NRF52832DK协议栈高级实验

1 实验简介

工程编号	实验名称	工程简介
3.0_ble_peripheral_profile_led	LED控制实验	实现了LED服务，可以通过手机控制LED灯的点亮和熄灭
3.1_ble_peripheral_profile_btn	按键控制实验	实现了按键服务，可以将按键按下的状态发送给手机
3.2_ble_peripheral_beacon	基站（信标）实验	BEACON格式广播
3.3_ble_peripheral_nus	从机NUS实验（串口透传）	实现了NUS服务，可以实现主从机的串口透传
3.4_ble_central_nus	主机NUS实验（串口透传）	实现了NUS服务，可以实现主从机的串口透传
3.5_ble_peripheral_multi	一从多主实验	一个从机支持被多个主机连接
3.6_ble_central_multi	一主多从实验	一个主机支持连接多个从机
3.7_ble_central_peripheral	主从一体实验	异常

2 LED控制实验

2.1 实验简介

我们的蓝牙实战实验将从蓝牙控制IO输出高低电平，以此来控制开发板上LED点亮和熄灭开始。

在这个实验中，我们主要会展示一下，有关特征值的write以及read属性，其中由于read属性相对而言使用的较少。我们主要会给大家介绍write属性，也就是主机给从机发送数据的属性。

2.2 硬件说明

nRF52DK开发板采用与Nordic官方开发板相同的指示灯电路，原则协议栈例程可以直接控制指示灯，无需修改代码。

指示灯与芯片引脚对应关系如下表格。

网络标号	芯片引脚号	连接方式
LED1	P0.17	直连，低电平亮灯
LED2	P0.18	直连，低电平亮灯
LED3	P0.19	直连，低电平亮灯
LED4	P0.20	直连，低电平亮灯

2.3 实验现象

手机端通过nordic的app"nrf master control panel"，发起对设备的扫描和连接，连接成功之后，我们通过UUID FFF1给开发板发送数据。

例如发送0x00,0x00,0x00,0x00给开发板，此时开发板的4个LED灯均被点亮；同样的我们给将某位数据改成0x01，对应的LED就会熄灭。

2.4 源码讲解

2.4.1 gy_profile_led.c\.h

我们首先查看一下他的服务文件，也就是gy_profile_led，我们我们就是通过这个服务来接收手机端发送的LED控制数据的。

可以看到这个服务初始化ble_led_init函数中对于服务以及他的特征值属性的初始化过程，首先我们先初始化一个回调（p_led->led_write_handler = p_led_init->led_write_handler;），这个回调是用来将gy_profile_led这一层的数据，上传给mian文件去处理。

接下来是服务的添加，首先是调用sd_ble_uuid_vs_add去添加服务，然后给这个ble_uuid的服务的参数赋值，最后调用sd_ble_gatts_service_add函数去注册这个服务，这边我们注册的服务句柄是p_led->service_handle。

注册完服务之后，我们就要开始添加我们的特征值characteristic，特征值的添加也是一样的，首先配置特征值的参数，这些参数中我们主要关注一下ble_gatt_char_props_t，这个参数是用来定义特征值的属性的，可以看到我们的属性有如下几种：

/**@brief GATT Characteristic Properties. */
typedef struct
{
  /* Standard properties */
  uint8_t broadcast       :1; /**< 广播 */
  uint8_t read            :1; /**< 读 */
  uint8_t write_wo_resp   :1; /**< 写指令 */
  uint8_t write           :1; /**< 写*/
  uint8_t notify          :1; /**< 通知*/
  uint8_t indicate        :1; /**< 暗示 */
  uint8_t auth_signed_wr  :1; /**< 签名写指令 */
} ble_gatt_char_props_t;

因为我们的led的服务，是手机写数据给开发板控制LED，所以我们要定义特征值写使能（add_char_params.char_props.write = 1;），另外当我们需要知道上次是发送的什么控制数据给开发板时，我们需要读一下数据，所以这边我们同样定义一下读使能（add_char_params.char_props.read = 1;），当我们配置完特征值的属性之后，我们调用characteristic_add函数，去向刚刚注册的p_led->service_handle服务中添加我们的特征值。

53 //******************************************************************************
54 // fn :ble_led_init
55 //
56 // brief : 初始化LED服务
57 //
58 // param : p_led -> led服务结构体
59 //         p_led_init -> led服务初始化结构体
60 //
61 // return : uint32_t -> 成功返回SUCCESS，其他返回ERR NO.
62 uint32_t ble_led_init(ble_led_t * p_led, const ble_led_init_t * p_led_init)
63 {
64     uint32_t              err_code;
65     ble_uuid_t            ble_uuid;
66     ble_add_char_params_t add_char_params;
67 
68     // 初始化服务结构体
69     p_led->led_write_handler = p_led_init->led_write_handler;
70 
71     // 添加服务（128bit UUID）
72     ble_uuid128_t base_uuid = {LED_UUID_BASE};
73     err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_led->uuid_type);
74     VERIFY_SUCCESS(err_code);
75 
76     ble_uuid.type = p_led->uuid_type;
77     ble_uuid.uuid = LED_UUID_SERVICE;
78 
79     err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY, &ble_uuid, &p_led->service_handle);
80     VERIFY_SUCCESS(err_code);
81 
82     // 添加LED特征值（属性是Write和Read、长度是4）
83     memset(&add_char_params, 0, sizeof(add_char_params));
84     add_char_params.uuid             = LED_UUID_CHAR;
85     add_char_params.uuid_type        = p_led->uuid_type;
86     add_char_params.init_len         = LED_UUID_CHAR_LEN;
87     add_char_params.max_len          = LED_UUID_CHAR_LEN;
88     add_char_params.char_props.read  = 1;
89     add_char_params.char_props.write = 1;
90 
91     add_char_params.read_access  = SEC_OPEN;
92     add_char_params.write_access = SEC_OPEN;
93 
94     return characteristic_add(p_led->service_handle, &add_char_params, &p_led->led_char_handles);
95 }

看完服务的初始化，我们来看下我们的服务注册之后是怎么来进行工作的，首先我们看下ble_led_on_ble_evt这个函数，这个函数在我们mian函数中注册BLE_LED_DEF(m_led);实例的时候被引用。

15 //******************************************************************************
16 // fn :BLE_LED_DEF
17 //
18 // brief : 初始化LED服务实例
19 //
20 // param : _name -> 实例的名称
21 //
22 // return : none
23 #define BLE_LED_DEF(_name)                                                                          \
24 static ble_led_t _name;                                                                             \
25 NRF_SDH_BLE_OBSERVER(_name ## _obs,                                                                 \
26                      BLE_LED_BLE_OBSERVER_PRIO,                                                     \
27                      ble_led_on_ble_evt, &_name)

这个m_led实例注册，涉及到NRF_SDH_BLE_OBSERVER的使用，简单的理解就是利用这个注册了实例之后，当底层有GAP或者GATT消息返回的时候，就会触发ble_led_on_ble_evt函数。 因为我们LED服务这里需要接收手机端write的LED控制数据，所以我们在事件判断中，判断是否出现GATT Write事件，一旦出现了，我们调用on_write函数去处理这个事件。

28 //******************************************************************************
29 // fn :ble_led_on_ble_evt
30 //
31 // brief : BLE事件处理函数
32 //
33 // param : p_ble_evt -> ble事件
34 //         p_context -> ble事件处理程序的参数（暂时理解应该是不同的功能，注册时所携带的结构体参数）
35 //
36 // return : none
37 void ble_led_on_ble_evt(ble_evt_t const * p_ble_evt, void * p_context)
38 {
39     ble_led_t * p_led = (ble_led_t *)p_context;
40 
41     switch (p_ble_evt->header.evt_id)
42     {
43         // GATT Client Write事件
44         case BLE_GATTS_EVT_WRITE:
45             on_write(p_led, p_ble_evt);
46             break;
47 
48         default:
49             break;
50     }
51 }

on_write函数用于处理接收的write数据，我们判断一下接收的数据是否符合我们的要求，如果符合，那么我们通过初始化函数中的回调函数，将接收到的值上传到main函数中去处理。

 7 //******************************************************************************
 8 // fn :on_write
 9 //
10 // brief : 处理Write事件的函数。
11 //
12 // param : p_led -> led服务结构体
13 //         p_ble_evt -> ble事件
14 //
15 // return : none
16 static void on_write(ble_led_t * p_led, ble_evt_t const * p_ble_evt)
17 {
18     ble_gatts_evt_write_t const * p_evt_write = &p_ble_evt->evt.gatts_evt.params.write;
19 
20     if (   (p_evt_write->handle == p_led->led_char_handles.value_handle)
21         && (p_evt_write->len <= LED_UUID_CHAR_LEN)
22         && (p_led->led_write_handler != NULL))
23     {
24         p_led->led_write_handler((uint8_t*)p_evt_write->data);
25     }
26 }

2.4.2 gy_serial_led.c\.h

有关外设处理，请大家查看基础实验部分

2.4.3 main.c

main文件中也不给大家全部介绍了，这个和蓝牙协议实验部分是重合的，我们只关注实验改动的部分。

我们看下服务初始化的部分，可以看到调用了我们gy_profile_led中的ble_led_init函数初始化注册了我们的LED服务，并且通用注册了一个回调函数。

在这个回调函数led_write_handler中，我们可以获取到gy_profile_led中上传上来的接收到的wirte数据，并且利用这个数据进行LED的控制。

195 //******************************************************************
196 // fn : nus_data_handler
197 //
198 // brief : 用于处理来自Nordic UART服务的数据的功能
199 // details : 该功能将处理从Nordic UART BLE服务接收的数据并将其发送到UART模块
200 //
201 // param : ble_nus_evt_t -> nus事件
202 //
203 // return : none
204 static void led_write_handler(uint8_t * new_state)
205 {
206     NRF_LOG_INFO("Recive State:%02X,%02X,%02X,%02X",new_state[0],new_state[1],new_state[2],new_state[3]);
207     LED_Control(BSP_LED_0, new_state[0]);
208     LED_Control(BSP_LED_1, new_state[1]);
209     LED_Control(BSP_LED_2, new_state[2]);
210     LED_Control(BSP_LED_3, new_state[3]);
211 }
212 
213 //******************************************************************
214 // fn : services_init
215 //
216 // brief : 初始化复位（本例程展示NUS：Nordic Uart Service）
217 //
218 // param : none
219 //
220 // return : none
221 static void services_init(void)
222 {
223     uint32_t           err_code;
224     ble_led_init_t     led_init;
225 
226     // Initialize NUS.
227     memset(&led_init, 0, sizeof(led_init));
228 
229     led_init.led_write_handler = led_write_handler;
230 
231     err_code = ble_led_init(&m_led, &led_init);
232     APP_ERROR_CHECK(err_code);
233 }

3 按键控制实验

3.1 实验简介

按键控制实验，就是开发板上的按键按下，然后我们将通过蓝牙上报手机是哪一个按键被按下。

在上一个LED控制实验中，我们主要讲了Write属性，也就是主机给从机发送数据。在这个实验中，我们将会给大家展示从机如何给主机发送数据，也就是notify属性的使用。

3.2 硬件说明

nRF52DK开发板采用与Nordic官方开发板相同的按键电路，原则协议栈例程可以直接使用按键，无需修改代码。

按键与芯片引脚对应关系如下表格。

网络标号	芯片引脚号	连接方式
BTN1	P0.13	直连，下降沿（低电平）触发
BTN2	P0.14	直连，下降沿（低电平）触发
BTN3	P0.15	直连，下降沿（低电平）触发
BTN4	P0.16	直连，下降沿（低电平）触发

3.3 实验现象

首先还是使用nordic的app "nrf master control panel"去连接我们的开发板，连接成功之后，我们点击UUID FFE1特征值的使用notify的按钮（三个向下箭头的图标）。

使能了notify之后，我们分别按下开发板上的按键S1-S4，可以看到手机上显示对应的上报状态数据。

3.4 源码讲解

3.4.1 gy_profile_btn.c\.h

首先我们还是先看一下服务配置文件，首先还是注册一下服务，注册的服务句柄是p_btn->service_handle。服务注册完成之后，我们注册按键的特征值，可以看到我们分别使能了按键的notify通知属性（add_char_params.char_props.notify = 1;），并且同样使能了read属性（add_char_params.char_props.read = 1;）。

这里我们需要注意的是下面的cccd_write_access参数被使能，上一实验大家都好理解需要使能write_access和read_access，因为我们需要使用读写，那么为什么这个例程要使能cccd_write_access呢，这边给大家简单说明一下CCCD。

Client Characteristic Configuration Descriptor（CCCD）是客户端特征配置描述符。当主机向CCCD中写入0x01，0x00，此时使能notify；当写入0x00，0x00时，此时禁止notify。 在nordic的协议栈当中，他的这个notify使能是交给用户自己处理的，也是说即便主机没有向cccd中写入0x01，0x00去使能notify，我们同样可以直接利用notify去发送数据，只能这样不符合规范。

50 //******************************************************************************
51 // fn :ble_btn_init
52 //
53 // brief : 初始化BTN服务
54 //
55 // param : p_btn -> btn服务结构体
56 //
57 // return : uint32_t -> 成功返回SUCCESS，其他返回ERR NO.
58 uint32_t ble_btn_init(ble_btn_t * p_btn)
59 {
60     uint32_t              err_code;
61     ble_uuid_t            ble_uuid;
62     ble_add_char_params_t add_char_params;
63 
64     // 添加服务（128bit UUID）
65     ble_uuid128_t base_uuid = {BTN_UUID_BASE};
66     err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_btn->uuid_type);
67     VERIFY_SUCCESS(err_code);
68 
69     ble_uuid.type = p_btn->uuid_type;
70     ble_uuid.uuid = BTN_UUID_SERVICE;
71 
72     err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY, &ble_uuid, &p_btn->service_handle);
73     VERIFY_SUCCESS(err_code);
74 
75     // 添加BTN特征值（属性是Write和Read、长度是4）
76     memset(&add_char_params, 0, sizeof(add_char_params));
77     add_char_params.uuid             = BTN_UUID_CHAR;
78     add_char_params.uuid_type        = p_btn->uuid_type;
79     add_char_params.init_len         = BTN_UUID_CHAR_LEN;
80     add_char_params.max_len          = BTN_UUID_CHAR_LEN;
81     add_char_params.char_props.read  = 1;
82     add_char_params.char_props.notify = 1;
83     
84     add_char_params.read_access  = SEC_OPEN;
85     add_char_params.cccd_write_access = SEC_OPEN;
86 
87     return characteristic_add(p_btn->service_handle, &add_char_params, &p_btn->btn_char_handles);
88 }

服务部分剩下的处理流程和上一实验是类型的，只不过上一个实验是处理的wirte属性，而这个实验是处理notify属性。 首先在BLE事件处理的函数中，本来我们应该要处理CCCD_Write的数据的，但是这边我们偷懒了，不去做处理，验证一下主机不发送数据使能notify，我们也可以通过notify发送数据出去。

31 //******************************************************************************
32 // fn :ble_led_on_ble_evt
33 //
34 // brief : BLE事件处理函数
35 //
36 // param : p_ble_evt -> ble事件
37 //         p_context -> ble事件处理程序的参数（暂时理解应该是不同的功能，注册时所携带的结构体参数）
38 //
39 // return : none
40 void ble_led_on_ble_evt(ble_evt_t const * p_ble_evt, void * p_context)
41 {
42     switch (p_ble_evt->header.evt_id)
43     {
44 
45         default:
46             break;
47     }
48 }

下面这个函数，就是我们notify发送数据的函数，他的参数我们只需要配置4个。

type配置为BLE_GATT_HVX_NOTIFICATION，代表是notify属性的数据；

handle我们需要配置为我们按键特征值的value.handle，代表的是按键特征值的Value这个列表的句柄；

剩下的p_data和p_len就是我们需要发送的数据以及数据的长度。

 7 //******************************************************************************
 8 // fn :ble_lbs_on_button_change
 9 //
10 // brief : 处理按键按下，状态更新的事件
11 //
12 // param : conn_handle -> 连接的句柄
13 //         p_btn -> btn结构体
14 //         button_state -> 按键状态
15 //
16 // return : none
17 uint32_t ble_lbs_on_button_change(uint16_t conn_handle, ble_btn_t * p_btn, uint8_t *button_state)
18 {
19     ble_gatts_hvx_params_t params;
20     uint16_t len = BTN_UUID_CHAR_LEN;
21 
22     memset(&params, 0, sizeof(params));
23     params.type   = BLE_GATT_HVX_NOTIFICATION;
24     params.handle = p_btn->btn_char_handles.value_handle;
25     params.p_data = button_state;
26     params.p_len  = &len;
27 
28     return sd_ble_gatts_hvx(conn_handle, &params);
29 }

3.4.2 gy_serial_btn.c\.h

按键的外设处理驱动文件，这个详细的说明也是请大家查看基础实验部分的，这里我们只关注一下按键被触发，然后通过notify函数，去向手机发送通知。

41 //******************************************************************
42 // fn : btn_timeout_handler
43 //
44 // brief : 按键定时器超时任务
45 // 
46 // param : p_event -> 指向数据库发现事件的指针
47 //
48 // return : none
49 static void btn_timeout_handler(void * p_context)
50 { 
51   uint8_t btnStateBuf[BTN_UUID_CHAR_LEN] = {0};
52   
53   if(nrf_drv_gpiote_in_is_set(BUTTON_1) == 0)
54   {
55     NRF_LOG_INFO("BTN1");
56     btnStateBuf[0] = 0x01;
57     btnState = 1;
58   }
59 
60   if(nrf_drv_gpiote_in_is_set(BUTTON_2) == 0)
61   {
62     NRF_LOG_INFO("BTN2");
63     btnStateBuf[1] = 0x01;
64     btnState = 1;
65   }
66   
67   if(nrf_drv_gpiote_in_is_set(BUTTON_3) == 0)
68   {
69     NRF_LOG_INFO("BTN3");
70     btnStateBuf[2] = 0x01;
71     btnState = 1;
72   }
73   
74   if(nrf_drv_gpiote_in_is_set(BUTTON_4) == 0)
75   {
76     NRF_LOG_INFO("BTN4");
77     btnStateBuf[3] = 0x01;
78     btnState = 1;
79   }
80   
81   if(btnState)
82   {
83     ble_lbs_on_button_change(0x0000, &m_btn, btnStateBuf);
84   }
85   btnState = 0;
86 }

3.5 main.c

由于这个例程的按键通知我们是放到了按键驱动文件中处理，所以在main函数当中我们只需要去初始化一下这个服务就可以了。

194 //******************************************************************
195 // fn : services_init
196 //
197 // brief : 初始化复位（本例程展示NUS：Nordic Uart Service）
198 //
199 // param : none
200 //
201 // return : none
202 static void services_init(void)
203 {
204     uint32_t           err_code;
205 
206     err_code = ble_btn_init(&m_btn);
207     APP_ERROR_CHECK(err_code);
208 }

4 基站（信标）实验

4.1 实验简介

无线技术中的信标是广播小块信息的概念。 信息可以是任何东西，范围从环境数据（温度，气压，湿度等）到微位置数据（资产跟踪，零售等）或方向数据（加速，旋转等）。

传输的数据通常是静态的，但也可以是动态的并随时间变化。 通过使用蓝牙低功耗，可以将信标设计为在单个纽扣电池上运行多年。 本应用报告介绍了信标的概念以及如何开始实施信标解决方案。 本文档中的命名约定可以概括为使用蓝牙低能耗技术广告来广播信息的信标，该技术可被称为蓝牙低功耗。

4.3 源码讲解

54 // BEACON数据
55 #define APP_BEACON_INFO_LENGTH          0x17                     // BEACON数据总长度
56 #define APP_ADV_DATA_LENGTH             0x15                     // BEACON特殊字节的长度
57 #define APP_DEVICE_TYPE                 0x02                     // 字节0x02代表这个设备是BEACON
58 #define APP_MEASURED_RSSI               0xC3                     // BEACON在1米距离处的信号强度
59 #define APP_COMPANY_IDENTIFIER          0x004C                   // 004C代表的是Apple id（只有这个ID，设备才会叫iBeacon）
60 #define APP_MAJOR_VALUE                 0x27, 0x12               // major
61 #define APP_MINOR_VALUE                 0x0B, 0x86               // minor
62 #define APP_BEACON_UUID                 0xFD,0xA5,0x06,0x93, \
63                                         0xA4,0xE2,0x4F,0xB1, \
64                                         0xAF,0xCF,0xC6,0xEB, \
65                                         0x07,0x64,0x78,0x25      // UUID
66 
67 // BEACON数据数组，用于初始化广播数据内容
68 static uint8_t m_beacon_info[APP_BEACON_INFO_LENGTH] = 
69 {
70     APP_DEVICE_TYPE,
71     APP_ADV_DATA_LENGTH, 
72     APP_BEACON_UUID,
73     APP_MAJOR_VALUE,
74     APP_MINOR_VALUE,
75     APP_MEASURED_RSSI
76 };

110 //******************************************************************
111 // fn : advertising_init
112 //
113 // brief : 用于初始化广播
114 //
115 // param : none
116 //
117 // return : none
118 static void advertising_init(void)
119 {
120     uint32_t               err_code;
121     ble_advertising_init_t init;
122     ble_advdata_manuf_data_t manuf_specific_data;
123     
124     memset(&init, 0, sizeof(init));
125 
126     // 扫描回调数据包含短设备名称（方便大家看app显示BEACON标志）
127     init.srdata.name_type = BLE_ADVDATA_SHORT_NAME;
128     init.srdata.short_name_len = 9;
129    
130     // 配置广播数据的flag，设置为beacon，配置为BLE_GAP_ADV_FLAG_BR_EDR_NOT_SUPPORTED
131     init.advdata.flags = BLE_GAP_ADV_FLAG_LE_GENERAL_DISC_MODE|BLE_GAP_ADV_FLAG_BR_EDR_NOT_SUPPORTED;
132     
133     // 配置广播数据中的BEACON数据
134     manuf_specific_data.company_identifier = APP_COMPANY_IDENTIFIER;
135     manuf_specific_data.data.p_data = (uint8_t *) m_beacon_info;
136     manuf_specific_data.data.size   = APP_BEACON_INFO_LENGTH;
137     init.advdata.p_manuf_specific_data = &manuf_specific_data;
138 
139     // 配置广播周期，40ms快速广播，超时参数配置为0代表一直广播
140     init.config.ble_adv_fast_enabled  = true;
141     init.config.ble_adv_fast_interval = 64;   // 64*0.625 = 40ms
142     init.config.ble_adv_fast_timeout  = 0;    // 1800*10ms = 18s
143 
144     err_code = ble_advertising_init(&m_advertising, &init);
145     APP_ERROR_CHECK(err_code);
146 
147     ble_advertising_conn_cfg_tag_set(&m_advertising, APP_BLE_CONN_CFG_TAG);
148 }