目錄

• UUID
• • UUID的原理
  • • 藍牙技術聯盟UUID
    • 供應商特定UUID
  • UUID的設置
• 串口透傳
• • 初始化串口
  • 服務的建立
  • 雙向數據傳輸
• 藍牙遙控器的設計
• nrf51822內部flash操作
• • flash事件派發
  • flash初始化
  • flash讀寫
• flash存儲接收內容
• 遠程修改參數
• 藍牙溫濕度采集
• • DHT11
• 廣播包和數據包分析
• • 廣播包
  • 數據包
  • LED讀寫數據包
  • • 讀
    • 寫
• mac地址分析與設置
• • BLE設備地址類型
  • • 公共設備地址
    • 隨機設備地址
    • • 靜態設備地址
      • 私密設備地址
      • • 不可解析私密地址
        • 可解析私密地址
  • 地址配置
• 藍牙信號rssi讀取
• • 為什么是負值
  • API
• 藍牙發射功率的設置

目前手里面有幾個項目用的是nrf51822這款藍牙芯片。由于我從未接觸過藍牙協議，所以在很多地方磕磕絆絆的，所以最近準備系統學習一下該芯片。并做一下筆記放在我的博客里面。系統學習資料來源于B站青峰電子。視頻名稱為 藍牙nrf51822視頻教程資料 編程開發 協議棧開發 青峰電子例程。

UUID

UUID的原理

UUID含義是通用唯一識別碼（Universally Unique Identifier），這是一個軟件建構的標準。UUID是指再一臺機器上生成的數字，它保證對再同一時空中的所有機器都是唯一的。通常平臺會提供生成的API。

在GATT層中，規范定義的所有屬性都有一個UUID值，UUID是全球唯一的128位的號碼，它用來識別不同的特性。

藍牙技術聯盟UUID

所有的藍牙技術聯盟定義UUID共用了一個基本的UUID。0x0000xxxx00001000800000805F9B34FB。為了進一步進化UUID，每一個藍牙技術聯盟的屬性有一個唯一的16位UUID，以代替基本UUID的xxxx部分。例如心率測量特性使用0x2A37。

供應商特定UUID

SoftDevice根據藍牙技術聯盟定義UUID類似的方式定義UUID：先增加一個特定的基本UUID，再定義一個16位的UUID，將16位UUID加載到基本的UUID中。這種采用為所有的定制屬性定義一個共用的基本UUID的方式使得應用變的更加簡單。

UUID的設置

uint32_t ble_nus_init(ble_nus_t * p_nus, const ble_nus_init_t * p_nus_init) {uint32_t err_code;ble_uuid_t ble_uuid;//基本UUID，xxxx使用00 00占位，數組下標與顯示方向相反ble_uuid128_t nus_base_uuid = NUS_BASE_UUID;if ((p_nus == NULL) || (p_nus_init == NULL)){return NRF_ERROR_NULL;}// Initialize the service structure.p_nus->conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;p_nus->data_handler = p_nus_init->data_handler;p_nus->is_notification_enabled = false;/**@snippet [Adding proprietary Service to S110 SoftDevice] */// Add a custom base UUID.//將16位UUID添加到128位基礎UUIDerr_code = sd_ble_uuid_vs_add(&nus_base_uuid, &p_nus->uuid_type);if (err_code != NRF_SUCCESS){return err_code;}ble_uuid.type = p_nus->uuid_type;ble_uuid.uuid = BLE_UUID_NUS_SERVICE;// Add the service.err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY,&ble_uuid,&p_nus->service_handle);/**@snippet [Adding proprietary Service to S110 SoftDevice] */if (err_code != NRF_SUCCESS){return err_code;}// Add the RX Characteristic.err_code = rx_char_add(p_nus, p_nus_init);if (err_code != NRF_SUCCESS){return err_code;}// Add the TX Characteristic.err_code = tx_char_add(p_nus, p_nus_init);if (err_code != NRF_SUCCESS){return err_code;}return NRF_SUCCESS; }

串口透傳

通過串口透傳數據傳輸給藍牙。

初始化串口

這個也太簡單了吧。隨便百度就OK。

服務的建立

服務ble_nus.c

雙向數據傳輸

tx，rx兩個子服務。

藍牙遙控器的設計

基于藍牙串口透傳，通過藍牙發起指令控制硬件，達到遙控器的目的。

nrf51822內部flash操作

flash事件派發

/**@brief Function for dispatching a system event to interested modules.** @details This function is called from the System event interrupt handler after a system* event has been received.** @param[in] sys_evt System stack event.*/ static void sys_evt_dispatch(uint32_t sys_evt) {pstorage_sys_event_handler(sys_evt);//需要有該函數，官方函數庫，直接調用即可ble_advertising_on_sys_evt(sys_evt); }// Register with the SoftDevice handler module for BLE events. err_code = softdevice_sys_evt_handler_set(sys_evt_dispatch);//ble_stack_init函數中，協議棧系統事件 APP_ERROR_CHECK(err_code);

flash初始化

static pstorage_handle_t m_storage_handle; /**< Persistent storage handle for blocks requested by the module. */pstorage_module_param_t param; // Initialize persistent storage module. err_code = pstorage_init();//只能初始化一次,我曾經初始化兩次而出現問題//dm_init中有初始化 //All context with respect to a particular device is stored contiguously. param.block_size = ALL_CONTEXT_SIZE;//塊大小 param.block_count = DEVICE_MANAGER_MAX_BONDS;//塊數目 param.cb = dm_pstorage_cb_handler;//回調err_code = pstorage_register(&param, &m_storage_handle);

flash讀寫

pstorage_handle_t block_handle; err_code = pstorage_block_identifier_get(&m_storage_handle,0,&block_handle);//獲取ID,有注冊多次時需要用到，一次的話可以不調用 err_code = pstorage_clear(&block_handle, ALL_CONTEXT_SIZE);//擦除 err_code = pstorage_store(&block_handle,data,size,offset);//存儲 err_code = pstorage_load(data,&block_handle,size,offset);//讀取 pstorage_update(&block_handle,data,size,offset);//更新

flash存儲接收內容

通過回調函數來進行存儲，例程函數名及注釋如下：

/**@brief Function for pstorage module callback.** @param[in] p_handle Identifies module and block for which callback is received.* @param[in] op_code Identifies the operation for which the event is notified.* @param[in] result Identifies the result of flash access operation.* NRF_SUCCESS implies, operation succeeded.* @param[in] p_data Identifies the application data pointer. In case of store operation, this* points to the resident source of application memory that application can now* free or reuse. In case of clear, this is NULL as no application pointer is* needed for this operation.* @param[in] data_len Length of data provided by the application for the operation.*/ static void dm_pstorage_cb_handler(pstorage_handle_t * p_handle,uint8_t op_code,uint32_t result,uint8_t * p_data,uint32_t data_len) {}

源代碼太多，影響閱讀，所以不貼代碼，需要的話，自行閱讀。

存儲接收流程為手機發送數據->藍牙數據處理->寫入

此流程與例程功能并不相同。

藍牙回調函數中如下代碼：

pstorage_handle_t block_handle; pstorage_block_identifier_get(&m_storage_handle,0,&block_handle);//注冊一次可以不調用 pstorage_update(&block_handle,need_storage_data,len,offset);//更新數據

遠程修改參數

流程：

藍牙發送參數->藍牙數據存儲參數->重啟初始化已經修改的參數

藍牙溫濕度采集

DHT11

單總線，很多開發板例程中都有它。也大多數使用的是模擬的IIC。

到這里了，不會還有人不會使用api去發送、接收藍牙數據吧？不會吧不會吧！

廣播包和數據包分析

使用Packet Sniffer工具進行抓包

抓包圖：

廣播包

顯示數據標記為11個部分。

• Packet Sniffer抓包序列數，依次計數
• 抓取包的延時
• 廣播包表示的是廣播信道，數據包表示的是數據信道。
  數據鏈路層的兩種信道：
  A:廣播信道，提供給還沒有建立連接的藍牙設備提供發射廣播、掃描、建立連接的信道。BLE有三個廣播信道，37，38，39.廣播設備分別在這三個信道各發送一次廣播信號。傳統藍牙信道有16-32個，而BLE只有三個。因此BLE廣播時間短。
  B:數據信道：提供給已經建立藍牙連接的主從端提供可靠的數據通信信道。BLE規定有37個。為加強通訊的可靠性，避開干擾。BLE設備通過自適應跳頻的方式在37個信道上傳。
• 接入地址：0xBE89BED6。所有BLE設備的廣播幀都是使用的該地址，不分廠家
• PDU type是廣播類型（2 BYTE）。
  • 以ADV開頭的幀表示為廣播幀。是由advertiser發出的。有四種類型：
    ①ADV_IND:通用的可以建立連接的廣播,nrf51822通常發此廣播
    ②ADV_DIRECT_IND:快速廣播。廣播最長發射事件為1.28S。
    ③ADV_NONCONN_IND:不能建立連接的廣播信號，ibeacon發此類廣播
  • ADV_SCAN_IND為掃描幀，由scanner發出。
  • ADV_SCAN_REQ:為掃描請求幀，由scanner發出。只在scanner想從advertiser獲取更多廣播數據時發出。相應的，當ADV_SCAN_REQ被發出以后，advertiser會以SCAN_RSP作為回應
  • SCAN_RSP:ADV_SCAN_REQ回應。
  • CONNECT_REQ為scanner向advertiser發出
• Txadd Rxadd用來表示發送該廣播幀的藍牙設備的藍牙地址類型。1表示random address，0表示為public address。

  藍牙協議規定，任何一個藍牙設備必須擁有一個唯一的48bit的地址，用以標識身份。而且，在廣播的時候，必須要把藍牙地址廣播出去。藍牙地址有以下四種：

  • public address：該地址是公司通過IEEE申請獲得的，稱為OUI。這個地址是固定地址，全球唯一，不可修改。用24bit表（LSB）示公司名，24bit（MSB）用來分配給不同的產品類型。
  • random static address：是設備上電的時候隨機生成或者芯片廠家在生產芯片的時候，隨機燒錄的不重復的48bit的藍牙地址。nrf51822屬于后者。該地址存放在FICR中，用戶不可修改。最高位的后2bit必須位1。
  • private Non-Resolvable address和Private Resolvable address不常用，mac地址設置與分析中介紹。
  nrf51822采用的是Random static address。在啟動的時候協議棧從FICR里讀取作為設備的藍牙地址。如果用戶需要使用Public address則需要使用sd_ble_gap_address_set()這個函數重新設定藍牙地址。
  length表示PDU payload大小
• 藍牙設備地址
• PDU payload
  0E 09 4C 65 64 42 75 74 74 6F 6E 44 65 6D 6F為1組。0E代表本字段長度 09為LOCAL NAME，也就是藍牙設備名稱。可查ASCII表。表示該設備名稱為LedButtonDemo.
  03 19 34 12為1組，03為本字段長度：19為APPEARANCE（外觀，例如BLE_APPEARANCE_HID_MOUSE就會在手機或者PC中顯示有鼠標圖案），因為藍牙拉松數據是低位在前，所以3412其實為1234.0x1234轉成10進制為4660.APPEARANCE這個AD TYPE是新添加的TYPE，所以在CORE 4.0核心協議中找不到
  02 01 05為1組,02為字段長度，01是FLAGS 06表示設備只支持BLE，不支持傳統藍牙。05為04+01,見后圖。
• CRC：校驗
• RSSI：信號強度
• FCS：反饋

信道分區圖：

廣播協議包：

藍牙廣播FLAG：

數據包

ble數據包

Access address為接入 地址，接入地址由主設備提供。地址隨機生成。但是遵從一定規律。不同于廣播接入地址固定，具體規定查看藍牙協議。

Direction連接方向。M為主機，S為從機

ACK status響應

Data Type數據類型

Data Header報頭。

? MESN：下一個預期序列號。SN:序列號。MD：更多數據，PDU-Length：PDU長度。沒有為0

• 00:保留
• 11:鏈路層控制報文：用于管理連接
• 10：高級報文開始：可用于一個完整報文
• 01高層報文延續

LED讀寫數據包

讀

寫

寫入01

mac地址分析與設置

BLE設備地址類型

一個BLE設備，可以使用兩種類型的地址（一個BLE設備可同時具備兩種地址）：Public Device Address(公共設備地址)和Random Device Address（隨機設備地址）。而Random Device Address又分為Static Device Address(靜態設備地址)和Private Device Address（私密設備 地址）兩類。其中Private Device Address又可以分為Non-resolvable private Address（不可解析私密地址）和Resolvable private Address(可解析私密地址)。

公共設備地址

在通信系統中，設備地址是用來唯一識別一個物理設備的，如TCP/IP網絡中的MAC地址、傳統藍牙中的藍牙地址等。對設備地址而言，一個重要的特性就是唯一性。對經典藍牙（BR/EDR)來說，其設備地址是一個48bit的數字，稱作“48-bit universal LAN MAC addresses”。正常情況下，該地址需要向IEEE申請（就是購買）。IEEE保證地址的唯一性。這種地址分配方式，在BLE中保留下來，就是公共設備地址。由24-bit的company_id和24bit的company_assigned組成（已在本文中介紹）。

隨機設備地址

在BLE時代，公共設備地址不夠用了，原因如下：

1：需要購買，不小開銷

2：申請與管理是相當繁瑣、復雜。維護成本增大

3： 安全因素，BLE很大一部分應用場景是廣播通訊。意味只要設備地址，就可以獲取所有信息。不安全。

因此BLE協議新增該地址。設備地址不是固定分配，而是設備啟動后隨機生成

靜態設備地址

該地址是設備在上電隨機生成的地址，nrf51822官方例程默認使用靜態地址。

特征總結：

1：最高兩位必須為11

2：剩余最后46位是一個隨機數，不可全為0也不可全為1.

3：在一個上電周期內保持不變

4：下一次上電可以改變，但不是強制的。如果改變，上次保存的連接信息將會失效

應用場景總結：

1：46位隨機數，可解決唯一性問題。相同概率很小

2：地址隨機生成，可解決公共設備地址帶來的費用和維護問題

私密設備地址

此地址更近一步，通過定時更新、地址加密方法，提高藍牙地址的可靠性和安全性。根據地址是否解密，又分為兩類。

不可解析私密地址

該地址會定時更新，更新周期由GAP規定，稱作T_GAP，建議值是15分鐘。

特征總結：

1：最高兩位必須為00

2：剩余最后46位是一個隨機數，不可全為0也不可全為1.

3：以T_GAP為周期定時更新。

自己有可能都不知道變成什么地址了，沙雕一樣的方式，該地址類型不常用。

可解析私密地址

該地址比較有用，通過一個隨機數和IRK密碼生成，因此只可能被擁有相同IRK的設備掃描到，可以防止被位置設備掃描和跟蹤。

格式如下：

特征：

A:由兩部分組成，高位是隨機數部分，最高兩個bit為10，用于表示地址類型。低位時隨機數和IRK經過hash運算得到的hash值。運算公式為hash=ah(IRK,prand)

B:當對端BLE設備掃描到該類型藍牙地址后，會使用保存在本機的IRK，和該地址中的prand，進行同樣的hash運算，并將運算結果和地址中的hash字段進行比較，相同的時候才進行后續操作。該過程稱為解析。

C:以T_GAP為周期，定時更新，哪怕在廣播、掃描、已連接過程中也可能改變。

D:不能單獨使用，因此使用該類型的地址的話，設備需要同時具備公共設備地址或者靜態設備地址中的一種。

地址配置

此時可以看廣播包數據分析的第六部分和第七部分 ，如果是隨機地址可通過查看地址最高兩位來判斷地址類型。

函數api：

SVCALL(SD_BLE_GAP_ADDRESS_SET, uint32_t, sd_ble_gap_address_set(uint8_t addr_cycle_mode, const ble_gap_addr_t *p_addr)); //addr_cycle_mode ： //①：BLE_GAP_ADDR_CYCLE_MODE_AUTO:該模式下，設置為可解析私密地址或者不可解析私密地址。協議棧內部會自動周期性根據結構體p_addr中的addr_type元素生成地址 //②：BLE_GAP_ADDR_CYCLE_MODE_NONE：該模式下，可以使用public地址和static random類型，addr中存放的最高兩位必須為11，不然會被認為無效且自動替換。替換為藍牙mac地址。和沒有使用該函數一樣。

默認狀態：

官方demo是沒有主動調用過該函數，都默認使用靜態設備地址。是芯片出廠就設置的。

這兩個視頻應該是放反了

藍牙信號rssi讀取

rssi接收的信號強度指示。用于判斷連接質量。以及是否增大廣播發送強度。

為什么是負值

無線信號多為mW級別，對他進行了極化，轉換為dbm而已。

公式：Rssi=10 * log§

將P帶入即可。

API

/**@brief Start reporting the received signal strength to the application. ** A new event is reported whenever the RSSI value changes, until @ref sd_ble_gap_rssi_stop is called.** @param[in] conn_handle Connection handle.* @param[in] threshold_dbm Minimum change in dBm before triggering the @ref BLE_GAP_EVT_RSSI_CHANGED event. Events are disabled if threshold_dbm equals @ref BLE_GAP_RSSI_THRESHOLD_INVALID.* @param[in] skip_count Number of RSSI samples with a change of threshold_dbm or more before sending a new @ref BLE_GAP_EVT_RSSI_CHANGED event.** @retval ::NRF_SUCCESS Successfully activated RSSI reporting.* @retval ::NRF_ERROR_INVALID_STATE Disconnection in progress. Invalid state to perform operation.* @retval ::BLE_ERROR_INVALID_CONN_HANDLE Invalid connection handle supplied.*/ SVCALL(SD_BLE_GAP_RSSI_START, uint32_t, sd_ble_gap_rssi_start(uint16_t conn_handle, uint8_t threshold_dbm, uint8_t skip_count)); //開始測量信號強度/**@brief Get the received signal strength for the last connection event.** @param[in] conn_handle Connection handle.* @param[out] p_rssi Pointer to the location where the RSSI measurement shall be stored.** @ref sd_ble_gap_rssi_start must be called to start reporting RSSI before using this function. @ref NRF_ERROR_NOT_FOUND* will be returned until RSSI was sampled for the first time after calling @ref sd_ble_gap_rssi_start.** @retval ::NRF_SUCCESS Successfully read the RSSI.* @retval ::NRF_ERROR_NOT_FOUND No sample is available.* @retval ::NRF_ERROR_INVALID_ADDR Invalid pointer supplied.* @retval ::BLE_ERROR_INVALID_CONN_HANDLE Invalid connection handle supplied.* @retval ::NRF_ERROR_INVALID_STATE RSSI reporting is not ongoing, or disconnection in progress.*/ SVCALL(SD_BLE_GAP_RSSI_GET, uint32_t, sd_ble_gap_rssi_get(uint16_t conn_handle, int8_t *p_rssi)); //獲取信號強度

藍牙發射功率的設置

nrf51822可以設置9個發送等級分別是-40，-30，-20，-16，-12，-8，-4，0，4dBm。如果沒有設置，則默認為0dbm。

1，廣播初始化：設置廣播的tx_power_level，用于初始化廣播的發送功率。

#define TX_POWER_LEVEL 0 static void advertising_init(void){int8_t tx_power_level=TX_POWER_LEVEL;advdata.p_tx_power_level = &tx_power_level;ble_advertisingOinit(&advdata,&scanrsp,&options,on_adv_evt,NULL); }

2,GAP初始化：通過sd_ble_gap_tx_power_set設置。該函數可動態修改發送功率。

errcode = sd_ble_gap_tx_power_set(TX_POWER_LEVEL);

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的nrf51822蓝牙学习笔记四的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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