Zephyr NRF7002 实现AppleJuice

BLE的基础知识

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ble的信道和BR/EDR的信道是完全不一样的。但是范围是相同的，差不多也都是2.4Ghz的频道。可以简单理解为空中有40个信道0~39信道。两个设备在相同的信道里面可以进行相互通信。

而这些信道SIG又重新编号：

../../_images/adv_channel2.png

这个编号就是把37 38 39。 3个信道抽出来，作为广播信道，其他都是数据信道。这篇文章主要讲广播，所以基本数据信息都是围绕37 38 39这三个信道上面的通信来讲的。

我们可以看到这3个信道是分散排列的。大家可以思考下为什么。

其实看下面一张图就知道了。

../../_images/wifi_channel.png

数据广播

广播组成部分

广播分为如下几个部分：

  • 广播
  • 扫描请求
  • 扫描响应

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广播的报文格式

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{"AD1":{"Length":12,"Data":{"AD_Type":12,"AD_Data":"123123"}},"AD2":{"Length":12,"Data":{"AD_Type":12,"AD_Data":"123123"}}
}

记忆要点：

每个元素里面有两个要素：1. 长度（length)， 2. 数据(data)

  • 每个数据里面又包含两个元素：1. 类型（type), 2. 数据(data)

  • 总结一下就是一个L T V模型（length， type， data）

  • 这个length代表的是后面数据有多长，不包含length的长度。

  • 总的Len一般不超过31字节

参考：

2. BLE 广播和扫描 — bluetoothlover_wiki 0.0.1 文档 (supperthomas-wiki.readthedocs.io)

AD_Type 官方定义

抓包参考：

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APPLE JUICE功能实现

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1.流程梳理

主要需要实现如下功能点：

  • ble 广播开启和关闭
  • ble GAP层各种参数的设置
  • ble MAC地址动态修改

2.Zephyr 中相关接口：

功能接口：

接口名功能描述备注
bt_enable开启BLE功能
bt_le_adv_start开启BLE广播
bt_le_adv_update_data更新BLE广播内容此接口是否实时？未找到对应生效CallBack
bt_le_adv_stop关闭BLE广播
bt_id_create更新广播随机地址

注：

上述接口在执行完成后均会抛出回调：

/*
参数回调注册
*/
void bt_conn_cb_register(struct bt_conn_cb *cb);struct bt_conn_cb {//已建立新连接void (*connected)(struct bt_conn *conn, uint8_t err);//连接已断开void (*disconnected)(struct bt_conn *conn, uint8_t reason);//LE 连接参数更新请求bool (*le_param_req)(struct bt_conn *conn,struct bt_le_conn_param *param);//LE 连接的参数已更新void (*le_param_updated)(struct bt_conn *conn, uint16_t interval,uint16_t latency, uint16_t timeout);
#if defined(CONFIG_BT_SMP)//远程身份地址通过void (*identity_resolved)(struct bt_conn *conn,const bt_addr_le_t *rpa,const bt_addr_le_t *identity);
#endif /* CONFIG_BT_SMP */
#if defined(CONFIG_BT_SMP) || defined(CONFIG_BT_BREDR)//连接的安全级别已更改void (*security_changed)(struct bt_conn *conn, bt_security_t level,enum bt_security_err err);
#endif /* defined(CONFIG_BT_SMP) || defined(CONFIG_BT_BREDR) */#if defined(CONFIG_BT_REMOTE_INFO)//远程信息程序已完成void (*remote_info_available)(struct bt_conn *conn,struct bt_conn_remote_info *remote_info);
#endif /* defined(CONFIG_BT_REMOTE_INFO) */#if defined(CONFIG_BT_USER_PHY_UPDATE)//连接的 PHY 已更改void (*le_phy_updated)(struct bt_conn *conn,struct bt_conn_le_phy_info *param);
#endif /* defined(CONFIG_BT_USER_PHY_UPDATE) */#if defined(CONFIG_BT_USER_DATA_LEN_UPDATE)//连接的数据长度参数已更改void (*le_data_len_updated)(struct bt_conn *conn,struct bt_conn_le_data_len_info *info);
#endif /* defined(CONFIG_BT_USER_DATA_LEN_UPDATE) */#if defined(CONFIG_BT_DF_CONNECTION_CTE_RX)void (*cte_report_cb)(struct bt_conn *conn,const struct bt_df_conn_iq_samples_report *iq_report);
#endif /* CONFIG_BT_DF_CONNECTION_CTE_RX */#if defined(CONFIG_BT_TRANSMIT_POWER_CONTROL)void (*tx_power_report)(struct bt_conn *conn,const struct bt_conn_le_tx_power_report *report);
#endif /* CONFIG_BT_TRANSMIT_POWER_CONTROL */struct bt_conn_cb *_next;
};

bt_data接口

Zephyr 封装好了部分gap填充接口，在编写广播数据（bt_data）数组的时候可以通过以下宏来辅助：


/*** @brief Construct a new bt data object* * 	_type: GAP字段的类型* 	_data: GAP RAW 数据* 	_data_len: RAW数据长度*/
#define BT_DATA(_type, _data, _data_len) \{ \.type = (_type), \.data_len = (_data_len), \.data = (const uint8_t *)(_data), \}/*** @brief Construct a new bt data object* * 	_type: GAP字段的类型* 	_bytes: GAP RAW 数据*/    
#define BT_DATA_BYTES(_type, _bytes...) \BT_DATA(_type, ((uint8_t []) { _bytes }), \sizeof((uint8_t []) { _bytes }))

参考：

5. BLE — BL_MCU_SDK 开发指南 0.3 文档 (gitee.io)

Zephyr API文档：通用访问配置文件（GAP） (zephyrproject.org)

3. 广播数据填充

AD_Data字段：

static const struct bt_data ad[] = {BT_DATA_BYTES(BT_DATA_MANUFACTURER_DATA,0x4c, 0x00, 0x07, 0x19, 0x07, 0x0a, 0x20,0x75, 0xaa, 0x30, 0x01, 0x00, 0x00, 0x45,0x12, 0x12, 0x12, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00)};

开启广播的时候将ad传入，即可完成广播数据设置。

4.随机地址切换

Apple对于相同MAC地址的设备仅会进行一次弹窗，因此如果想要让手机不断的弹出设备提示框就需要定期修改BLE的MAC地址，代码如下：

bt_addr_le_t local_mac_addr;size_t localmac_size = 1;static bt_addr_le_t myaddr = {.type = BT_ADDR_LE_RANDOM,/* fixed MAC addres */.a = {.val = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0xc6},},};printk("bt_id_create\r\n");err = bt_id_create(&myaddr, NULL);if (err < 0){printk("bt_id_create err!\r\n");}

小思考：这里思考了下苹果的设计美学，以AirPods为例。通常情况下设备为了节约电池电量并不会一直进行BLE广播，而是在每次打开电池仓时才唤醒ble芯片，关闭电池仓之后进入超低功耗模式。BLE设备的程序在每次唤醒的时候程序会从新启动，所以MAC地址发生改变。

效果演示

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问题和解决方法

  • 问题描述：使用7002DK开发板运行时出现如下问题。
    在这里插入图片描述

  • 原因分析：默认情况下adv字段允许的最大长度为31字节， 当数据填充超出会出现上述报警。

  • 解决方法：可以开启ble的拓展广播功能来增加最大数据长度。相关配置可以参考Demo periodic_adv，相关Menuconfig修改点如下图所示：

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完整代码：

/*** @file main.c* @author Argon* @brief  BLE Apple * @version 0.1* @date 2024-01-20* * @copyright Copyright (c) 2024* */
#include <zephyr/types.h>
#include <stddef.h>
#include <zephyr/sys/printk.h>
#include <zephyr/sys/util.h>#include <zephyr/bluetooth/bluetooth.h>
#include <zephyr/bluetooth/hci.h>//扫描数据段
static const struct bt_data ad[] = {BT_DATA_BYTES(BT_DATA_MANUFACTURER_DATA,0x4c, 0x00, 0x07, 0x19, 0x07, 0x0a, 0x20,0x75, 0xaa, 0x30, 0x01, 0x00, 0x00, 0x45,0x12, 0x12, 0x12, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00)};//扫描响应数据段
static const struct bt_data sd[] = {BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, DEVICE_NAME, DEVICE_NAME_LEN),BT_DATA_BYTES(BT_DATA_PERIPHERAL_INT_RANGE, 0x20, 0x00, 0x40, 0x00),BT_DATA_BYTES(BT_DATA_TX_POWER, 0x09),
};//设备名
#define DEVICE_NAME CONFIG_BT_DEVICE_NAME
#define DEVICE_NAME_LEN (sizeof(DEVICE_NAME) - 1)int main(void)
{int err;printk("BLE Starting\n");/* Initialize the Bluetooth Subsystem */err = bt_enable(NULL);if (err){printk("Ble init failed (err %d)\n", err);return 0;}printk("Ble initialized\n");do{//开启广播printk("Ble adv start\r\n");err = bt_le_adv_start(BT_LE_ADV_NCONN, ad, ARRAY_SIZE(ad),sd, ARRAY_SIZE(sd));if (err){printk("Advertising failed to start (err %d)\n", err);return 0;}k_sleep(K_SECONDS(4));//广播广播printk("Ble adv stop\r\n");err = bt_le_adv_stop();if (err){printk("Advertising failed to stop (err %d)\n", err);return 0;}//更新MACbt_addr_le_t local_mac_addr;static bt_addr_le_t myaddr = {.type = BT_ADDR_LE_RANDOM,/* fixed MAC addres */.a = {.val = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0xc6},},};printk("Ble update MAC address\r\n");err = bt_id_create(&myaddr, NULL);if (err < 0){printk("bt_id_create err!\r\n");}k_sleep(K_SECONDS(4));} while (1);return 0;
}

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