[蓝牙] 6、基于nRF51822的蓝牙心率计工程消息流Log分析（详细）

 

 

开机初始化Log

 

Log编号　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　函数名　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　  　　　所在文件名

 1 000001:                                          main                                                        ..\main.c
 2 000002:                                   timers_init                                                        ..\main.c
 3 000003:                                   gpiote_init                                                        ..\main.c
 4 000004:                                  buttons_init                                                        ..\main.c
 5 000005:                                ble_stack_init                                                        ..\main.c
 6 000006:                             bond_manager_init                                                        ..\main.c
 7 000007:                               gap_params_init                                                        ..\main.c
 8 000008:                              advertising_init                                                        ..\main.c
 9 000009:                                 services_init                                                        ..\main.c
10 000010: ble_hrs_init ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 11 000011: heart_rate_measurement_char_add ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 12 000012: hrm_encode ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 13 000013: body_sensor_location_char_add ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 14 000014: ble_bas_init ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c 15 000015: battery_level_char_add ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c 16 000016: ble_dis_init ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_dis.c 17 000017: char_add ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_dis.c 18 000018:                              conn_params_init                                                        ..\main.c
19 000019:                               sec_params_init                                                        ..\main.c
20 000020:                             advertising_start                                                        ..\main.c
21 000021: led_start ..\led.c 22 000022: ppi_init ..\led.c 23 000023: timer1_init ..\led.c 24 000024:                                   gpiote_init                                                         ..\led.c

下面是main函数对应的初始化函数：

 

※ 上面Log中第九行server_init中会跳转到hrs,bas,dis中进行相关操作，我们重点分析——

【第一段黄色地带讲解】

 1 uint32_t ble_hrs_init(ble_hrs_t * p_hrs, const ble_hrs_init_t * p_hrs_init)
 2 {
 3     LOG(__FUNCTION__);
 4     uint32_t   err_code;
 5     ble_uuid_t ble_uuid;
 6 
 7     // Initialize service structure
 8     p_hrs->evt_handler                 = p_hrs_init->evt_handler;
 9     p_hrs->is_sensor_contact_supported = p_hrs_init->is_sensor_contact_supported;
10     p_hrs->conn_handle                 = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;
11     p_hrs->is_sensor_contact_detected  = false;
12     p_hrs->rr_interval_count           = 0;

这一部分主要是初始化p_hrs结构体，p_hrs_init的内容在server_init赋值的，如下：

其中第433行设置hrs的事件句柄，这样可以在其中监听hrs的相关事件，如下：
这个和ble_evt_dispatch传送BLE协议栈事件给hrs模块的ble_hrs_on_ble_evt函数稍有不同
在on_xxxx中主要处理on_connect、disconnect和write事件
注：其中case的两个事件类型是自定义的枚举型

上面437~443是设置hrs的attribute的可读可写等属性的
其中hrs_hrm_attr_md是Initial security level for heart rate service measurement attribute
其中hrs_bsl_attr_md是Initial security level for body sensor location attribute

上面89、90行的红色部分的结构体为：
可见，cccd比无cccd的多了个cccd_write_perm
这里的cccd为：客户端特性配置描述符(Client Characteristic Configuration Descriptor，CCCD)
这个带cccd的结构体在SDK描述如下：
   Security settings structure.
   This structure contains the security options needed during initialization of the service. It can be used when the charecteristics contains cccd. 
我的理解是attribute中的属性有两种：属性值或描述符。如果想支持通知或指示notify，那么就得选用cccd的这种~
注：关于BLE的一些名词[1] profile\service\characteristic\uuid关系[2]

综上：HRS服务配置了两个characteristic,他们分别是heart rate measurement characteristic（简称HRMC）和body sensor location characteristic。其中HRMC具有notify功能，不具有读写功能，即：他的值不能被其他蓝牙设备请求读写，只能主动发送给设备（称为notify，类似于web中的推送~）

14     // Add service
15     BLE_UUID_BLE_ASSIGN(ble_uuid, BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE);
16
17     err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY, &ble_uuid, &p_hrs->service_handle);
18     if (err_code != NRF_SUCCESS)
19     {
20         return err_code;
21     }

其中BLE_UUID_BLE_ASSIGN是一个给uuid初始赋值的宏定义：

而sd_ble_gatts_service_add负责：Add a service declaration to the local server ATT table.

谈到sd_ble_gatts_service_add，就必须谈一下Function packet format：

综上：上面14~21行代码就实现了将BLE_UUID_HEART_RATE_SERVICE加入到蓝牙协议栈中~

23     // Add heart rate measurement characteristic
24     err_code = heart_rate_measurement_char_add(p_hrs, p_hrs_init);
25     if (err_code != NRF_SUCCESS)
26     {
27         return err_code;
28     }

这里heart_rate_measurement_char_add是向上面添加的服务中添加characteristic的，非API函数，具体拆分讲解如下：
该函数前面都是一些赋值操作，最后调用了一个API函数：

如下，该API实现将一个属性声明，一个属性值声明和一个可选属性描述符声明添加进ATT表。
这个添加的属性会添加进最近添加的服务中，当然perminssions需要统一等情况要注意~
该函数的参数情况如下：
· 第一个service_handle指向该属性所在的服务
· 第二个p_char_md是属性的原数据
· 第三个p_attr_char_value是指向attribute结构体所对应的属性值
· 第四个p_handles是指向指定句柄所存储的结构体

在调用上面API之前，首先对p_char_md属性原数据进行配置attribute

接着配置p_attr_char_value进行配置：

其实经过前面的这些配置之后，再调用API函数sd_ble_gatts_characteristic_add就会形成一个下面格式的包：
注：sd_ble_gatts_characteristic_add 功能的包格式[3]

30     if (p_hrs_init->p_body_sensor_location != NULL)
31     {
32         // Add body sensor location characteristic
33         err_code = body_sensor_location_char_add(p_hrs, p_hrs_init);
34         if (err_code != NRF_SUCCESS)
35         {
36             return err_code;
37         }
38     }

最后判断是否要把body sensor location characteristic加入到hrs服务中~

40     return NRF_SUCCESS;
41 }

 

连接蓝牙后的效果

 

 1 000025:                              ble_evt_dispatch                                                        ..\main.c
 2 000026: ble_hrs_on_ble_evt ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c  3 000027: on_connect ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c  4 000028: ble_bas_on_ble_evt ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c  5 000029: on_connect ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c  6 000030:                                    on_ble_evt                                                        ..\main.c
 7 000031: led_stop ..\led.c  8 000032: application_timers_start ..\main.c  9 000033:               heart_rate_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
10 000034: ble_hrs_heart_rate_measurement_send ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 11 000035: hrm_encode ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 12 000036:               heart_rate_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
13 000037: ble_hrs_heart_rate_measurement_send ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 14 000038: hrm_encode ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 15 000039:            battery_level_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
16 000040: battery_start ..\battery.c 17 000041: ADC_IRQHandler ..\battery.c 18 000042: ble_bas_battery_level_update ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c 19 000043:               heart_rate_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
20 000044:           ble_hrs_heart_rate_measurement_send                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
21 000045:                                    hrm_encode                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
22 000046:               heart_rate_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
23 000047:           ble_hrs_heart_rate_measurement_send                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
the same...

 

如Log第25行手机连接上nRF51822之后，BLE协议栈把事件通过ble_evt_dispatch分配到每个模

 1 /**@brief Function for dispatching a BLE stack event to all modules with a BLE stack event handler.
 2  *
 3  * @details This function is called from the BLE Stack event interrupt handler after a BLE stack
 4  *          event has been received.
 5  *
 6  * @param[in]   p_ble_evt   Bluetooth stack event.
 7  */
 8 static void ble_evt_dispatch(ble_evt_t * p_ble_evt)
 9 {
10     LOG(__FUNCTION__);
11     ble_bondmngr_on_ble_evt(p_ble_evt);
12     ble_hrs_on_ble_evt(&m_hrs, p_ble_evt);

先进入ble_hrs_on_ble_evt，进而解析事件执行on_connect,如下：eto

13     ble_bas_on_ble_evt(&bas, p_ble_evt);
14     ble_conn_params_on_ble_evt(p_ble_evt);
15  on_ble_evt(p_ble_evt);

在on_ble_evt中当检测到connected事件，
则关闭标志广播进行中的灯的定时器，
start在timer初始化中设置的hrs和bas定时器，也因此在Log中接着会轮流周期性触发hrs和bas的timeout句柄

16 }

 

 

Heart Rate Measurement启动或终止notify监听时的Log 

 

1 002044:                              ble_evt_dispatch                                                        ..\main.c
2 002045: ble_hrs_on_ble_evt ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 3 002046: on_write ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 4 002047: on_hrm_cccd_write ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c 5 002048:                             hrs_event_handler                                                        ..\main.c
6 002049:                            ble_bas_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c
7 002050:                                      on_write                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c

当上位机（手机端）点击start notify时，其实有一个交互过程的！

如上面的Log：

1、首先BLE协议栈把该事件通过dispatch分派给模块ble_hrs_on_ble_evt 

2、ble_hrs_on_ble_evt 对事件解析发现是BLE_GATTS_EVT_WRITE，并调用on_write

3、从on_write又进入on_hrm_cccd_write，在其中判断并发送相应的evt_handler事件消息

4、该消息会发送到其接受函数hrs_event_handler中，并根据情况设置notify

 

Heart Rate Measurement启动监听中的Log

 

 1 000895:               heart_rate_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
 2 000896:           ble_hrs_heart_rate_measurement_send                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
 3 000897:                                    hrm_encode                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
 4 000898: ble_evt_dispatch ..\main.c  5 000899:                            ble_hrs_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
 6 000900:                            ble_bas_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c
 7 000901:                                    on_ble_evt                                                        ..\main.c
 8 000902:               heart_rate_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
 9 000903:           ble_hrs_heart_rate_measurement_send                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
10 000904:                                    hrm_encode                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
11 000905:            battery_level_meas_timeout_handler                                                        ..\main.c
12 000906:                                 battery_start                                                     ..\battery.c
13 000907:                                ADC_IRQHandler                                                     ..\battery.c
14 000908:                  ble_bas_battery_level_update                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c
15 000909: ble_evt_dispatch ..\main.c 16 000910:                            ble_hrs_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
17 000911:                            ble_bas_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c
18 000912:                                    on_ble_evt                                                        ..\main.c

和连接蓝牙后的Log的12-18行对比，由于这里开启了notify，所以出现了些许不一样的地方：

即：红色字体的部分！

根据Log猜测（暂时没有器材，无法调试，到早上试，再给出最终结果~）：

1、可能是因为上位机使能了notification，执行了红线那句话

2、之前由于没有执行这句话使ble_hrs_heart_rate_measurement_send和ble_bas_battery_level_update中的sd_ble_gatts_hvx函数没有被执行，而一旦红线那句话执行后sd_ble_gatts_hvx将被周期性地执行：

3、而每次sd_ble_gatts_hvx函数都会触发ble协议栈产生相应的消息，通过ble_evt_dispatch派送到各个模块，最终被on_ble_evt解析到BLE_GAP_EVT_SEC_PARAMS_REQUEST消息并执行相关操作，把消息发送出去：

 

 

蓝牙断开时的Log

 

1 008913:                              ble_evt_dispatch                                                        ..\main.c
2 008914:                            ble_hrs_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
3 008915:                                 on_disconnect                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_hrs.c
4 008916:                            ble_bas_on_ble_evt                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c
5 008917:                                 on_disconnect                 ..\..\..\..\..\Source\ble\ble_services\ble_bas.c
6 008918:                                    on_ble_evt                                                        ..\main.c
7 008919:                         system_off_mode_enter                                                        ..\main.c

断开蓝牙比较简单，消息从协议栈经dispatch分发到hrs、bas和on_ble_evt分别做相应处理！ 

 

 

注：

[1]、关于BLE的一些名词：

每个attribute属性被UUID（通用唯一标识符）唯一标识 ，UUID是标准128-bit格式的ID用来唯一标识信息。attributes 被 ATT 格式化characteristics和services形式进行传送。
· 特征（Characteristics）— 一个characteristics包含一个单独的value值和0 –n个用来描述characteristic 值（value）的descriptors。一个characteristics可以被认为是一种类型的，类似于一个类。
· 描述符(descriptor)　　 —descriptor是被定义的attributes，用来描述一个characteristic的值。例如，一个descriptor可以指定一个人类可读的描述中，在可接受的范围里characteristic值，或者是测量单位，用来明确characteristic的值。
· 服务（service）　　　　—service是characteristic的集合。例如，你可以有一个所谓的“Heart RateMonitor”service，其中包括characteristic，如“heart rate measurement ”。你可以在 bluetooth.org找到关于一系列基于GATT的profile和service。

  

他们关系为：蓝牙设备可以包括多个Profile，一个Profile中有多个Service，一个Service中有多个Characteristic，一个Characteristic中包括一个value和多个Descriptor。

[2]、profile\service\characteristic\uuid关系：

1、profile  

　　profile可以理解为一种规范，一个标准的通信协议，它存在于从机中。蓝牙组织规定了一些标准的profile，例如 HID OVER GATT ，防丢器 ，心率计等。每个profile中会包含多个service，每个service代表从机的一种能力。

2、service

　　service可以理解为一个服务，在ble从机中，通过有多个服务，例如电量信息服务、系统信息服务等，每个service中又包含多个characteristic特征值。每个具体的characteristic特征值才是ble通信的主题。比如当前的电量是80%，所以会通过电量的characteristic特征值存在从机的profile里，这样主机就可以通过这个characteristic来读取80%这个数据

3、characteristic

　　characteristic特征值，ble主从机的通信均是通过characteristic来实现，可以理解为一个标签，通过这个标签可以获取或者写入想要的内容。

4、UUID

　　UUID，统一识别码，我们刚才提到的service和characteristic，都需要一个唯一的uuid来标识

 

每个从机都会有一个叫做profile的东西存在，不管是上面的自定义的simpleprofile，还是标准的防丢器profile，他们都是由一些列service组成，然后每个service又包含了多个characteristic，主机和从机之间的通信，均是通过characteristic来实现。

实际产品中，每个蓝牙4.0的设备都是通过服务和特征来展示自己的，服务和特征都是用UUID来唯一标识的。一个设备必然包含一个或多个服务，每个服务下面又包含若干个特征。特征是与外界交互的最小单位。蓝牙设备硬件厂商通常都会提供他们的设备里面各个服务(service)和特征(characteristics)的功能，比如哪些是用来交互(读写)，哪些可获取模块信息(只读)等。比如说，一台蓝牙4.0设备，用特征A来描述自己的出厂信息，用特征B来与收发数据等。

 

[3]、sd_ble_gatts_characteristic_add 功能的包格式：

 

1、Frame format encoding of the sd_ble_gatts_characteristic_add packet.

2、Operation Code = 0xA2 (162) for sd_ble_gatts_characteristic_add, see BLE_GATTS_SVCS.

3、The parameters provided as input to sd_ble_gatts_characteristic_add are encoded in the following order

- 1 byte:		Operation Code, Value = 0xA2 (162)
- 2 bytes:		Service Handle
- 1 byte:		Metadata Present
		0x00 Field not present
		0x01 Field present and follows immediately in the packet
- 11..539 bytes:	ble_gatts_char_md_t	Conditional: Characteristic Metadata
- 1 byte:		Characteristic Attribute Present
		0x00 Field not present
		0x01 Field present and follows immediately in the packet
- 9..527 bytes:	ble_gatts_attr_t	Conditional: Characteristic Attribute
- 1 byte:		Handles Present
		0x00 Field not present
		0x01 Field present on Application Chip

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

其包格式图像表示为：（其中characteristic metadata和char attributes展开太多，请参看SDK)

 

 

注：

本篇讲了nrf51822蓝牙ble工程的消息流
至此整个蓝牙心率计工程分析得差不多了
本工程链接：http://pan.baidu.com/s/1dEalb6h

 

More：

[蓝牙] 1、蓝牙核心技术了解（蓝牙协议、架构、硬件和软件笔记）

[蓝牙] 2、蓝牙BLE协议及架构浅析&&基于广播超时待机说广播事件

[蓝牙] 3、 剖析BLE心率检测工程

[蓝牙] 4、Heart Rate Service module

[蓝牙] 5、Battery Service module

@beautifulzzzz 2015-12-17 continue~