在這里着重記述低功耗藍牙BLE相關內容，庫函數部分翻譯自樂鑫官網文檔
低功耗藍牙（BLE）協議棧
低功耗藍牙協議是藍牙通信協議的一種，BLE協議棧就是實現低功耗藍牙協議的代碼
層次協議
藍牙協議規定了兩個層次的協議，分別為藍牙核心協議（Bluetooth Core）和藍牙應用層協議（Bluetooth Application）
藍牙核心協議就是對藍牙技術本身的規范，不涉及其應用方式
藍牙應用層協議是在藍牙核心協議的基礎上，根據具體的應用需求定義出的特定策略
藍牙協議棧框圖如下所示：
藍牙核心協議（Bluetooth Core）
藍牙核心協議包含BLE Controller和BLE Host兩部分
Controller負責定義RF、Baseband等偏硬件的規范
Host負責在邏輯鏈路的基礎上，進行更為友好的封裝，這樣就可以屏蔽掉藍牙技術的細節，讓Bluetooth Application更為方便的使用
Controller是工作在物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層的協議，Host則是工作在傳輸層 、會話層、表示層、應用層的協議，Host將Controller封裝成可被配置為函數的形式供程序使用
包含的層次簡介
- 物理層（PHY）
用於指定BLE所用的無線頻段、調制解調方式和方法等
BLE工作在1Mbps自適應跳頻的GFSK射頻，免於許可證的2.4GHz ISM（工業、課學、醫療）頻段
可以直觀理解為規定了BLE的天線部分
- 鏈路層（LL——Link Layer）
BLE協議棧的核心
相當於TCP/IP協議中的數據鏈路層（負責選擇哪個射頻通道，管理當前鏈路）+網絡層（負責識別和發送空中數據包）+傳輸層（負責保證數據包安全、完整的發送、接收、重傳等）
- 主機控制接口層（HCI——Host Controller Interface）
這一層是可選的，HCI主要用於2顆IC實現BLE協議棧的場合，用於貴方兩者的通信協議和通信命令等
藍牙應用協議（Bluetooth Application）
包含的層次簡介
- 通用訪問配置文件層（GAP——Generic access profile）
實際配置中常接觸到的一層
GAP是對LL層有效數據包（payload）進行解析的兩種方式中最簡單的一種，主要用於廣播、掃描、發起連接這些具體行為
- 邏輯鏈路控制及自適應協議層（L2CAP——Logical Link Control and Adaptation Protocol）
這一層是對LL的簡單封裝，在L2CAP中區分出是使用加密通道還是普通通道，同時負責連接間隔的管理
- 安全管理層（SM——Security Manager）
負責管理BLE連接的加密、安全，需要兼顧安全性和用戶使用的便利性
- 屬性協議層（ATT——Attribute protocol）
實際配置中最常接觸到的一層
負責定義用戶命令和命令操作的數據（如讀寫數據等）
詳細內容見后文【BLE的兩種模式】和【ATT簡述】
- 通用屬性配置文件層（GATT——Generic Attribute profile）
實際配置中常接觸到的一層
用於規范attribute中的數據內容（attribute見后文【BLE的兩種模式】），並使用分組（group）來對attribute進行分類管理
一般地，BLE在沒有GATT的情況下也能跑，只不過互聯互通會出現問題
BLE需要在GATT和各種應用profile的支持下才能實現最便捷高效穩定的通信
BT與BLE的區別
當前的藍牙協議分為基礎率/增強數據率（BR/EDR）和低耗能（LE）兩種技術類型
經典藍牙統稱BT，低功耗藍牙稱為BLE
經典藍牙模塊（BT）
泛指支持藍牙協議在4.0以下的模塊，一般用於數據量比較大的傳輸。
經典藍牙模塊可再細分為：傳統藍牙模塊和高速藍牙模塊。
傳統藍牙模塊在2004年推出，主要代表是支持藍牙2.1協議的模塊，在智能手機爆發的
時期得到廣泛支持。
高速藍牙模塊在2009年推出，速率提高到約24Mbps，是傳統藍牙模塊的八倍。
低功耗藍牙模塊（BLE）
指支持藍牙協議4.0或更高的模塊，也稱為BLE模塊（Bluetooth Low Energy Module）,最大的特點是成功和功耗的降低。
藍牙低功耗技術采用可變連接時間間隔，這個間隔根據具體應用可以設置為幾毫秒到幾秒不等。
另外，因為BLE技術采用非常快速的連接方式，因此可以處於“非連接”狀態（節省能源），此時鏈路兩端相互間僅能知曉對方，必要時可以才開啟鏈路，然后在盡可能短的時間內關閉鏈路。
其他分類
按用途來分：藍牙模塊有數據藍牙模塊，語音藍牙模塊，串口藍牙模塊和車載藍牙模塊
按芯片設計來分：藍牙模塊有flash版本和ROM版本。前者一般是BGA封裝（球柵陣列封裝），外置flash；后者一般是LCC封裝（表面貼裝型封裝），外接EEPROM。
BLE的兩種模式
- 客戶端 Client
請求數據服務
客戶端可以主動搜索並連接附近的服務端
客戶端類似蹭網的
- 服務端Server
提供數據服務
服務端不需要進行主動設置，只要開啟廣播就可以讓附近的客戶端搜索到，並提供連接
服務端類似被蹭網的wifi
如果想要讓ESP處於別人隨時可以搜索連接的情況要配置為服務端；如果想讓ESP通過掃描連接周圍可連接的藍牙設備，需要把它設置成客戶端，正好和WiFi模式的設定相反
Server通過characteristic對數據進行封裝，多個characteristic組成一個Service——Server是一個基本的BLE應用，如果某個Service是一個藍牙聯盟定義的標准服務，也可以稱其為profile
要具體了解這些內容需要先了解屬性協議層ATT
ATT簡述
屬性協議層ATT（Attribute Protocol）是GATT和GAP的基礎，它定義了BLE協議棧上層的數據結構和組織方式；在層內，它定義了屬性（Attribute）的內容，規定了訪問屬性的方法和權限
屬性是一個數據結構，它包括了數據類型和數據值，可以像C語言的結構體那樣構造
屬性包括三種類型：服務項、特征值和描述符，三者呈包含關系：服務項包含一個或多個特征值，特征值包含一個或多個描述符，多個服務項組織在一起，構成屬性規范（Attribute Profile）
屬性的種類和分組
屬性大致可以分為三種類型：服務項Profile、特征值Characteristic和描述符Descriptor
最頂級為Profile, 下面是多個服務項(Service), 服務項下面是多個特征值(Characteristic), 特征值下面是多個描述符(Descriptor)
每個設備都包含以下必要的特征值和服務項：
PROFILE
- Generic Access Service（Primary Service）
- Device Name（Characteristic）
- Appearance（Characteristic）
- Generic Attribute Service（Primary Service）
- Service Changed（Characteristic）
- CCCD（Descriptor）
- Service Changed（Characteristic）
服務項Service
服務項這種類型本身並不包含數據，僅僅相當於是一個容器，用來容納特征值
特征值characteristic
特征值用於保存用戶數據，但它也有自己的UUID——可以把它看作一個變量，變量里存着數據（用戶數據），也有自己的地址信息（UUID）
使用特征值時，也要遵循“先聲明再賦值”的步驟——先聲明特征值自身，再聲明它的項
一個characteristic包含三種條目：
- characteristic聲明：每個characteristic的分界符，解析時一旦遇到一個聲明，就可以認為接下來又是一個新的characteristic；聲明還包含了接下來characteristic值的讀寫屬性等
- characteristic值：數據的值
- characteristic描述符：數據的額外信息
一般BLE的屬性體系在系統中以GattDB表示，即屬性數據庫，gattDB是BLE協議棧在內存中開辟的一段專有區域，會在特定的時候寫入Flash進行保存，並在啟動時讀取出來回寫到內存中去，但並非所有的BLE數據通信是操作gattDB
characteristic用Attribute數據結構來實現
屬性Attribute的數據結構
Attribute由四部分組成：
-
屬性句柄Attribute handle：可以視為指向屬性實體的指針，對端設備通過屬性句柄來訪問某個屬性，大小2字節，起始於0x0001，系統初始化時，各屬性的句柄逐步+1，但最大不超過0xFFFF
-
屬性類型Attribute type：用以區分當前屬性是服務項或是特征值等，用通用唯一識別碼（UUID）標識的16字節十六進制字符串（形如f6257d37-34e5-41dd-8f40-e308210498b4，從網上抄來的示例，如有雷同那就是雷同）表示。一個合法的UUID，一定是隨機的、全球唯一的，不應該出現兩個相同的UUID。屬性類型分類如下：
- 首要服務項Primary Service
- 次要服務項Secondary Service
- 包含服務項Include
- 特征值Characteristic
他們與UUID的映射關系如下：
- 0x1800 – 0x26FF ：服務項類型
- 0x2700 – 0x27FF ：單位
- 0x2800 – 0x28FF ：屬性類型
- 0x2900 – 0x29FF ：描述符類型
- 0x2A00 – 0x7FFF ：特征值類型
為了減少傳輸的數據量，BLE協議做了一個轉換約定，給定一個固定的16字節模板，只設置2個字節為變化量，其他為常量，2字節的UUID在系統內部會被替換，進而轉換成標准的16字節UUID；反之，如果一個特征值的UUID是16字節的，在系統內部它的屬性類型也可能寫成第3、4字節組成的雙字節
示例如下：
UUID模板為
0000XXXX-0000-1000-8000-00805F9B34FB其中從左數第3、4個字節“XXXX”就是變化位，其他為固定位。如：UUID=0x2A00在系統內部會轉換成00002A00-0000-1000-8000-00805F9B34FB。
-
屬性值Attribute value：真正的數據值，大小為0-512字節。如果該屬性是服務項類型或者是特征值聲明類型，那么它的屬性值就是UUID等信息；如果是普通的特征值，則屬性值是用戶的數據，屬性值需要預留空間以保存用戶數據，可以將屬性值的預留空間看做I2C的數據空間，操作特征值里的用戶數據，就是對那塊內存空間進行讀寫，所以啟用藍牙后會占用額外的內存
-
屬性權限Attribute permissions：Attribute的權限屬性，主要有四種：
- 訪問權限（Access Permission）：只讀或只寫或讀寫
- 加密權限（Encryption Permission）：加密或不加密
- 認證權限（Authentication Permission）：需要認證或無需認證。指相互確認對方身份，BLE中所說的“認證”過程就是設備配對
- 授權權限（Authorization Permission）：需要授權或無需授權。指對授信設備開放權利
授權的管控等級要高於認證，認證的設備未必被授權，授權的設備一定是認證的——認證是授權的充分不必要條件。認證是設備配對，兩邊都符合協議規定就行，但是授權取決於Server設備對Client設備的主動許可。
一個沒有經過認證的設備，被稱為未知設備（Unknown Device）；經過了認證，該設備會在綁定信息中被標記為Untrusted，被稱為不可信設備（Untrusted Device）；經過了認證，並且在綁定信息中被標記為Trusted的設備被稱為可信設備（Trusted Device）
具體的權限示例如下所示：
- Open（隨意讀寫）
- No Access（禁止讀寫）
- Authentication（需要配對才能讀寫，分成很多子類型用於適配配對的類型）
- Authorization（允許應用在回調函數中讀寫）
- Signed（簽名后才能隨意讀寫）
屬性協議ATT PDU
擁有一組屬性的設備稱為服務端（Server）；讀寫該屬性值的設備稱為客戶端（Client）
Client和Server之間通過ATT PDU通信
屬性協議ATT PDU共有6種，如下表所示：
| ATT PDU種類 | 發送方向 | 觸發響應 | 說明 |
|---|---|---|---|
| Command | Client -> Server | – | 客戶端發送Command，服務器無需任何返回 |
| Request | Client -> Server | Response | 客戶端發送Request，服務器需要返回一個Response，表明服務器收到 |
| Response | Server -> Client | – | |
| Notification | Server -> Client | – | 服務器發送Notification，戶端無需任何返回 |
| Indication | Server -> Client | Confirmation | 服務器發送Indication，客戶端需要返回一個Confirmation，表明客戶端收到 |
| Confirmation | Client -> Server | – |
BLE下，所有命令都是“必達”的，每個命令發送完畢后，發送者會等待ACK信息（類似I2C），如果收到了ACK包，發起方認為命令完成；否則發起方會一直重傳該命令直到超時導致BLE連接斷開（類似CAN的出錯重發機制），可以說只要數據包放到了協議棧射頻FIFO中，藍牙協議棧就能保證該數據包“必達”對方，但是沒有回復相對有回復就是“不太可靠”，這時候就需要特殊的“有回復屬性”
Request后綴
特別地，如果一個命令需要response，那么可以在相應命令后面加上request后綴，這個response包在應用層有回調事件，可以用於觸發特殊的功能，這是默認的協議ACK恢復不具有的，采用request/response方式，應用層可以按順序地發送一些數據包；如果一個命令只需要ACK而不需要response，那么它的后面就不會帶request
然而Request/response會大大降低通信的吞吐率，因為request/response必須在不同的連接間隔中出現，這就導致兩個連接間隔最多只能發一個數據包，而不帶request后綴的ATT命令就沒有這個問題——一般情況下，在同一個連接間隔中可以同時發多個數據包，這樣將大大提高數據的吞吐率
常用的帶request命令：所有read命令，writerequest，indication等
常用的不帶request命令：write command，notification等
通用屬性協議GATT簡述
GATT(Generic Attribute Profile)，描述了一種使用ATT的服務框架。該框架定義了服務(Server)和服務屬性(characteristic)的過程(Procedure)及格式，負責處理具體數據段通過藍牙連接的發送和接收
現在的BLE大多建立在GATT協議之上，GATT建立在ATT和L2CAP之上，GATT需要使用通用訪問協議GAP來確定設備的連接
通用訪問協議GAP
GAP 使設備被其他設備可見，並決定了當前設備是否可以或者怎樣與合同設備進行交互
GAP中，設備被分為外圍設備Peripheral和中心設備Central
外圍設備：性能相對較弱、功耗相對低的設備，他們通常被連接到更加強大的中心設備
中心設備：性能相對較強、功耗較高的設備
GAP廣播
GAP 中外圍設備不停向外廣播以讓中心設備知道它的存在。通過兩種方式向外廣播數據：
廣播數據（Advertising Data Payload）：必須的，外設需要以此來和中心設備取得連接
掃描回復（Scan Response Data Payload）：可選的，中心設備可以向外圍設備請求掃描回復，向其提供一些設備的額外信息
外圍設備會設定一個廣播建個，每個間隔中，它會重新發送自己的廣播數據，廣播間隔越長約省電，但同時更不容易被掃描到
基於GATT廣播的BLE連接只能是一個外圍設備連接一個中心設備，可以理解成一個藍牙耳機只能連接一台手機，不能同時連接兩台手機
GATT協議
GATT協議建立在ATT協議的基礎上。將ATT協議中的Service、Characteristic 及對應數據都保存在一個查找表中，查找表使用16位的ID作為索引。建立GATT連接前必須先經過GAP協議
GATT連接是獨占的，也就是說同一個BLE外設（外部設備）同時只能被一個中心設備連接，一旦外設被連接，它就會停止GAP廣播，對其它設備不可見；當設備斷開時它又開始廣播。
如果中心設備和外設需要雙向通信，唯一的方式就是建立GATT連接，GAP通信是單向的，只能讓中心設備向外設發送信息
GATT通信雙方是C/S關系，外設作為GATT的Server，維持ATT查找表、Service、Characteristic定義；中心設備作為GATT的Client，向Server發起請求，所有通信事件都由中心設備Client發起，從Server接收響應。一旦連接建立，外設將會給中心設備建議一個連接間隔，中心設備可以選擇在每個連接間隔嘗試重新連接，檢查是否有新數據，不過這個間隔只是建議，中心設備可以不嚴格按照這個間隔執行請求。
GATT結構
GATT結構建立在ATT的屬性Attribute數據結構之上（其實和ATT的那些東西一模一樣）
Attribute結構體組成種類不同的Characteristic，多個Characteristic被封裝在Servce容器中，Characteristic和Service容器都有着自己的UUID（有官方認證的16位UUID和自定義的128位UUID），各種常用的Service集合成Profile
BLE外設的通信主要通過Characteristic，通過在Characteristic中讀寫數據就實現了雙向通信，也可以通過實現類似串口的Service來配置TxCharacteristic和RxCharacteristic，這些都是具體項目的選擇了
BLE從初始化到建立連接的過程簡述
- 外圍設備開始廣播，發送完一個廣播包后T_IFS，開啟射頻Rx窗口接收來自中心設備的數據包
- 中心設備掃描到廣播，在收取此廣播T_IFS后如果開啟了中心設備的掃描回復，中心設備將向外設發送回復
- 外設收取到中心設備的回復，做好接收准備，並返回ACK包
- 如果ACK包未被中心設備接收到，中心設備將一直發送回復直到超時，此期間內只要外設返回過一次ACK包就算連接成功
- 開始建立通信，后續中心設備將以收取到外設廣播的時間為原點，以Connection Interval為周期向外設發送數據包，數據包將具有兩個作用：同步兩設備時鍾和建立主從模式通信
外設每收到中心設備的一個包，就會把自己的時序原點重新設置，以和中心設備同步（Service向Client同步）
BLE通信在建立成功后變為主從模式，中心設備Central變為Master，外設Peripheral變為Slave，Slave只能在Master向它發送了一個包以后才能在規定的時間內把自己的數據回傳給Master
- 連接建立成功
- 外設自動停止廣播，其他設備無法再查找到該外設
- 按照以下時序進行通信，在中心設備發送包的間隔內，外設可以發送多個包
- 需要連接斷開時只需要中心設備停止連接（停止發送包）即可
- 中心設備可以將外設的addr寫入Flash或SRAM等存儲器件，保持監聽此addr，當再次收到外設廣播時就可以建立通信。BLE Server設備為了省電，當一段時間內沒有數據要發送時，可以不再發送包，雙方就會因為連接超時（connection timeout）斷開，這時需要中心設備啟動監聽，這樣，當BLE Server設備需要發送數據時，就可以再次連接
ESP的藍牙外設配置
藍牙配置相關庫函數
相關頭文件及其作用
#include "bt.h"//藍牙控制器和VHCI設置頭文件
#include "esp_gap_ble_api.h"//GAP設置頭文件，廣播和連接相關參數配置
#include "esp_gatts_api.h"//GATT配置頭文件，創建Service和Characteristic
#include "esp_bt_main.h"//藍牙棧空間的初始化頭文件
藍牙控制器
使用esp_bt_controller_init()
esp_bt_controller_init(esp_bt_controller_config_t *cfg);//esp_bt_controller_config_t是藍牙控制器配置結構體
struct esp_bt_controller_config_t
{
uint16_t controller_task_stack_size;//藍牙控制器棧大小
uint8_t controller_task_prio;//藍牙控制器任務優先級
uint8_t hci_uart_no;//使用哪個UART作為HCI的IO，僅能選擇UART1或UART2串口
uint32_t hci_uart_baudrate;//HCI串口波特率
uint8_t scan_duplicate_mode;//重復掃描模式
uint8_t scan_duplicate_type;//重復掃描類型
uint16_t normal_adv_size;//普通廣播報文大小
uint16_t mesh_adv_size;//mesh廣播報文大小
uint16_t send_adv_reserved_size;//藍牙控制器最小的內存大小（保留出發送報文所需的內存大小）
uint32_t controller_debug_flag;//藍牙控制器debug log的屬性
uint8_t mode;//BR/EDR/BLE/Dual模式選擇
uint8_t ble_max_conn;//BLE模式最多連接個數
uint8_t bt_max_acl_conn;//BR或EDR最大的ACL連接個數
uint8_t bt_sco_datapath;//SCO數據路徑 用於HCI或PCM模塊
bool auto_latency;//BLE自動延遲，用於降低傳統藍牙的功耗
bool bt_legacy_auth_vs_evt;//BR/EDR傳統的授權完畢事件，用於防止BIAS攻擊
uint8_t bt_max_sync_conn;//BR/EDR最多的ACL連接數目，也可以在menuconfig中配配置
uint8_t ble_sca;//BLE晶振准確度指數
uint8_t pcm_role;//PCM角色，選擇master或slave
uint8_t pcm_polar;//PCM觸發極性，選擇下降沿或上升沿
uint32_t magic;//神奇數字
}
初始化藍牙控制器，此函數只能被調用一次，且必須在其他藍牙功能被調用之前調用
使用esp_bt_controller_deinit()來取消初始化，用於關閉藍牙並清除其占用的內存，還會將藍牙任務刪除
下面是藍牙控制器的常用API
esp_bt_controller_enable(esp_bt_mode_t mode);//使能藍牙控制器，mode是藍牙模式，如果想要動態改變藍牙模式不能直接調用該函數，應該先用下面的disable關閉藍牙再使用該API來改變藍牙模式
esp_bt_controller_disable(void);//關閉藍牙控制器
sp_bt_controller_get_status(void);//獲取藍牙控制器狀態
esp_bt_get_mac(void);//獲取藍牙MAC地址
esp_bt_controller_mem_release(esp_bt_mode_t mode);//釋放藍牙控制器的所有內存，包括BSS、數據和其他藍牙使用的堆棧空間
//這個API僅僅應該再esp_bt_controller_init()或after esp_bt_controller_deinit()之前被調用
esp_bt_mem_release(esp_bt_mode_t mode);
//釋放藍牙控制器和藍牙數據的所有內存，比esp_bt_controller_mem_release()更徹底
esp_bt_sleep_enable(void);//讓藍牙進入睡眠模式，這個函數應該在esp_bt_controller_enable()被調用之后再調用
特別地，官方文檔中給出了一套在線升級藍牙設備軟件時的關閉流程
esp_bluedroid_disable();
esp_bluedroid_deinit();
esp_bt_controller_disable();
esp_bt_controller_deinit();
esp_bt_mem_release(ESP_BT_MODE_BTDM);
經典藍牙
用於藍牙運行的API如下所示
esp_bluedroid_get_status(void);//獲取藍牙當前狀態
//可能的狀態如下所示
ESP_BLUEDROID_STATUS_UNINITIALIZED==0//未初始化
ESP_BLUEDROID_STATUS_INITIALIZED//已被初始化但是未開啟
ESP_BLUEDROID_STATUS_ENABLED//初始化並開啟
esp_bluedroid_enable(void);//使能藍牙
esp_bluedroid_disable(void);//關閉藍牙
esp_bluedroid_init(void);//初始化藍牙並分配系統資源，它應該被第一個調用
esp_bluedroid_deinit(void);//取消初始化藍牙並將系統資源釋放，用於藍牙結束工作后的收尾
用於設備藍牙配置的API如下所示
esp_bt_dev_get_address(void);//獲取當前設備藍牙地址
esp_bt_dev_set_device_name(const char *name);//設置設備名
這些函數都應該在藍牙啟用后被調用
BLE-GAP相關庫函數
外圍設備庫函數
esp_ble_gap_start_advertising(esp_ble_adv_params_t *adv_params);//開始廣播
esp_ble_gap_stop_advertising(void);//停止廣播
esp_ble_gap_config_adv_data(esp_ble_adv_data_t *adv_data);//廣播數據參數設置
//adv_data數據結構如下
bool set_scan_rsp//設置是否需要掃描response
bool include_name//廣播內容是否包括設備名
bool include_txpower//廣播數據是否包括發射功率
int min_interval//最小廣播時間間隔
//計算公式：connIntervalmin = Conn_Interval_Min * 1.25 ms
//Conn_Interval_Min在0x0006到0x0C80之間，0xFFFF就是沒有特定的最小值
int max_interval//最大廣播間隔
//計算公式：connIntervalmax = Conn_Interval_Max * 1.25 ms
//Conn_Interval_Max在0x0006到0x0C80之間，Conn_Interval_Max應大於等於Conn_Interval_Min
//0xFFFF代表沒有特定的最大值
int appearance//設備外形（External appearance）
uint16_t manufacturer_len//生產商數據長度
uint8_t *p_manufacturer_data//生產商數據指針
uint16_t service_data_len//Service數據長度
uint8_t *p_service_data//Service數據指針
uint16_t service_uuid_len//Service的UUID長度
uint8_t *p_service_uuid//Service的UUID數組指針
uint8_t flag//廣播屬性（flag）
esp_ble_gap_config_adv_data_raw(uint8_t *raw_data, uint32_t raw_data_len);//設置空的廣播數據包，用戶需要自行設置包的內容
中心設備庫函數
esp_ble_gap_start_scanning(uint32_t duration);//使用該函數讓設備掃描附近正在廣播的外設，duration為掃描間隔
esp_ble_gap_stop_scanning(void);//停止掃描
esp_ble_gap_set_scan_params(esp_ble_scan_params_t *scan_params);//設置掃描參數
esp_ble_gap_register_callback(esp_gap_ble_cb_t callback)//間隔回調函數
esp_ble_gap_set_pkt_data_len(esp_bd_addr_t remote_device, uint16_t tx_data_length);//設置最大數據包大小
esp_ble_gap_set_prefer_conn_params(esp_bd_addr_t bd_addr, uint16_t min_conn_int, uint16_t max_conn_int, uint16_t slave_latency, uint16_t supervision_tout);//設置當默認連接參數無法使用時的優先連接參數，這個庫函數只能用在中心設備master上
esp_ble_gap_config_scan_rsp_data_raw(uint8_t *raw_data, uint32_t raw_data_len);//設置空的response數據包，用戶需要自行設置數據
esp_ble_gap_read_rssi(esp_bd_addr_t remote_addr);//讀取遠程設備的RSSI，結果會在間隔回調函數中隨ESP_GAP_BLE_READ_RSSI_COMPLETE_EVT事件返回
連接配置庫函數
esp_ble_gap_update_conn_params(esp_ble_conn_update_params_t *params);//在連接建立后更新連接參數
esp_ble_gap_clear_rand_addr(void);//清空應用的隨機地址
esp_ble_gap_update_whitelist(bool add_remove, esp_bd_addr_t remote_bda, esp_ble_wl_addr_type_t wl_addr_type);//新建或移除白名單中的設備
esp_ble_gap_get_whitelist_size(uint16_t *length);//獲取白名單的大小
esp_ble_gap_set_device_name(const char *name);//設置本機設備名
esp_ble_gap_get_local_used_addr(esp_bd_addr_t local_used_addr, uint8_t *addr_type);//獲取本機設備地址
GATT Server的配置
Server-Master
基本設置
esp_err_t ret;//用於debug
esp_bt_controller_config_t bt_cfg = BT_CONTROLLER_INIT_CONFIG_DEFAULT();//設置藍牙為默認參數
ret = nvs_flash_init();//初始化NVS
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ret = nvs_flash_init();
}
ESP_ERROR_CHECK(ret);
ESP_LOGI(TAG, "%s init NVS finished\n", __func__);
ESP_ERROR_CHECK(esp_bt_controller_mem_release(ESP_BT_MODE_BLE));//釋放藍牙所需空間
ret = esp_bt_controller_init(&bt_cfg);//初始化藍牙控制器
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "%s enable controller failed: %s\n", __func__, esp_err_to_name(ret));
return;
}
ret = esp_bt_controller_enable(ESP_BT_MODE_BLE);//使能藍牙控制器
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "%s enable controller failed: %s\n", __func__, esp_err_to_name(ret));
return;
}
ret = esp_bluedroid_init();//初始化藍牙棧bluedroid stack
/*
藍牙棧bluedroid stack包括了BT和BLE使用的基本的define和API
初始化藍牙棧以后並不能直接使用藍牙功能，
還需要用FSM管理藍牙連接情況
*/
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "%s init bluetooth failed: %s\n", __func__, esp_err_to_name(ret));
return;
}
ret = esp_bluedroid_enable();//使能藍牙棧
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "%s enable bluetooth failed: %s\n", __func__, esp_err_to_name(ret));
return;
}
ESP_LOGI(TAG, "%s init bluetooth finished\n", __func__);
//建立藍牙的FSM
//這里使用回調函數來控制每個狀態下的響應，需要將其在GATT和GAP層的回調函數注冊
ret = esp_ble_gatts_register_callback(BLE_gatts_event_handler);
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "gatts register error, error code = %x", ret);
return;
}
ret = esp_ble_gap_register_callback(BLE_gap_event_handler);
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "gap register error, error code = %x", ret);
return;
}
/*BLE_gatts_event_handler和BLE_gap_event_handler處理藍牙棧可能發生的所有情況，達到FSM的效果*/
//下面創建了兩個BLE GATT profile，相當於兩個獨立的應用程序
ret = esp_ble_gatts_app_register(GATT_APP_A_ID);
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "gatts app register error, error code = %x", ret);
return;
}
ret = esp_ble_gatts_app_register(GATT_APP_B_ID);
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "gatts app register error, error code = %x", ret);
return;
}
有限狀態機FSM（finite state machine），或者說狀態機SM（state machine）是一種特殊的控制算法，能夠根據控制信號按照預先設定的狀態進行狀態轉移
若輸出只和狀態有關而與輸入無關，則稱為Moore狀態機；若輸出不僅和狀態有關而且和輸入有關系，則稱為Mealy狀態機
控制藍牙的狀態機一般為Moore狀態機，隨藍牙所處的狀態進行不同的操作（代碼中通過switch語句進行控制）
Server的profile利用一個結構體來定義，結構體成員取決於在這個profile中執行的service和characteristic，如下所示
struct gatts_profile_inst {
esp_gatts_cb_t gatts_cb;//GATT回調函數
uint16_t gatts_if;//GATT接口
uint16_t app_id;//應用的ID
uint16_t conn_id;//連接的ID
uint16_t service_handle;//Service句柄
esp_gatt_srvc_id_t service_id;//Service ID
uint16_t char_handle;//Characteristic句柄
esp_bt_uuid_t char_uuid;//Characteristic的UUID
esp_gatt_perm_t perm;//屬性Attribute 授權
esp_gatt_char_prop_t property;//Characteristic的優先級
uint16_t descr_handle;//Client的Characteristic配置句柄
esp_bt_uuid_t descr_uuid;//Client的Characteristic UUID
};
可以將這個結構體進一步組合為結構體數組
static struct gatts_profile_inst gl_profile_tab[PROFILE_NUM] = {
[PROFILE_A_APP_ID] = {
.gatts_cb = gatts_profile_a_event_handler,
.gatts_if = ESP_GATT_IF_NONE,
[PROFILE_B_APP_ID] = {
.gatts_cb = gatts_profile_b_event_handler,
.gatts_if = ESP_GATT_IF_NONE,
},
};
這樣使用類似gl_profile_tab[i].gatts_if的語句就可以訪問結構體的成員，i用於指示第（i+1）個profile
使用上面的結構體數組來定義每個profile對應的GATT回調函數（gatts_profile_a_event_handler()、gatts_profile_b_event_handler()），就使得每個不同的profile使用不同的接口；初始化時，將gatts_if = ESP_GATT_IF_NONE，在之后通過各自的處理函數將profile連接到接口
最后使用esp_ble_gatts_app_register()這個API將應用的ID注冊到GATT
ret = esp_ble_gatts_app_register(GATT_APP_A_ID);//run GATT app A register
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "gatts app register error, error code = %x", ret);
return;
}
ret = esp_ble_gatts_app_register(GATT_APP_B_ID);//run GATT app B register
if (ret)
{
ESP_LOGE(TAG, "gatts app register error, error code = %x", ret);
return;
}
GAP設置
使用esp_ble_adv_data_t結構體來配置GAP廣播情況，並使用esp_ble_gap_config_adv_data()函數進行廣播
typedef struct {
bool set_scan_rsp;//是否作為掃描的回應信號廣播
bool include_name;//是否包括設備名
bool include_txpower;//是否包括信號的發射功率
int min_interval;//廣播數據顯示slave設備的連接最小時間間隔
int max_interval;//廣播數據顯示slave設備的連接最大時間間隔
int appearance;//設備外觀（？）
uint16_t manufacturer_len;//附加數據長度
uint8_t *p_manufacturer_data;//附加數據指針
uint16_t service_data_len;//Service數據長度
uint8_t *p_service_data;//Service數據指針
uint16_t service_uuid_len;//Servic UUID長度
uint8_t *p_service_uuid;//Servic UUID指針
uint8_t flag;//廣播的發現模式，可選BLE_ADV_DATA_FLAG枚舉值
} esp_ble_adv_data_t;
//設置示例
static esp_ble_adv_data_t adv_data = {
.set_scan_rsp = false,
.include_name = true,
.include_txpower = false,
.min_interval = 0x0006, //slave connection min interval, Time = min_interval * 1.25 msec=7.5ms
.max_interval = 0x0010, //slave connection max interval, Time = max_interval * 1.25 msec=20ms
.appearance = 0x00,
.manufacturer_len = 0, //TEST_MANUFACTURER_DATA_LEN
.p_manufacturer_data = NULL, //&test_manufacturer[0]
.service_data_len = 0,
.p_service_data = NULL,
.service_uuid_len = sizeof(adv_service_uuid128),
.p_service_uuid = adv_service_uuid128,
.flag = (ESP_BLE_ADV_FLAG_GEN_DISC | ESP_BLE_ADV_FLAG_BREDR_NOT_SPT),
};
一個廣播的有效數據是31字節，如果超過會導致超出部分被截掉
使用esp_ble_gap_config_adv_data_raw()和esp_ble_gap_config_scan_rsp_data_raw()函數可以廣播自定義的空數據
廣播數據設置完畢后，會自動進入ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_SET_COMPLETE_EVT()或ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_RAW_SET_COMPLETE_EVT狀態，此時可以在gap_event_handler()中設置FSM控制程序
static void BLE_gap_event_handler(esp_gap_ble_cb_event_t event, esp_ble_gap_cb_param_t* param)
{
switch (event)
{
#ifdef CONFIG_SET_RAW_ADV_DATA
case ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_RAW_SET_COMPLETE_EVT:
adv_config_done &= (~adv_config_flag);
if (adv_config_done == 0)
{
esp_ble_gap_start_advertising(&adv_params);
}
break;
case ESP_GAP_BLE_SCAN_RSP_DATA_RAW_SET_COMPLETE_EVT:
adv_config_done &= (~scan_rsp_config_flag);
if (adv_config_done == 0)
{
esp_ble_gap_start_advertising(&adv_params);
}
break;
#else
case ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_SET_COMPLETE_EVT:
adv_config_done &= (~adv_config_flag);
if (adv_config_done == 0)
{
esp_ble_gap_start_advertising(&adv_params);
}
break;
case ESP_GAP_BLE_SCAN_RSP_DATA_SET_COMPLETE_EVT:
adv_config_done &= (~scan_rsp_config_flag);
if (adv_config_done == 0)
{
esp_ble_gap_start_advertising(&adv_params);
}
break;
#endif
case ESP_GAP_BLE_ADV_START_COMPLETE_EVT:
//advertising start complete event to indicate advertising start successfully or failed
if (param->adv_start_cmpl.status != ESP_BT_STATUS_SUCCESS)
{
ESP_LOGE(TAG, "Advertising start failed\n");
}
break;
case ESP_GAP_BLE_ADV_STOP_COMPLETE_EVT:
if (param->adv_stop_cmpl.status != ESP_BT_STATUS_SUCCESS)
{
ESP_LOGE(TAG, "Advertising stop failed\n");
}
else
{
ESP_LOGI(TAG, "Stop adv successfully\n");
}
break;
case ESP_GAP_BLE_UPDATE_CONN_PARAMS_EVT:
ESP_LOGI(TAG, "update connection params status = %d, min_int = %d, max_int = %d,conn_int = %d,latency = %d, timeout = %d",
param->update_conn_params.status,
param->update_conn_params.min_int,
param->update_conn_params.max_int,
param->update_conn_params.conn_int,
param->update_conn_params.latency,
param->update_conn_params.timeout);
break;
default:
break;
}
}
只要使用了esp_ble_gap_start_advertising()函數，GATT Server就會開始廣播，在此之前還需要用esp_ble_adv_params_t結構體配置相關的參數
//廣播參數
typedef struct {
uint16_t adv_int_min;
//非定向和循環定向廣播的最小時間間隔
//間隔設置在0x0020到0x4000，默認0x0800（1.28s），實際時間=N * 0.625 ms，時間范圍在20ms到10.24s
uint16_t adv_int_max;
//非定向和循環定向廣播的最大時間間隔
//間隔設置在0x0020到0x4000，默認0x0800（1.28s），實際時間=N * 0.625 ms，時間范圍在20ms到10.24s
esp_ble_adv_type_t adv_type;//廣播類型
esp_ble_addr_type_t own_addr_type;//擁有者的藍牙設備地址類型
esp_bd_addr_t peer_addr;//附近的藍牙設備地址
esp_ble_addr_type_t peer_addr_type;//附近的藍牙設備地址類型
esp_ble_adv_channel_t channel_map;//廣播通道映射
esp_ble_adv_filter_t adv_filter_policy;//廣播過濾器設置
}
esp_ble_adv_params_t;
//設置示例
static esp_ble_adv_params_t adv_params = {
.adv_int_min = 0x20,//最小時間間隔
.adv_int_max = 0x40,//最大時間間隔
.adv_type = ADV_TYPE_IND,
.own_addr_type = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC,//公共地址
//.peer_addr =默認
//.peer_addr_type =默認
.channel_map = ADV_CHNL_ALL,//全通道
.adv_filter_policy = ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY,//掃描所有連接
};
設置完畢后，可以使用esp_ble_gap_start_advertising()進行廣播
注意：esp_ble_gap_config_adv_data()使用esp_ble_adv_data_t結構體進行設置，配置的是廣播出去的數據；而esp_ble_gap_start_advertising()使用esp_ble_adv_params_t結構體進行設置，配置的是該怎樣廣播
經典藍牙的子集SPP
藍牙串口協議Serial Port Profile簡寫為SPP，SPP就是一種能在藍牙設備之間創建串口進行數據傳輸的協議，最終目的是在兩個不同設備（通信的兩端）上的應用之間保證一條完整的通信路徑
SPP的協議棧示意圖如下
連接流程
- 創建虛擬連接
- 接受虛擬串口連接
- 在本地SDP數據上注冊服務
SPP協議與GATT協議的對比
| 經典藍牙BT-SPP | 低功耗藍牙BLE-GATT |
|---|---|
| 速率高 | 靈活多變、集成很多profile |
| 兼容性好 | 高速率傳輸時兼容性難以保障 |
| 對IOS不友好 | 對IOS很友好 |
| APP編程不方便 | 開發資源豐富、接口多 |