 后，讀取到的 value，會在 GATT_MSG_EVENT中通知我們，如圖 47 所示 。 在從機(jī)里，接收數(shù)據(jù)是通過一個 GATT Callback 回調(diào)函數(shù)。在 的開頭有這個回調(diào)函數(shù)的定義，如圖 48 所示。在回調(diào)函數(shù)中，我們判斷是哪個 characteristic，然后準(zhǔn)備數(shù)據(jù)接收，這樣就實現(xiàn)了主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)接收工作。 要向 CC2540 USBDongle 中 燒寫 HostTestRelease 程序 才能實現(xiàn)其作為 主機(jī)的功能。 打開 SimpleBLEPeripheral 從機(jī)工程。 HostTestRelease 網(wǎng)絡(luò)處理器工程結(jié)構(gòu)和一般的協(xié)議棧 demo 一樣，同樣適用硬件抽象層，操作系 統(tǒng)虛擬層。該驅(qū)動源 文件在如下目錄： \\Components\hal\target\CC2540EB\CC2540EB\ 調(diào)用 提供的 api方法一下： 1. 編寫串口初始化函數(shù)，配置 UART 波特率、流控制、緩沖區(qū)大小，數(shù)據(jù)接收回調(diào)函數(shù)等參數(shù)后，打開串口。 3. 封裝串口打印函數(shù)。而本設(shè)計中的串口初始化函數(shù) ，是我們需要在任務(wù)函數(shù)中調(diào)用的初始化串口配置用 。 30 圖 410 串口應(yīng)用程序初始化函數(shù) 第 33 行：設(shè)置波特率，本設(shè)計使用的是 57600。如果設(shè)置成 FALSE，只需要 TX 和 RX 就可以外接通信。當(dāng)程序 接收到硬件發(fā)來的串口數(shù)據(jù)時，會 調(diào)用該函數(shù)，通知用戶做好接收工作。 當(dāng)程序接收 到 硬件 發(fā)來的串口數(shù)據(jù)時， 會調(diào)用剛才配置 的回調(diào)函數(shù)，通知我們做好接收工作，回調(diào)函數(shù)編寫圖 411 所示。 第 64 行：調(diào)用 Hal_UART_RxBufLen 函數(shù)，返回當(dāng)前可讀的數(shù)據(jù)長度。 SerialPrintString()封裝了端口號和數(shù)據(jù)長度兩個參數(shù)， SerialPrintValue 函數(shù)向用戶 提供了打印數(shù)值功能，并且可以控制打印的數(shù)值顯示格式，如 10 進(jìn)制或者 16 進(jìn)制。 31 圖 412 串口值打印函數(shù) 32 5 系統(tǒng)安裝與測試 分別將編譯的 SimpleBLEPeripheral和 HostTestRelease 下載到 從機(jī)板和 USBDongle。 打開從機(jī)板開關(guān)使其開機(jī) 工作 ， 這時從機(jī)板的 LCD 上會顯示 其從機(jī)程序、 設(shè)備地址和它的狀態(tài)，如圖 51 所示。下面對本次畢業(yè)設(shè)計中所做的主要工作做以下總結(jié)： 硬件電路設(shè)計： 這次的畢業(yè)設(shè)計的硬件電路板，其中核心板直接采用購買的 CC2540— EM 核心板，這主要涉及到核心板上的倒 F 天線設(shè)計，如果自己動手設(shè)計的話，無法保證設(shè)計的精度，同時又將影響到通信的質(zhì)量。 系統(tǒng)軟件設(shè)計： 本次畢業(yè)設(shè)計中的軟件設(shè)計，在藍(lán)牙 BLE Low Energy stack 的基礎(chǔ)上，自己修改并添加了從機(jī)按鍵處理程序和主機(jī) 串口 處理程序： 主從機(jī)的按鍵處理函數(shù)也是本次畢業(yè)設(shè)計中實物演示的主要部分，用于實現(xiàn) 從機(jī)與PC 之間的通信。 未來展望：在畢業(yè)設(shè)計中也牽涉到時間緊，任務(wù)重，其他事務(wù)等客觀原因的影響，使得沒能搞懂搞透這個通信協(xié)議，但是藍(lán)牙 BLE 的未來發(fā)展前景良好，我對它也是很感興趣，希望在以后的日子里繼續(xù)學(xué)習(xí)，從身邊應(yīng)用做起，做出自己的藍(lán)牙臺燈、藍(lán)牙鼠標(biāo)等等。是它讓我圓了我的大學(xué)夢，有了上大學(xué)的機(jī)會。 然后要感謝指導(dǎo)我們的老師 —— 霍金 老師。我們不僅從杭老師的身上學(xué)到了先進(jìn)實用的專業(yè)技能知識，更是學(xué)到了很多做人做學(xué)問的道理，這讓我們受益匪淺。如果不是遇見他們我的大學(xué)生活可能會完全不同 。 我想對他們說的只有感謝！ 35 參考文獻(xiàn) [1] 歐陽駿 陳子龍 黃寧淋 .藍(lán)牙 BLE 開發(fā)完全手冊 —— 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)技術(shù) [M]. 北京：化工出版社， 20xx,4. 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