ESP32:藍牙BLE控制M3508電機
先給各位朋友拜個年，祝大家新春快樂，事事順利，身體健康啊！
還是熟悉的3508，內容概述：
- ESP32主控
- 藍牙BLE通信
- 使用實時系統（FreeRTOS）
- 使用ESP32的TWAI總線（CAN）
ESP32使用ESP-IDF v4.3開發，倉庫地址放在文末。
目錄
ESP32的TWAI（CAN）
概覽與對比
有人說ESP32沒有CAN總線控制器，其實不然，只不過它被稱作TWAI，two-wire automotive interface。這也是ESP32可以用來控制大疆M3508、M2006等電機的根本原因。由於官方放出的資料很少，所以不被大家所熟知。
ESP32的CAN控制器在功能上比STM32略遜一籌，同時技術披露較少，其硬件設計參數基本都是未知的。但從另一方面說，整體配置使用比STM32更簡單一些的，特別是結合實時系統提供的一些組件，不需要過多的考慮中斷等問題。
最大區別在於，STM32有三組FIFO和靈活分配的filter，ESP32則采用收發buffer，控制器硬件將接受到的消息放入buffer中，軟件驅動再把buffer中的報文處理過后放入queue，用戶應用讀取queue獲取報文，發送同理。
反饋的獲取
ESP32沒有提供中斷回調函數接口。意味着STM32上使用接收中斷來更新電機反饋的方法是行不通的，為保證反饋量的實時性，有以下三種方法可以選擇：
- 使用優先級合適的任務進行輪詢
- 利用定時器中斷回調進行輪詢
- 利用TWAI控制器的alert查詢阻塞讀取
由於我使用的FreeRTOS的tick為10ms，而大疆C620電調的發送速率默認為1KHz，所以我使用了第一個方法來獲取電機反饋數據。創建一個從queue中讀取報文的任務，不斷阻塞查詢queue，計算更新反饋數據。
藍牙BLE
ESP32的最大亮點就是支持WiFi、藍牙協議棧，使用藍牙代替串口的應用場景無需多言。其中低功耗藍牙BLE非常合適少量文本數據的發送。下面簡要介紹幾個藍牙BLE概念。
GAP
GAP定義了設備的廣播行為，例如手機可以掃描到很多藍牙BLE設備便是靠GAP。GAP把設備分成兩種：中心設備（Central）、外圍設備（Peripheral），外圍設備對外不斷廣播，中心設備掃描、接收廣播。發現后進而建立連接，再利用下文的GATT協議進行數據傳輸。
舉例來說，我們的手機往往扮演中心設備的角色，而智能手環、智能家居、藍牙耳機、電動牙刷等設備則是外圍設備。
GATT
利用GAP發現並連接相應設備后，就可以開始傳輸數據了。藍牙BLE的數據傳輸建立在GATT協議上，它定義了BLE設備之間如何傳輸數據。GATT把設備分為Client和Server，其中命令與請求由Client主動發起，Server被動接受。
請注意：GATT的Client、Server身份與GAP的中心、外圍設備沒有任何關系，它們可以任意搭配，甚至可以既是Server又是Client。
參考：Getting Started with Bluetooth Low Energy：https://www.oreilly.com/library/view/getting-started-with/9781491900550/ch04.html
在本例中，運行着GATT Server的ESP32在建立連接前主動對外廣播，充當外圍設備。手機作為GATT Client，可以主動發起數據傳輸。
下面是典型的GATT Server的數據層級結構圖，服務端上可以同時提供多個Service讓客戶端選擇，每個Service內可以有多個Characteristic，其中就保存着數據的內容和描述。客戶端請求的時候就可以單獨請求某個Service里的某個Characteristic包含的數據。
舉例說明，某款智能手環作為GATT Server，定義了電量和運動兩個Service。電量服務內有一個Characteristic保存着電池電量百分比，手機請求它即可獲得手環電量。運動Service內有步數、消耗卡路里、睡眠時間等Characteristic，手機可以在需要的時候分別請求這些數據。
由於藍牙協議內容較多，這里暫不展開，后面有機會可以進一步深入討論。
ESP32 API
為了使用BLE，首先要把藍牙外設驅動、硬件初始化，按照之前說的，為了建立連接我們要初始化GAP，為了傳輸數據要初始化GATT。具體表現為要為GAP、GATT注冊處理事件的回調函數。
ret = esp_ble_gatts_register_callback(gatts_event_handler);
//錯誤處理
ret = esp_ble_gap_register_callback(gap_event_handler);
//錯誤處理
ret = esp_ble_gatts_app_register(PROFILE_A_APP_ID);
//錯誤處理
這些回調函數使用switch語句判斷由底層驅動傳遞上來的事件編號，並給出處理步驟，我們對其中的讀寫事件處理進行修改，使其符合我們的數據傳輸需求。
結合前面完成的TWAI驅動、移植的PID程序，電機控制程序基本完成。
實際上手
使用微信上的BLE調試小程序或者Nordic Connect軟件都可以，后者較為專業簡潔，但兩者功能上差別不大。
向圖中的Characteristic發送速度目標值，會觸發ESP_GATTS_WRITE_EVT事件，在處理中加入解析並向發送設備返回一個notify告知寫入成功：
char data[30];
memcpy(data,param->write.value,param->write.len);
data[param->write.len]=0;
moto_pid.target=atof(data);
printf("resetting target:%.2f\n",moto_pid.target);
sprintf(data,"SET TARGET:%.2f",moto_pid.target);
if (a_property & ESP_GATT_CHAR_PROP_BIT_NOTIFY){//發送notice
esp_ble_gatts_send_indicate(gatts_if, param->write.conn_id,
gl_profile_tab[PROFILE_A_APP_ID].char_handle,
strlen(data),(unsigned char *)data, false);}
當按下左邊的獲取按鈕時，會觸發ESP_GATTS_READ_EVT事件，使用response讓Client獲得圖中的速度值：
char spd[20];
sprintf(spd,"speed:%hd",moto_chassis->speed_rpm);
rsp.attr_value.len = strlen(spd);
memcpy(rsp.attr_value.value,spd,rsp.attr_value.len);
esp_ble_gatts_send_response(gatts_if, param->read.conn_id,
param->read.trans_id,
ESP_GATT_OK, &rsp);
總結
臨近年關，事也多，心也燥。這次本是簡單的移植，文章卻一直拖到正月初二才寫完。涉及藍牙協議棧的東西不敢多說，還需要多加研究。最后，祝大家新春快樂，工作順利，身體健康！
工程倉庫地址：GitHub:https://github.com/HuXioAn/ESP32-M3508-BLE
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作者：胡小安