AliOS Things蓝牙协议栈及应用开发框架介绍

摘要： AliOS Things从1.2.0版本开始支持蓝牙协议栈(BLE)，及基于蓝牙协议栈的应用层开发框架。本文分为三部分对蓝牙组件进行介绍：蓝牙组件，蓝牙协议栈介绍及接口说明，和应用开发框架介绍及示例说明。AliOS Things v1.2.0支持蓝牙4.2，提供完整的host端低功耗蓝牙协议栈支持。

AliOS Things从1.2.0版本开始支持蓝牙协议栈(BLE)，及基于蓝牙协议栈的应用层开发框架。本文分为三部分对蓝牙组件进行介绍：

• 蓝牙组件
• 蓝牙协议栈介绍及接口说明
• 应用开发框架介绍及示例说明
  

蓝牙组件
AliOS Things v1.2.0支持蓝牙4.2，提供完整的host端低功耗蓝牙协议栈支持。主要包括三部分内容：协议层API，蓝牙协议栈，HCI (Host Controller Interface)驱动接口。当开发者拿到一个全新平台的时候，需要完成HCI接口与AliOS Things提供的蓝牙协议栈的对接。目前，AliOS Things已经完成在乐鑫ESP32上面蓝牙协议栈部分的对接，开发者可以直接基于协议层API进行上层应用开发。
从应用开发者的角度，BLE应用开发过程中，经常会遇到的烦恼是蓝牙协议栈概念及细节的理解。为了解决应用业务开发者的烦恼，AliOS-Things设计与开发了BLE应用开发框架。期望开发者在使用了我们的应用开发框架后，能够极简的进行业务逻辑开发，再也不用纠缠于BLE协议栈概念及细节。
综上，AliOS Things蓝牙组件总体结构如下图所示。

蓝牙协议栈及接口
AliOS Things v1.2.0支持低功耗蓝牙主要包括以下功能：

• Generic Access Profile (GAP)
• Generic Attribute Profile (GATT)
• 清晰的HCI驱动层抽象
  

主要提供以下接口：

• GAP
• GATT
• Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP)
• HCI驱动
  

蓝牙协议栈在快速迭代中，后续会开发更多功能及接口。
应用开发框架及接口
AliOS Things BLE应用开发框架主要针对GATT Server，即peripheral，主要完成以下功能：

• 维护开发者添加的属性和特性
• GATT (Generic Attribute Profile)相关读，写，通知，指示和连接
  

通过实现上述两项功能，为开发者提供清晰简单的应用开发接口，接口主要包括以下功能：

• 创建外设应用开发框架对象
• 创建和添加属性到BLE协议栈，即GATT
• 广播Attribute
• 回复和更新Central设备的请求和订阅信息
  

我们已经在庆科mk3239上支持了创建外设应用框架对象接口，发布添加属性接口，广播接口。开发者可以在创建了外设应用开发框架对象后，借助于接口轻松添加属性，完成服务的广播，连接的建立和信息的更新。我们正在丰富上述接口功能并提供全部功能，并将已经在mk3239上支持的应用开发能力做到与平台无关，让使用其他蓝牙芯片的开发者也能够享受到极简开发的快乐。
AliOS Things应用层规范接口的定义，可以在framework/bluetooth/ble_app_framework/ble_app_framework.h文件中找到。下面对应用层接口作一些说明：
ble_peripheral_init

• 接口定义：
  

       peripheral_hdl_t ble_peripheral_init(          peripheral_init_t *p,          ble_peripheral_conn_cb_t c,          ble_peripheral_disconn_cb_t disc,          const uint8_t *gatt_db,          int db_len);

• 接口说明：
  该函数用于初始化peripheral设备服务，包括协议栈初始化、设备初始化、GATT属性数据库初始化。设备初始化相关的参数由参数p指定，GATT属性数据库由参数gatt_db和db_len指定。参数c和disc分别指定有客户端设备连接时和断开连接时的回调函数。该函数返回值是对应peripheral设备的handle，handle可以用于标识peripheral设备及其属性。
  

ble_peripheral_deinit

• 接口定义：
  void ble_peripheral_deinit(peripheral_hdl_t hdl);
• 接口说明：
  该接口是接口ble_peripheral_init的反向操作，用于注销peripheral设备初始化和协议栈初始化等操作。
  

ble_adv_start

• 接口定义：
  

      void ble_adv_start(          ble_adv_complete_cb_t adv_handler,          const char *manufacture,          peripheral_hdl_t hdl);

• 接口说明：
  该接口用于启动广播。参数adv_handler指定广播结束时的回调函数，参数manufacture指定设备的厂商名信息。广播的信息（服务、属性等）在初始化函数的GATT数据库中设定。
  

ble_adv_stop

• 接口定义：
  void ble_adv_stop();
  
• 接口说明：
  该接口停止广播。
  

ble_attr_add

• 接口定义：
  

      ble_gatt_attr_t *ble_attr_add(          uint16_t hdl,          uint16_t val_len,          const uint8_t *val);

• 接口说明：
  该接口用于添加peripheral设备属性值。参数hdl指定属性句柄，val指定属性值，val_len指定属性值的长度（以字节为单位）。该函数返回值为一个ble_gatt_attr_t类型的结构体，用于后续对该属性的操作。
  

ble_attr_indicate

• 接口定义：
  

      void ble_attr_indicate(          ble_gatt_attr_t *attr,          peripheral_hdl_t hdl,          uint16_t len,          const uint8_t *data);

• 接口说明：
  该接口用于向客户端设备发送指示（indication）。参数attr表明指示对应的属性，hdl表明peripheral设备对应的handle，data指定需要指示的数据，len指定数据长度。
  

ble_attr_notify

• 接口定义：
  

      void ble_attr_notify(          ble_gatt_attr_t *attr,          peripheral_hdl_t hdl,          uint16_t len,          const uint8_t *data);

• 接口说明：
  该函数功能与ble_attr_indicate类似，区别在于发送通知（notification）。
  

基于BLE应用框架的示例说明
AliOS Things目前提供了2个BLE示例sample，位于目录example/bluetooth/目录中。这2个sample均基于BLE应用框架和接口。下面对这2个sample作一些说明。
ble_advertisements
该示例sample展示了如何开发基于BLE应用框架和接口的应用。
第一步，初始化peripheral设备。
peripheral_init_t p = {BLE_DEVICE_NAME, 0, 1};hdl = ble_peripheral_init(&p, connection_handler, disconnection_handler,                          adv_gatt_db, sizeof(adv_gatt_db));
peripheral_init_t中指定了设备名、最大连接数等信息。GATT数据库在adv_gatt_db中指定，包含了GATT服务、GAP服务、设备信息服务及他们的属性。
第二步，发布广播。广播的内容包括厂商名、第一步中指定的设备信息服务等。
ble_adv_start(adv_complete_cb, MANUFACURE_NAME, hdl);
ble_show_system_time
该示例程序是另外一个简单的基于BLE应用框架和接口的sample。该示例在上一个示例的基础上，增加了一个用户自定义服务（TIME Service），并为该服务添加了一个属性值，用于显示系统启动时长。
下面的代码展示了该示例程序的主要流程：
static void indicate_handler(void *arg){    struct indicate_arg_s *ind = (struct indicate_arg_s *)arg;    long long time = aos_now_ms();    ble_attr_indicate(ind->attr, ind->hdl, sizeof(time), (uint8_t *)&time);    aos_post_delayed_action(1000, indicate_handler, arg);}int application_start( void ){    peripheral_hdl_t hdl;    ble_gatt_attr_t *attr;    struct indicate_arg_s ind_arg;    peripheral_init_t p = {BLE_DEVICE_NAME, 0, 1};    hdl = ble_peripheral_init(&p, connection_handler, disconnection_handler,                              adv_gatt_db, sizeof(adv_gatt_db));    ble_adv_start(adv_complete_cb, MANUFACURE_NAME, hdl);    attr = ble_attr_add(HDLC_TIME_OUT_VALUE, 0, NULL);    ind_arg.hdl = hdl;    ind_arg.attr = attr;    aos_post_delayed_action(1000, indicate_handler, &ind_arg);    aos_loop_run();    return 0;}
第一步，初始化peripheral设备。
第二步，启动广播。
第三步，添加时间属性的值。
第四步，每隔1s发送一次指示，该指示包含系统启动时长信息。
小结
目前，AliOS Things蓝牙组件提供了一些最基础的功能模块，开发者可以基于现有功能直接基于AliOS Things进行蓝牙开发。后续，我们会随着AliOS Things快速迭代，持续更新，主要包括：

• 升级到蓝牙5.0
• 支持更加丰富的应用开发示例和接口
• 支持SIG BLE mesh
• AliOS Things uMesh支持蓝牙
• 支持更多的平台运行AliOS Things蓝牙协议栈