智能手环开发之实现蓝牙(BLE)基本功能

0.前言

随着医疗健康、可穿戴设备的发展，华为、小米、vivo等大厂都在做智能手环、手表等可穿戴设备。未来，蓝牙设备的开发也会越来越多。

关于蓝牙BLE起源发展，各种类型蓝牙芯片介绍，以及蓝牙手环的硬件开发等在之前的文章已经有过详细介绍。

本文主要介绍蓝牙手环开发中，如何构建一个最小的BLE系统框架，以及使用的模块。

总结一句话：能让芯片的蓝牙协议栈跑起来，手机能连接上蓝牙手环设备。

要让蓝牙功能跑起来，需要将注意力放在BLE开发的程序框架和模块的整体功能上，之后再深入学习各个模块。

1.BLE程序框架

智能手环的核心除了各种传感器算法，最重要的就是蓝牙了。一个BLE程序通常至少包含4个必要部分：系统初始化、启动、空闲管理和事件处理。如下图所示。

(1)系统初始化

这个系统初始化看起来很简单，小学生貌似都能懂，不就是初始化系统吗？

的确是初始化系统，那需要初始化什么呢？

a.日志打印初始化：说白了就是为了方便我这种开发狗看上电启动的Log信息以及后续输出调试信息。不是必须的，但很重要。

b.APP定时器初始化：初始化APP定时器，用于实现各种定时任务。很重要。

c.硬件初始化：如指示灯初始化、OLED屏幕初始化、电源管理初始化等。

d.BLE相关初始化：包含蓝牙协议栈初始化、广播、首选连接参数、GAP层、服务等初始化配置。这部分初始化完成后，整个BLE部分的程序就会按照我们自己设置的参数运行。

(2)启动

对于外围设备来说，如手环，启动的是广播，启动之后系统开始按照配置的广播间隔开始发送广播，等待中心设备连接，也就是等待手机连接。

对于中心设备（手机）而言，启动的是扫描，扫描周围的蓝牙设备。

(3)空闲管理

空闲管理说白了就是为了省电，实现低功耗。你戴个手环，总不希望天天充电吧。空闲管理就是在你不看手环时候让手环进入到低功耗模式。若有事件唤醒，如抬手腕亮屏等，就会恢复工作模式。

若程序中启用了日志打印功能，空闲管理还处理挂起的日志信息。

(4)事件处理

应用程序通过注册“事件监听”来监视BLE协议栈事件。开发过Android就比较容易理解，如Button就需要监听，看看Button是否按下等。

蓝牙中如外围设备和中心设备连接后，SoftDevice会提交 “连接事件”，应用程序会在事件处理函数中接收该事件并执行操作。

对于一开始接触蓝牙开发的人而言，看完这些感到一丝丝懵逼也是很正常的。开发过蓝牙的话，这些就很容易理解了。

没关系，下面开始实战。

本次开发选用 Nordic nRF52832蓝牙芯片，相关开发板某宝也有很多卖。关于Nordic芯片之前的文章有过介绍，翻阅历史文章。

2.先看Main函数

Main函数中主要调用各个模块的初始化函数，如硬件初始化、IIC屏幕初始化等，这些模块初始化本文暂不深入，主要是讲蓝牙架构。其中最重要的是蓝牙初始化。

弄懂了蓝牙初始化，蓝牙就能跑起来。

int main(void)

{

    //Log 初始化

    APP_ERROR_CHECK(NRF_LOG_INIT(NULL));

    NRF_LOG_DEFAULT_BACKENDS_INIT();

    NRF_LOG_INFO("log init ok.");

    NRF_LOG_FLUSH();    


    //硬件初始化，APP timer,led,power Manager等

    my_ble_init_harder();


    //twi初始化,iic设备扫描,iic_sacn.c

    iic_scan_address();

    nrf_delay_ms(2000);


    //蓝牙初始化

    my_ble_init();

}

//蓝牙初始化函数

void my_ble_init(void)

 {

    NRF_LOG_INFO("Hello world BLE developer\n");

    NRF_LOG_INFO("BLE Template example:Log use uart as output terminal");

    //初始化协议栈

    ble_stack_init();

    NRF_LOG_INFO("ble_stack_init()...OK");


    //配置GAP参数

    gap_params_init();

    NRF_LOG_INFO("gap_params_init()...OK");
  

    //初始化GATT

    gatt_init();

    NRF_LOG_INFO("gatt_init()...OK");


    //初始化广播

    advertising_init();

    NRF_LOG_INFO("advertising_init()...OK");


    //初始化服务

    services_init();

    NRF_LOG_INFO("services_init()...OK");


    //连接参数协商初始化

    conn_params_init();

    NRF_LOG_INFO("conn_params_init()...OK");


    //ble_address_change_test();

    //启动app time定时器

    NRF_LOG_INFO("BLE HRS example started."); 

    application_timers_start();
  

    //启动广播

    NRF_LOG_INFO("advertising_starting...");

    advertising_start();

   //主循环

    while(true)

    {

        //OLED 显示

        my_oled_iic();

        //处理挂起的LOG和运行电源管理

        idle_state_handle();

    }

 }

3.蓝牙初始化

如上面代码，蓝牙初始化，包括初始化蓝牙协议栈，配置GAP参数，初始化GATT，初始化广播，初始化服务，连接参数初始化，启动广播，主循环。完成这些，手环蓝牙芯片就能够发广播了，打开手机蓝牙就能够搜索到。

当然，这些初始化函数也是有很多内容的，也是非常关键的。实际蓝牙手环的代码复杂的多，需要花时间和精力去探索。