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[经验] ESP32-AT: BLE client 的 scan、创建和连接

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-3-12 16:45:27 |显示全部楼层
    BLE client 的 scan、创建和连接一、基础知识

    想要进行 BLE 相关的开发,我们必须具备一定的基础知识,当然基础知识肯定是非常简单的,仅罗列些和本文介绍指令相关的知识。

    ESP32 里的蓝牙协议栈是符合蓝牙4.2协议规范的, 本文的描述也仅针对蓝牙4.2规范。

    1.jpg


    1. BLE 协议架构


    在 BLE 协议栈中,大致分为这几个层级:PHY、LL、HCI、L2CAP、SM、ATT、GATT。其中 PHY 和 LL 我们一般称之为 controller,HCI 之上的称之为 Host,而 HCI 是中间的接口层。


    下面是对这几个层所负责的事的大致描述,如果需要了解更细致的信息,需要去蓝牙官网下载详细的 spec:


    PHY: 主要是射频相关的,BLE有40个信道,从2402 - 2480 MHz。


    LL: 链路层,RF 控制层,用于控制设备的射频状态,控制芯片工作在standby(准备)、advertising(广播)、scanning(监听/扫描), initiating(发起连接)、connected(已连接) 这五个状态中的一种。


    HCI:主机控制接口层,通信层,向host和controller提供一个标准化的接口。该层可以由软件API实现或者使用硬件接口 uart、spi、usb来控制。


    L2CAP:逻辑链路控制及自适应协议层,相当于快递,将数据打包,为上层提供数据封装服务,可以让客户点对点的通信。


    SM:安全管理层,提供配对和密钥的分发,实现安全连接和数据交换。


    ATT:属性协议层,ATT 环境中,允许设备向另外一个设备展示一块特定的数据,称之为“属性”,展示“属性” 的设备称为服务器,与之配对的设备称为客户端。链路层状态(主机和从机)与设备的ATT 角色是相互独立的,也就是说,主机设备可以是 ATT 服务器,也可以是 ATT客户端,从机也一样。


    GATT:通用属文件健配置层,从名字就能看出,GATT 是在 ATT 上面的一层结构,定义了使用 ATT的服务框架,GATT规定了配置文件(鼎鼎有名的 profile)的结构,在BLE中,所有被profile或者服务用到的数据块都称为“特性, characteristic”两个建立连接的设备之间的所有数据通信都是通过 GATT 子程序处理,应用程序和 profile 直接使用 GATT层,在后面具体的代码中,我们会经常见到 GATT,数据交互也是再GATT层。


    2. BLE 角色划分


    在 BLE 协议栈,不同的层级里面有不同的角色划分:


    LL:可以把设备分为主机和从机,从机广播,主机发起连接;


    GAP:可以把设备分为中心设备和外围设备;


    GATT:可以把设备分为服务端和客户端;


    我们需要记住一点就是,这些划分相互是不受影响的,在这里,我们只讨论 GATT 层的角色。


    GATT 其实是一种属性传输协议,简单的讲可以认为是一种属性传输的应用层协议,这个属性的结构其实非常简单,其实也就是由一个个 services 组成,每个 service 又由数量不等的 characteristic 组成,每个characteristic 又由很多其它的元素组成,就如下图所示。在这里,我们不进一次描述,只需要有个概念,我们会在其它文档中进一步介绍。

    2.png

    在 GATT 中,有 Server 和 Client 之分:


    Server 属性数据库的存储的地方


    Client 会发起与server的连接, 发现service上面的属性数据库。


    GATT server 和 GATT client 这两种角色存在的阶段则是建立连接之后,根据对话地位的不同进行区分的,很容易理解的是,保有数据的那一方我们称之为GATT server,访问数据的那一方我们称之为GATT client。

    二、应用场景介绍


    在这里,我们还用一个简单的例子进行说明GATT server 和 GATT client的工作方式,比如手机APP和小米手环。


    手机APP和小米手环建立连接之前,一般我们都会打开手机的蓝牙功能,然后打开手机APP,用手机APP搜索周边的蓝牙设备,搜索的结果可能不止一个,但是手环应该是在设备列表里的,这个过程中手机负责扫描的任务,两者建立了GATT连接后,手机扮演的角色就是GATT client,然后,手机这里需要做服务发现,看看小米手环那里有哪些服务,手机可以从手环中读取各种等传感器数据(比如步数和心跳),两者交互的数据是保存在手环中的,此时手环就是GATT server。


    三、用 ESP32-AT 实现GATT Client


    从上面的知识背景和应用场景介绍中,可以了解到 GATT client 主要就是干这些事情:


    扫描设备

    建立连接

    服务发现

    数据传输

    当然除了上面提到的,client 还会干很多其它的事情,比如:


    更新连接参数

    更新MTU Szie

    发起加密

    不过这些操作,在本文不会涉及,会在下面的文档中有进一步的介绍。


    AT指令的操作介绍:


    1. 初始化


    首先要做的就是初始化 BLE 的角色,在这里,角色就是指 GATT 层的角色。

    1. AT+BLEINIT=1

    2. OK
    复制代码

    AT+BLEINIT 这条指令用来初始化 GATT 角色, 参数可以设置为0,1,2。

    • 0: 关闭BLE
    • 1: 初始化为client
    • 2: 初始化为server
    [color=rgba(0, 0, 0, 0.749019607843137)]

    2. 扫描周边设备
    1. AT+BLESCAN=1,3

    2. OK
    复制代码
    AT+BLESCAN 这条命令可以用来开启和关闭BLE扫瞄,第一个参数 1 代表开启扫描,如果是 0,代表关闭扫描。

    第二个参数是可选参数,如果是关闭扫描,第二个参数不必输入,如果是开启扫描,第二个参数是扫描时间,这个时候缺省第二个参数或者设置为0,都代表持续扫描下去。

    扫描的时候,是不阻塞的,随时可以下命令停止扫描。


    3. 发起连接
    1. AT+BLECONN=0,"12:34:56:78:90:12"

    2. OK
    复制代码

    第一个参数是连接的序列号,由用户随意设置,第二个参数是想要连接的对端设备地址,这里可以通过上面那条扫描的命令的得到。

    如果用户想断开连接,可以调用这条命令:

    1. AT+BLEDISCONN=0

    2. OK
    复制代码

    这里只需要输入连接序列号一个参数即可,如果忘记了连接的序号,可以查询:

    1. AT+BLECONN?

    2. OK
    复制代码
    4. 服务发现
    1. AT+BLEGATTCPRIMSRV=0

    2. OK
    复制代码

    这里的参数0代表连接的序列号,表示用户想去查那个server上的服务(主要服务)。

    用户可以拿一块ESP32的模组,烧录ESP32-AT的固件,试一下。


    本文作者 espressif

    来源 CSDN



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