NRF 52832 ble_app_blinky 官方示例 part1

ble_app_blinky 是Nordic 为BLE从设备设计的官方示例，主要内容为用户自己设计service。
工程目录位于
\DeviceDownload\nRF5SDK153059ac345\nRF5_SDK_15.3.0_59ac345\examples\ble_peripheral\ble_app_blinky
工程目录如下

写在添加Service前的内容
以下内容摘抄博客园iini大佬的博客。有兴趣的搜索原文查看。
蓝牙软件的结构图，基本上任何蓝牙软件都是使用这个架构。

Application应用层：
我们开发一个蓝牙产品或者实现某种功能的设备时，开发主要部分位于应用层。
Profiles：初略理解为包含一个或者多个Service的集合。其中有蓝牙官方组织规定的Profiles，用户也可以自己设计属于自己的
专属Profiles。发布的GATT规范列表,包括警告通知(alert notificantion),血压测量(blood pressure),心率(heart rate)，电池(battery)等等

非标准蓝牙任务规范profile，也称为私有任务。是供应商自定义的任务，在蓝牙SIG小组内未定义的任务规范，比如本例所谈的蓝牙LED灯任务。

协议栈：
通用访问规范（Generic Access Profile,GAP）：
GAP是应用层能够直接访问BLE协议栈的最底层，它包括管理广播和连接事件的有关参数。GAP模块代表了所有蓝牙设备的共用基础功能，如传输，协议或者应用规范所使用的模式和访问过程。GAP的服务包括设备发现，连接方式，安全，认证，关联模型和服务发现等。

通用属性配置文件（Generic Attribute profile,GATT）
GATT层是传输真正数据所在的层。包括了一个数据传输和存储框架以及其基本操作。
GTTA定义了两类角色：
服务器（server）和客户端（client）

BLE采用了client/server (C/S) 架构来进行数据交互，C/S架构是一种非常常见的架构，在我们身边随处可见，比如我们经常用到的浏览器和服务器也是一种C/S架构，这其中浏览器是客户端client，服务器是服务端server，server比如淘宝服务器，提供商品信息，广告，社交等服务，而浏览器就是客户端，比如微软的IE，就可以用来请求这些服务，并使用server提供的服务。BLE与此类似，一般而言设备提供服务，因此设备是server，手机使用设备提供的服务，因此手机是client。比如蓝牙体温计，它可以提供 “体温” 数据服务，因此是一个server，而手机则可以请求“体温”数据以显示在手机上，因此手机是一个client。

服务是以数据为载体的，所以说server提供服务其实就是提供各种有价值的数据。

客户端要访问某一个数据，就发送一个request/请求（其实就是一条命令或者PDU），服务端再把该数据返回给客户端（一条response/响应命令或者PDU），这就是C/S架构。提供数据的一方为服务端，请求数据的一段为客户端。这里和蓝牙的主机从机是不同的概念。

蓝牙本质是一个通讯协议，主要目的是用来传输数据。所以一切围绕数据展开，是我认为的BLE学习方法。

数据是什么，单纯来说就是一些二进制比特位。比如蓝牙耳机的电量值，显然是手机作为客户端向蓝牙耳机服务端发送一个请求，要求耳机告诉手机你的电量值是多少。那么客户端，服务端，数据，请求，应答。都出现了。

把一些表示有逻辑意义的信息字节组织起来，就会变成一条条的数据，这样的数据称为 attribute，把attribute翻译成数据条目。
对于服务端而言，他提供的就时很多这样的数据条目，可以像表格一样一条一条的罗列出来。
假设一个班级有20个小朋友，每个人的年龄是服务端提供的数据。所以服务端可以提供20条数据。然而每个年龄如何喝小朋友的名字挂钩，这需要一些额外的信息。所以信息无法以非常单纯的数字形式存在。或包含很多用于表示信息类型，索引，权限的额外数据。

Attribute handle，Attribute句柄，16-bit长度。Client要访问Server的Attribute，都是通过这个句柄来访问的，也就是说ATT PDU一般都包含handle的值。用户在软件代码添加characteristic的时候，系统会自动按顺序地为相关attribute生成句柄。就像我们打开excle 最前面有个表格的行号，只要我们知道行号，就能找到这条数据，逻辑上的索引值。

Attribute type，Attribute类型，2字节或者16字节长。在BLE中我们使用UUID来定义数据的类型，UUID是128 bit的，所以我们有足够的UUID来表达万事万物。UUID有点类似身份证，每个人都有一个唯一身份证号。

Attribute value，就是数据真正的值，0到512字节长。
Attribute permissions，Attribute的权限属性，Open直接可以读或者写，No Access，禁止读或者写，Authentication，需要配对才能读或者写等等

一个应用包含很多数据条目，所有的attribute组成一个database，也称为attribute table，设备支持的服务不同，attribute table就不同。一个attribute table示例如下所示：

HANDLE 是一个自然增长的序列，在添加service的时候按照初始化顺序，一个一个添加到协议栈中。
TYPE：是一些UUID，有些SIG蓝牙官方组织会定义好，有些事用户自己定义。

ATT，全称attribute protocol（数据交互协议）。说到底，ATT是由一群ATT命令组成，就是上文所述的request（请求）和response（响应）命令，ATT也是蓝牙空口包中的最上层，也就是说，ATT就是大家对蓝牙数据包进行分析的最多的地方。

ATT命令，正式称谓ATT PDU（Protocol Data Unit，协议数据交互单元）包括4类：读，写，notify（通知）和indicate（指示）。这些命令又可以分成两种：如果它需要response，那么会在相应命令后面加上request；相反，如果它只需要ACK而不需要response，那么它的后面就不会带request。这里要特别强调一点，ATT所有命令都是“必达”的，也就是说每个命令发出去之后，会立马等ACK信息，如果收到了ACK包，发送方认为命令完成；否则发送方会一直重传该命令直到超时导致BLE连接断开。换句话说，只要你的BLE连接没有断开，那么你之前发送的数据包，不管它是用什么ATT PDU来发送的，它肯定被对方收到了。我估计很多人对此会产生疑问，因为他们经常碰到丢包的情况，其实大家经常碰到的“丢包”，不是空中把包丢了或者包在空中被干扰了，而是大家发送的代码写得有问题，导致你要发送的包没有被安全送达到协议栈射频FIFO中，从而出现所谓的“丢包”。以后大家碰到丢包情况，请先检查你的代码，保证你的数据包正确完整安全地送达到协议栈射频FIFO中，只要数据包放到了协议栈射频FIFO中，蓝牙协议栈就能保证该数据包“必达”对方。既然每个ATT命令都必达对方，那么还需要request类型的命令做什么？如果一个命令带有request后缀，那么发起方就可以收到命令的response包，这个response包在应用层是有回调事件的，而前述的ACK包在应用层是没有回调事件的。换句话说，不带request的命令，虽然协议栈底层确保了该命令必达对方，但应用层其实并不知道（私有实现方法除外），当你需要实现一个通信序列的时候，这种命令就显得不足了。而采用request/response方式的命令对，request命令发出去之后，必须等到相应的response命令回复才能进行下一步操作，比如发送下一个request命令，这样应用层可以严格按照规定逻辑执行一系列的操作，这个在很多应用场合是非常有用的。Request/response命令对还有一个副作用：大大降低通信的有效速率（吞吐率），因为request/response命令必须在不同的连接间隔中出现，也就是说，你在间隔1中发送了一个request命令，那么response包必须在间隔2或者稍后间隔中回复，而不能在间隔1中回复，这就导一个数据包的发送需要跨两个连接间隔甚至更多。而不带request后缀的ATT命令就没有这个限制，ACK可以在同一个连接间隔中回复，这样一个连接间隔中可以同时发出多个数据包，这样将大大提高通信速率。

不带request的命令只有2个：write command和notification，其余的命令都是带request：所有 read命令，所有write 命令，find命令以及indicate命令，完整的ATT命令（ATT PDU）列表如下所示：

GATT，全称generic attribute profile，对数据进行一般化/抽象化的子规范，说白了就是对数据进行逻辑化表达的规定。前面说过了，attribute是一条一条的数据，那么这条数据表示什么？如何对其进行分类？这就是GATT要做的事情，GATT将对数据赋予含义，并呈现一定的逻辑结构。Service和characteristic就是GATT层定义的，前面说过，server端提供服务，服务就是数据，而数据就是一条一条的attribute，而service和characteristic就是数据的逻辑呈现，或者说用户能看到的数据最终都转化为service和characteristic。比如，一个数据 “37” ，有可能是说体温“37度”，也有可能是说心率“37次”或者湿度“37%”，因此必须对数据进行分类和定义。

那service/characteristic和attribute之间到底是一个怎么样的关系？如前所述，service/characteristic是attribute的逻辑表现形式，而attribute是service/characteristic具体实现方式。尤其要注意的是，一条characteristic不是对应一条attribute，而是由多条attribute组成。虽然一个数据最有价值的部分是它的值（value），但是仅有value是不够的，比如27，到底是表示27°温度还是27%湿度；如果表示的是温度，那么它的单位是摄氏度还是华氏度，同时每个数据还有相应的读写属性以及权限属性，

因此一个characteristic包含三种类型的数据条目（attribute）：characteristic声明条目（declaration attribute），characteristic值条目（value attribute）以及characteristic描述符条目（descriptor attribute）（一个characteristic可以有多个描述符条目）

由于一个service可以包含多个characteristic，characteristic declaration就是每个characteristic的分界符，解析时一旦遇到characteristic declaration，就可以认为接下来又是一个新的characteristic了，同时characteristic declaration还将包含value attribute的读写属性等。Characteristic value就是数据的值了，它也是一个单独的attribute，这个比较好理解就不再说了。Characteristic descriptor就是数据的额外信息，比如温度的单位是什么，数据是用小数表示还是百分比表示等之类的数据描述信息。Descriptor属于可选条目，也就是说，一个characteristic可以不包含任何一条descriptor。这里着重提一种特殊的descriptor：CCCD。一般而言，都是client来访问server的characteristic，即通过ATT读或者写PDU访问相关数据。如果server想直接把自己的characteristic的值告诉client，就需要通过notify或者indicate PDU，跟其他PDU相比，这2个PDU是由server自己决定什么时候开始传送，而不是被动接受client的命令请求。但client毕竟是客户啊，它得有自主权，所以引入了一个CCCD来帮助client控制server的行为。client可以通过禁止CCCD以不接收 notify或者indicate命令，client也可以通过使能CCCD以允许notify或者indicate命令。重新总结一下，当CCCD使能的情况下，server可以随时notify或者indicate数据给client；当CCCD禁止的时候，哪怕server有数据，它也不能notify或者indicate给client。这里强调一下，当characteristic具有notify或者indicate操作功能时，蓝牙规范要求必须为其添加CCCD attribute

所谓开发蓝牙应用程序，其实就是开发service和characteristic。

下载ble_app_blinky 历程到NRF52832 DK开发板上，使用NRF CONNECT 连接开发板。

可以看到"PRIMARY SERVICE"的字符其本身是一个条目，描述的是服务本身。
任何显示出来的数据都是来自服务端，所以看到的字符都是数据，都是数据条目。
BUTTON 表示 characteristic ，包含好几个数据条目，“BUTTON” 字符本身就是描述符。 type wei UUID.权限是NOTIFY，READ。descriptor 是可以配置的，说明可以使能CCCD。

本节最后，本节需要深刻理解数据条目Attribute，Characteristic，Service。
蓝牙开发本质是在方案商的SDK下，进行应用开发。一般的公司不会进行蓝牙协议栈的开发。

##第二部分

ble_app_blinky 官方示例的开端，也是离不开数据。
那么顺着数据的思路在分析一下

首先一个application 就是提供一些数据给客户端，所以把这个历程所有的数据归类到一个服务中
这个服务有两个逻辑功能，一个是LED和按键。按照逻辑上可以把服务中所有的数据分为两类也就是说有两个Characteristic就可以满足需求

Characteristic 1：LED 能够进行数据的写入，服务端收到数据执行相应的LED开启关闭任务，视乎有个回调函数。
Value：LED state

Characteristic 2：BUTTON 主动告知客户端，开发板上按键的状态
Value：Press State

这样我们把这个application所有的数据已经用数据条目attribute的方式理了一次，对照一下下面的表格，看看还缺少什么

显然缺少了 attribute Type ----自己定义的UUID，因为SIG 小组并没有规定LED profile显然这是一个自定义的profile。

好的显然我们需要使用一个128位的自定义UUID，在SDK中如何设计呢

函数

uint32_t sd_ble_uuid_vs_add  (   ble_uuid128_t const *   p_vs_uuid,
uint8_t *   p_uuid_type
)

p_vs_uuid 指向一个128位的UUID数据
p_uuid_type 表示返回p_vs_uuid 指向数据的UUID类型，为输出值

这样我们定义好自己定义的UUID后就把attribute 内容准备好了，创建相应的变量就好。
所以我们要设计一个数据结构体，把application 的内容都涵盖进去。

首先一个应用可能包含多个Service所以需要有一个service_handle;
两个 Characteristic 。
一个UUID Type
LED需要根据写入的数据执行开关LED操作，这里需要一个led事件处理函数。

/**@brief LED Button Service structure. This structure contains various status information for the service. */
struct ble_lbs_s
{uint16_t                    service_handle;      /**< Handle of LED Button Service (as provided by the BLE stack). */ble_gatts_char_handles_t    led_char_handles;    /**< Handles related to the LED Characteristic. */ble_gatts_char_handles_t    button_char_handles; /**< Handles related to the Button Characteristic. */uint8_t                     uuid_type;           /**< UUID type for the LED Button Service. */ble_lbs_led_write_handler_t led_write_handler;   /**< Event handler to be called when the LED Characteristic is written. */
};

下一步
创建上面的结构体标量初始化，结构体变量
SDK用了一种比较特殊的方式，宏定义来创建。

BLE_LBS_DEF(m_lbs);
#define BLE_LBS_DEF(_name)                                                                          \
static ble_lbs_t _name;                                                                             \
NRF_SDH_BLE_OBSERVER(_name ## _obs,                                                                 \BLE_LBS_BLE_OBSERVER_PRIO,                                                     \ble_lbs_on_ble_evt, &_name)

创建了ble_lbs_t 结构体变量，注册了，lbs ble事件处理函数

加下来开始初始化服务

/**@brief Function for initializing services that will be used by the application.*/
static void services_init(void)
{ret_code_t         err_code;ble_lbs_init_t     init     = {0};nrf_ble_qwr_init_t qwr_init = {0};// Initialize Queued Write Module.qwr_init.error_handler = nrf_qwr_error_handler;err_code = nrf_ble_qwr_init(&m_qwr, &qwr_init);APP_ERROR_CHECK(err_code);// Initialize LBS.init.led_write_handler = led_write_handler;err_code = ble_lbs_init(&m_lbs, &init); //使用init对m_lbs进行初始化，init 为 0APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
uint32_t ble_lbs_init(ble_lbs_t * p_lbs, const ble_lbs_init_t * p_lbs_init)
{uint32_t              err_code;ble_uuid_t            ble_uuid;ble_add_char_params_t add_char_params;// Initialize service structure.p_lbs->led_write_handler = p_lbs_init->led_write_handler;// Add service.ble_uuid128_t base_uuid = {LBS_UUID_BASE};err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_lbs->uuid_type); //保存返回的UUID类型，base uuid类型VERIFY_SUCCESS(err_code);// 服务名称 attribute  uuid，表示存在一条数据，用来表示服务本身ble_uuid.type = p_lbs->uuid_type;ble_uuid.uuid = LBS_UUID_SERVICE;//调用SDK服务添加APIerr_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY, &ble_uuid, &p_lbs->service_handle);VERIFY_SUCCESS(err_code);// 服务添加完成后，添加服务下面的特征属性characteristic，依照SDK的characteristic结构体进行// Add Button characteristic.memset(&add_char_params, 0, sizeof(add_char_params));add_char_params.uuid              = LBS_UUID_BUTTON_CHAR;add_char_params.uuid_type         = p_lbs->uuid_type;add_char_params.init_len          = sizeof(uint8_t);//数据初始长度add_char_params.max_len           = sizeof(uint8_t);//允许的最大长度add_char_params.char_props.read   = 1;              add_char_params.char_props.notify = 1;add_char_params.read_access       = SEC_OPEN;add_char_params.cccd_write_access = SEC_OPEN;err_code = characteristic_add(p_lbs->service_handle,&add_char_params,&p_lbs->button_char_handles);if (err_code != NRF_SUCCESS){return err_code;}//依次添加  characteristic// Add LED characteristic.memset(&add_char_params, 0, sizeof(add_char_params));add_char_params.uuid             = LBS_UUID_LED_CHAR;add_char_params.uuid_type        = p_lbs->uuid_type;add_char_params.init_len         = sizeof(uint8_t);add_char_params.max_len          = sizeof(uint8_t);add_char_params.char_props.read  = 1;add_char_params.char_props.write = 1;add_char_params.read_access  = SEC_OPEN;add_char_params.write_access = SEC_OPEN;return characteristic_add(p_lbs->service_handle, &add_char_params, &p_lbs->led_char_handles);
}

经过以上的步骤，创建了服务，和服务下面的特征属性，以及特征属性的数据条目。其关联是使用service_handle进行的。这样协议栈知道那几个characteristic是属于哪个服务的。

当协议栈需要通知应用程序一些有关它的事情的时候，协议栈事件就发生了，例如当写入特性或是描述符时。对应于本应用，你需要写入LED特性，为了让通知功能更好地工作，你需要保存连接句柄，通过这个句柄，你可以在连接事件和断开事件中实现某些操作。
作为 API的一部分，你可以定义一个函数 ble_lbs_on_ble_evt用来处理协议栈事件，可以使用简单的switch-case语句通过返回事件头部的id号来区分不同的事件，并进行不同的处理。

void ble_lbs_on_ble_evt(ble_evt_t const * p_ble_evt, void * p_context)
{ble_lbs_t * p_lbs = (ble_lbs_t *)p_context;switch (p_ble_evt->header.evt_id){case BLE_GATTS_EVT_WRITE:on_write(p_lbs, p_ble_evt);break;default:// No implementation needed.break;}
}/**@brief Function for handling the Write event.** @param[in] p_lbs      LED Button Service structure.* @param[in] p_ble_evt  Event received from the BLE stack.*/
static void on_write(ble_lbs_t * p_lbs, ble_evt_t const * p_ble_evt)
{ble_gatts_evt_write_t const * p_evt_write = &p_ble_evt->evt.gatts_evt.params.write;if (   (p_evt_write->handle == p_lbs->led_char_handles.value_handle)&& (p_evt_write->len == 1)&& (p_lbs->led_write_handler != NULL)){p_lbs->led_write_handler(p_ble_evt->evt.gap_evt.conn_handle, p_lbs, p_evt_write->data[0]);}
}// led_write_handler 在服务初始化的时候进行了指定
/**@brief Function for handling write events to the LED characteristic.** @param[in] p_lbs     Instance of LED Button Service to which the write applies.* @param[in] led_state Written/desired state of the LED.*/
static void led_write_handler(uint16_t conn_handle, ble_lbs_t * p_lbs, uint8_t led_state)
{if (led_state){bsp_board_led_on(LEDBUTTON_LED);NRF_LOG_INFO("Received LED ON!");}else{bsp_board_led_off(LEDBUTTON_LED);NRF_LOG_INFO("Received LED OFF!");}
}
uint32_t ble_lbs_on_button_change(uint16_t conn_handle, ble_lbs_t * p_lbs, uint8_t button_state)
{ble_gatts_hvx_params_t params;uint16_t len = sizeof(button_state);memset(&params, 0, sizeof(params));params.type   = BLE_GATT_HVX_NOTIFICATION;params.handle = p_lbs->button_char_handles.value_handle;params.p_data = &button_state;params.p_len  = &len;return sd_ble_gatts_hvx(conn_handle, &params);
}

当协议栈接收到写事件的时候就会调用事件处理函数，p_evt_write->data[0] 为客户端写入的值。

到这代码视乎已经完成了。

再来看几个问题，客户端发起读的时候进行了哪些动作
读写操作也许就application开发另外一个重点了

在上面的led_write_handler函数中，我们处理了来自客户端的数据。通过事件的方式完成。
application 所有的操作都是建立在API和事件上的。事件是来自协议栈的反馈。调用API是应用层把自己相应操作发送给协议栈执行。
这所谓执行和反馈，构成了application的全部。

void ble_lbs_on_ble_evt(ble_evt_t const * p_ble_evt, void * p_context)
{ble_lbs_t * p_lbs = (ble_lbs_t *)p_context;//添加这样的一行代码，观察协议栈发送给应用层的所有事件NRF_LOG_ERROR(" BLE EVENT :%x ,%d ",p_ble_evt->header.evt_id,p_ble_evt->header.evt_id);switch (p_ble_evt->header.evt_id){case BLE_GATTS_EVT_WRITE:on_write(p_lbs, p_ble_evt);break;default:// No implementation needed.break;}
}

Read
需要看是否进行了授权

1.无需授权的Read

协议栈会直接回复读取的值，没有应用层事件
2需要授权的read

ATT TABLE(在初始化service添加服务的时候，数据条目会逐条加入TABLE中)中存在的值。
协议栈收到Read 请求后悔产生RW AUTHORIZE 请求，并且告诉应用层Value值。
应用层可以重新设定返回的值app_value,如果权限通过则协议栈发送app_value 给客户端。
如果权限错误那么返回错误给客户端。

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