BLE开发（TI CC254x）之一主多从方案（蓝牙项目纪实）

只看该作者 · 2019-6-21 12:14

近期一个BLE项目，整套方案做下来发现虽然需求特殊，但是根据这个项目可以衍生出BLE设备一主多从的一般性方法。

项目的需求基本如下：

1.实现基于CC2541芯片的蓝牙主机固件代码，要求主机1拖4从机；

2.上电自动、同时连接4个BLE设备；

3.身份识别需求：扫描绑定这4个唯一设备，不允许自动连接其他BLE设备

4.同时连接的情况下，读取4个BLE设备的通知型数据，并串口封包转发。

只看该作者 · 2019-6-21 12:15

这个项目的麻烦在于需求3，4的实现，需求2要求上电自动连接多个BLE设备本来问题不大，但是需求3要求设备绑定，于是最初考虑的方法是：

1.采取广播包识别设备UUID的方式，类似iBeacon广播包中16个字节的UUID，可以作为唯一身份识别；

2.读取扫描应答包的设备名作为唯一识别标准；

3.根据设备的Mac地址作为设备的身份识别。

iBeacon是苹果推出的基于BLE4.0技术的应用层解决方案，主要利用BLE广播包进行信息的推送等服务，在长度受限的广播包中定义了16个字节的UUID，作为iBeacon设备的唯一识别码，这也是蓝牙2.4G作为有源RFID的一个方案之一。应该来说，在广播包里存放身份ID是最佳方案，无需建立连接即可唯一识别设备。

但是，这个项目的4个从机：血压、血氧、血糖、血脂设备均为固定蓝牙设备，我无法修改其固件代码，只能动主机代码。

好吧，既然不能动从机，只能主机去想办法解决了。于是想到了方法2和3，方法2相比3实现起来要更麻烦，扫描应答包是从机对主机扫描的回应包，设备名存在于此包中，况且设备名不一定唯一（虽然该项目的四个设备名不同），考虑到一般性，决定采取Mac地址匹配的方法来进行设备筛选和上电自动绑定。

需求4的麻烦在于如果采用Mac来识别设备并同时连接多个设备后，如何分别打开各设备的通知，从而读取各从机的通知型数据。答案是：依据连接时的handle，多从机时新建一个MulticonnHandle[]来存储从机的连接handle，因此最终确定的方案如下：

上电自动扫描+Mac地址匹配+自动连接+开启通知/断开连接

从一般性来说，该方案可以适用于：需要识别绑定专属BLE设备（无密码配对过程），并且一主多从通信的情况。

只看该作者 · 2019-6-21 12:15

首先声明：CC2540/1芯片最多只能同时连接3个BLE设备，受芯片能力所限，官方解释如下

所以本方案也最多只能支持1拖3,要支持更多从机请选择CC2640/CC2650芯片。

只看该作者 · 2019-6-21 12:16

具体实现如下：（基于simpleBLECentral.eww工程）

1.加入上电自动扫描

在simpleBLECentral_ProcessEvent()函数的设备启动事件下加入扫描的代码：

uint16 SimpleBLECentral_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{

...

  //设备启动事件
  if ( events & START_DEVICE_EVT )
  {
// Start the Device
VOID GAPCentralRole_StartDevice( (gapCentralRoleCB_t *) &simpleBLERoleCB );

// Register with bond manager after starting device
GAPBondMgr_Register( (gapBondCBs_t *) &simpleBLEBondCB );

//设备已启动，进入上电自动扫描
if ( !simpleBLEScanning & simpleBLEScanRes == 0 )
{
   simpleBLEScanning = TRUE;
   simpleBLEScanRes = 0;
   GAPCentralRole_StartDiscovery( DEFAULT_DISCOVERY_MODE,
                                 DEFAULT_DISCOVERY_ACTIVE_SCAN,
                                 DEFAULT_DISCOVERY_WHITE_LIST );
   //LCD_WRITE_STRING( "Scanning...", HAL_LCD_LINE_1 );
   NPI_PrintString("Scanning...\n");

}
else
{
   //LCD_WRITE_STRING( "No Scan", HAL_LCD_LINE_1 );
   NPI_PrintString("Scanning Canceled\n");
}

return ( events ^ START_DEVICE_EVT );
  }

  if ( events & START_DISCOVERY_EVT )
  {
simpleBLECentralStartDiscovery( );

return ( events ^ START_DISCOVERY_EVT );
  }

  // Discard unknown events
  return 0;
}

只看该作者 · 2019-6-21 12:40

2.实现Mac匹配算法绑定多从机

（1）在全局定义devMacList[MAX_DEVICE_NUM][B_ADDR_LEN]来预存指定设备的Mac，并实现Mac匹配算法。

预存Mac地址时需注意16进制序列逆序存储，主机扫描的设备列表的Mac存储在simpleDevList[].addr，如：（此处以两个从机为例）

static uint8 devMacList[MAX_DEVICE_NUM][B_ADDR_LEN]={//预存Mac地址
{0xB8,0x43,0xA2,0x21,0xF8,0x5C},//十六进制序列逆序存储！与扫描存储的Mac地址对应，0x5CF821A243B8
{0xAE,0x2D,0x42,0xBE,0x7C,0x08},
};

只看该作者 · 2019-6-21 12:41

然后实现Mac匹配算法，基本思路：循环提取simpleDevList[].addr的值，在devMacList中查找Mac，若存在则记录下标。
//Mac地址匹配算法
//循环将simpleBLEDevList[i].addr的值提取，在devMacList中查找匹配的mac，若存在则记录对应的下标
int findMacAddrMatching(int devMacRes[])
{
      int k=0,num=0;
      int i=0,j=0;
      for(i=0;i<simpleBLEScanRes;i++)
      {
         for(j=0;j<MAX_DEVICE_NUM;j++)
         {
            if(isArrayEqual(simpleBLEDevList[i].addr,*(devMacList+j),B_ADDR_LEN,B_ADDR_LEN)==FALSE)
               continue;//不相等匹配下一个
            devMacRes[j]=i;//按照预存Mac的顺序存储设备下标，故自动连接时获取的句柄MultiConnHandle[]也是固定顺序，便于分别设定通知开关的句柄
            k++;
            break;//若相等记录下标并跳出该层循环（mac唯一）
         }
      }
      //统计匹配到的mac设备个数
   for(k=0;k<MAX_DEVICE_NUM;k++)
   {
      if(devMacRes[k]!=-1)
         num++;
   }
   return num;
}

只看该作者 · 2019-6-21 12:41

isArrayEqual()功能非常简单，比较两个数组每个元素，完全相同返回真。但是在芯片上写代码，一切都要自己造轮子。。
//数组比较函数，两个数组完全相等返回TRUE,否则返回FALSE
static bool isArrayEqual(uint8 arr1[],uint8 arr2[],uint8 arr1_length,uint8 arr2_length)
{
  int i=0;
  if(arr1_length!=arr2_length)return FALSE;
  for(i=0;i<arr1_length;i++)
  {
   if(arr1[i]!=arr2[i])return FALSE;
  }
  return TRUE;
}

只看该作者 · 2019-6-21 12:42

（2）实现Mac匹配算法后，在simpleBLECentralEventCB()的GAP_DEVICE_DISCOVERY_EVENT下打印扫描到的设备Mac信息，并执行Mac匹配函数。

      //打印所有设备Mac

      NPI_PrintString("device list:\n");
      for(k=0;k<simpleBLEScanRes;k++)
      {
      NPI_PrintString((uint8*)bdAddr2Str( simpleBLEDevList[k].addr ));
      NPI_PrintString("\n");
      }
      //执行Mac匹配算法
      devMacNum=findMacAddrMatching(devMacResult);

测试发现，打印的Mac地址是所有扫描到的设备，执行Mac匹配函数后4个专属设备在设备列表里的下标被成功保存到devMacResult[]中。

只看该作者 · 2019-6-21 12:42

3.加入自动连接功能

在调用Mac匹配后，只需根据devMacResult[]中保存的下标以此发起连接请求。

但是每次连接发起后都会进入到GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT事件处理中，为保证逐个连接成功，还加入了自动连接标志进行调回处理。

示例代码如下：

      //自动连接
         //连接第1个
         if(devMacNum > 0)
         {
            HalLedSet(HAL_LED_3, HAL_LED_MODE_ON ); //开LED3

            uint8 addrType;
            uint8 *peerAddr;

            simpleBLEScanIdx = devMacResult[0];

            // connect to current device in scan result
            peerAddr = simpleBLEDevList[simpleBLEScanIdx].addr;
            addrType = simpleBLEDevList[simpleBLEScanIdx].addrType;

            simpleBLEState = BLE_STATE_CONNECTING;

            GAPCentralRole_EstablishLink( DEFAULT_LINK_HIGH_DUTY_CYCLE,
                                          DEFAULT_LINK_WHITE_LIST,
                                          addrType, peerAddr );

            HalLedSet(HAL_LED_3, HAL_LED_MODE_OFF );
         }

            //连接第2个
   SECOND:
         if(devMacNum > 1)
         {
...
         }

只看该作者 · 2019-6-21 12:42

连接3，4其他从机以此类推。在GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT事件中处理连接结果，重点是保存连接的handle：
MultiConnHandle[connHandle_num]=ppEvent->linkCmpl.connectionHandle;
connHandle_num++;
存储了连接handle的MulticonnHandle[]将作为后面断开多从机连接和读取多从机数据的依据。

只看该作者 · 2019-6-21 12:43

示例代码如下：

      //自动连接标志加1，开始连接下一个设备
      autoConnectFlag++;
      if(autoConnectFlag==1)
         goto SECOND;
      else if(autoConnectFlag==2)
         goto THIRD;
   ...
      else if(autoConnectFlag==MAX_DEVICE_NUM)
         autoConnectFlag=0;//达到最大连接数后，结束上电连接任务

只看该作者 · 2019-6-21 12:43

4.加入断开连接功能
一主多从条件下，要断开所有从机的连接，必须区分各个设备，读写数据也是一样，幸好连接事件中我们已保存各从机的连接handle。

示例代码如下：

         if(connHandle_num==1)
            GAPCentralRole_TerminateLink( MultiConnHandle[0]);
         else if(connHandle_num==2)
            GAPCentralRole_TerminateLink( MultiConnHandle[1]);
         ...
         NPI_PrintString("Disconnecting...\n");

只看该作者 · 2019-6-21 12:44

5.读写特征值数据并处理

对于非通知型数据可以直接调用GATT_WriteCharValue和GATT_ReadCharValue读写数据，根据连接handle区分即可,如读取第一个设备的特征值：

       if ( simpleBLEDoWrite )
      {
         // Do a write
         NPI_PrintString("Writing...\n");
         attWriteReq_t req;

         req.handle = simpleBLECharHdl;
         req.len = 1;
         req.value[0] = simpleBLECharVal;
         req.sig = 0;
         req.cmd = 0;
         status = GATT_WriteCharValue(MultiConnHandle[0], &req, simpleBLETaskId );
      }
      else
      {
         // Do a read
         NPI_PrintString("Reading...\n");
         attReadReq_t req;

         req.handle = simpleBLECharHdl;
         status = GATT_ReadCharValue(MultiConnHandle[0], &req, simpleBLETaskId );
      }

      if ( status == SUCCESS )
      {
         simpleBLEProcedureInProgress = TRUE;
         simpleBLEDoWrite = !simpleBLEDoWrite;
      }
      }

只看该作者 · 2019-6-21 12:44

对于通知型数据，实际是往CCC标志位写0x0001打开通知，多从机情况下只需依次打开通知监听即可，示例打开一个设备的通知，代码如下：
         attWriteReq_t req;

         req.handle = BLE_NotifyChar_Handle+1;
         req.len = 1;
         req.value[0] = 0x01;
         req.sig = 0;
         req.cmd = 0;
         status = GATT_WriteCharValue( MultiConnHandle[0], &req, simpleBLETaskId );
通知开关的handle通常为characteristic的handle+1。
读取到数据后，在simpleBLECentralProcessGATTMsg()中处理接收的数据，如数据的串口转发等。

至此，完成BLE一主多从的通信过程。