BLE4.0广播连接过程的底层剖析

一、实验目的

1、在实验过程中遇到很多问题,都不知道从何下手,所以决定深入了解蓝牙协议栈的底层,看是如何运行的,了解后,遇到问题就知道从哪里开始找问题,你懂得;


二、说明

1、由于空间有限,这里只是贴出部分代码,有些不能理解的要配合源代码来理解,这里只是大概指向(红色部分),能让你大部分明白是怎么跑起来的,细节上自己去理解,不懂可以提问;


三、实验平台

1、蓝牙协议栈:1.3.2

2、软件平台:IAR For 8051 8.10.3

5、硬件平台:Smart RF开发板(从机),Android_Lightblue(主机)


四、实验步骤

1int main(void)

int main(void)

{

  /* Initialize hardware */

  HAL_BOARD_INIT();//初始化时钟和使能缓存预取模式

 

  // Initialize board I/O

  InitBoard( OB_COLD );//冷启动,关闭了led灯与中断,避免接下来的各种初始化受干扰

 

  /* Initialze the HAL driver */

  HalDriverInit();//各种驱动的初始化、如按键、lcdadcusbuart8

 

  /* Initialize NV system */

  osal_snv_init();//snv 内部用于保存配对数据或你的用户自定义数据的一段flash4kB空间

 

  /* Initialize LL */  

 

  /* Initialize the operating system */

  osal_init_system();//oasl 操作系统初始化包含内存分配、消息队列、定时器、电源管理和任务等

 

  /* Enable interrupts */

  HAL_ENABLE_INTERRUPTS();// 开启全局中断


  // Final board initialization

  InitBoard( OB_READY );  //设置标志标示系统初始化完毕

 

2、osal_init_system()

uint8 osal_init_system( void )

{

  // Initialize the Memory Allocation System

  osal_mem_init();//初始化内存分配系统

 

  // Initialize the message queue

  osal_qHead = NULL;//初始化消息队列

 

  // Initialize the timers

  osalTimerInit();//初始化定时器

 

  // Initialize the Power Management System

  osal_pwrmgr_init();//初始化电源管理系统

 

  // Initialize the system tasks.

  osalInitTasks();//初始化系统任务, 这一个任务初始花非常关键

 

  // Setup efficient search for the first free block of heap.

  osal_mem_kick();

 

  return ( SUCCESS );

}

 

3osalInitTasks()

void osalInitTasks( void )

{

  /* L2CAP Task */

  L2CAP_Init( taskID++ );

 

  /* GAP Task */

  GAP_Init( taskID++ );

 

  /* GATT Task */

  GATT_Init( taskID++ );

 

  /* SM Task */

  SM_Init( taskID++ );

 

  /* Profiles */

  GAPRole_Init( taskID++ );    //链路角色初始化

  GAPBondMgr_Init( taskID++ );  //链路绑定初始化

 

  GATTServApp_Init( taskID++ );

 

  /* Application */

  SimpleBLEPeripheral_Init( taskID );

}

 

4GAPRole_Init( taskID++ )

void GAPRole_Init( uint8 task_id )

{

  gapRole_TaskID = task_id;  //定义任务地址

 

  gapRole_state = GAPROLE_INIT;  //链路状态设置为GAPROLE_INIT

  gapRole_ConnectionHandle = INVALID_CONNHANDLE;  //设置链路连接句柄为0xFFFF

 

  GAP_RegisterForHCIMsgs( gapRole_TaskID );//注册控制接口的任务ID

 

  // Initialize the Profile Advertising and Connection Parameters

  gapRole_profileRole = GAP_PROFILE_PERIPHERAL;  //链路配置角色为从机

  VOID osal_memset( gapRole_IRK, 0, KEYLEN );    //密钥缓冲器清零

  VOID osal_memset( gapRole_SRK, 0, KEYLEN );

  gapRole_signCounter = 0;                       //密钥计数标志位清零

  gapRole_AdvEventType = GAP_ADTYPE_ADV_IND; //广播类型为可连接无定向广播

  gapRole_AdvDirectType = ADDRTYPE_PUBLIC; //广播方式为通过广播(可被发现扫描连接)

  gapRole_AdvChanMap = GAP_ADVCHAN_ALL ;  //广播所有通道373839

  gapRole_AdvFilterPolicy = GAP_FILTER_POLICY_ALL;  //允许扫描,允许连接

 

  // Restore Items from NV

  VOID osal_snv_read( BLE_NVID_IRK, KEYLEN, gapRole_IRK ); //读出存储的密钥和密钥计数标志位

  VOID osal_snv_read( BLE_NVID_CSRK, KEYLEN, gapRole_SRK );

  VOID osal_snv_read( BLE_NVID_SIGNCOUNTER, sizeof( uint32 ), &gapRole_signCounter );

}

 

 

//初始化完成后

5、void SimpleBLEPeripheral_Init( uint8 task_id )

{

osal_set_event( simpleBLEPeripheral_TaskID, SBP_START_DEVICE_EVT );              //启动设备开始事件

}

 

6uint16 SimpleBLEPeripheral_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )

{     

  if ( events & SBP_START_DEVICE_EVT )// 初始化后就执行这个啦

      {              

            // Start the Device

            VOID GAPRole_StartDevice( &simpleBLEPeripheral_PeripheralCBs ); //配置链路事件通知回调函数

        

            // Start Bond Manager

            VOID GAPBondMgr_Register( &simpleBLEPeripheral_BondMgrCBs ); //配置配对消息回调函数

            

            // Set timer for first periodic event

            osal_start_timerEx( simpleBLEPeripheral_TaskID, POWER_DETECT_EVT, DetectPowerPeriod );   

            

            return ( events ^ SBP_START_DEVICE_EVT );

      }

}

 

7、bStatus_t GAPRole_StartDevice( gapRolesCBs_t *pAppCallbacks )

{

  if ( gapRole_state == GAPROLE_INIT ) //如果链路状态是初始化状态

  {

    // Clear all of the Application callbacks

    if ( pAppCallbacks )

    {

      pGapRoles_AppCGs = pAppCallbacks;//设置回调函数

    }

    // Start the GAP

    gapRole_SetupGAP();//开始建立链路

    return ( SUCCESS );

  }

  else     //否则返回已经在请求模式状态

  {

    return ( bleAlreadyInRequestedMode );

  }

}

 

8static void gapRole_SetupGAP( void )

{

  VOID GAP_DeviceInit( gapRole_TaskID,

          gapRole_profileRole, 0,

          gapRole_IRK, gapRole_SRK,

          &gapRole_signCounter );

}

 

9bStatus_t GAP_DeviceInit(  uint8 taskID,
                           uint8 profileRole,
                           uint8 maxScanResponses,
                           uint8 *pIRK,
                           uint8 *pSRK,
                           uint32 *pSignCounter )

{

    // Setup the device configuration parameters

stat = GAP_ParamsInit( taskID, profileRole );  //设置设备配置参数

 

    #if ( HOST_CONFIG & ( CENTRAL_CFG | PERIPHERAL_CFG ) )

    {

      GAP_SecParamsInit( pIRK, pSRK, pSignCounter );

    }

#endif

 

#if ( HOST_CONFIG & ( PERIPHERAL_CFG | BROADCASTER_CFG ) )

{

   // Initialize GAP Peripheral Device Manager

   VOID GAP_PeriDevMgrInit();  //初始化从机设备管理


   #if ( HOST_CONFIG & PERIPHERAL_CFG )

   {

     // Initialize SM Responder

     VOID SM_ResponderInit();  //回应者初始化

   }

   #endif

 }

 #endif

}

 

10GAP_DeviceInit初始化完成后,将产生GAP_DEVICE_INIT_DONE_EVENT事件
10、uint16 GAPRole_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )  //链路处理事件
11、static void gapRole_ProcessOSALMsg( osal_event_hdr_t *pMsg ) //链路系统消息事件
12、static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )  //链路处理连接消息

{

  uint8 notify = FALSE;   // State changed notify the app? (default no)

  switch ( pMsg->opcode )

  {

      case GAP_DEVICE_INIT_DONE_EVENT: //GAP_DeviceInit初始化完成后,将产生此事件

      {

        gapDeviceInitDoneEvent_t *pPkt = (gapDeviceInitDoneEvent_t *)pMsg;

        bStatus_t stat = pPkt->hdr.status;

 

        if ( stat == SUCCESS )

        {

          // Save off the generated keys

          VOID osal_snv_write( BLE_NVID_IRK, KEYLEN, gapRole_IRK );//保存生成的密钥

          VOID osal_snv_write( BLE_NVID_CSRK, KEYLEN, gapRole_SRK );

 

          // Save off the information

          VOID osal_memcpy( gapRole_bdAddr, pPkt->devAddr, B_ADDR_LEN );//保存设备地址

 

          gapRole_state = GAPROLE_STARTED;  //链路开始

 

          // Update the advertising data

          stat = GAP_UpdateAdvertisingData( gapRole_TaskID,//更新广播数据

                              TRUE, gapRole_AdvertDataLen, gapRole_AdvertData );

        }

            notify = TRUE;  //通知回调函数链路的状态

      }

      break;

      if ( notify == TRUE )

      {

          // Notify the application with the new state change

          if ( pGapRoles_AppCGs && pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange ) //判断是否设置了回调函数

          {

               pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange( gapRole_state );//调用设置的回调函数,通知gapRole_state当前状态

          }

      }

}

 

13、stat=GAP_UpdateAdvertisingData( gapRole_TaskID,TRUE, gapRole_AdvertDataLen, gapRole_AdvertData );//更新广播数据后,将产生GAP_ADV_DATA_UPDATE_DONE_EVENT事件;
 

14、static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )  //链路处理连接消息

{

  uint8 notify = FALSE;   // State changed notify the app? (default no)

  switch ( pMsg->opcode )

  {

      case GAP_ADV_DATA_UPDATE_DONE_EVENT:

      {

        gapAdvDataUpdateEvent_t *pPkt = (gapAdvDataUpdateEvent_t *)pMsg;

 

        if ( pPkt->hdr.status == SUCCESS )

        {

          if ( pPkt->adType )

          {

            // Setup the Response Data

            pPkt->hdr.status = GAP_UpdateAdvertisingData( gapRole_TaskID,

                              FALSE, gapRole_ScanRspDataLen, gapRole_ScanRspData );//更新扫描回应数据

          }

          else

          {

            // Start advertising

            VOID osal_set_event( gapRole_TaskID, START_ADVERTISING_EVT );  //启动广播事件

          }

        }

        if ( pPkt->hdr.status != SUCCESS ) //如果不成功将通知回调函数,否则不通知

        {

          // Set into Error state

          gapRole_state = GAPROLE_ERROR;

          notify = TRUE;

        }

      }

      break;

 

15static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )  //链路处理连接消息

{

  uint8 notify = FALSE;   // State changed notify the app? (default no)

  switch ( pMsg->opcode )

  {

      case GAP_ADV_DATA_UPDATE_DONE_EVENT:

      {

        gapAdvDataUpdateEvent_t *pPkt = (gapAdvDataUpdateEvent_t *)pMsg;

 

        if ( pPkt->hdr.status == SUCCESS )

        {

          if ( pPkt->adType )

          {

            // Setup the Response Data

            pPkt->hdr.status = GAP_UpdateAdvertisingData( gapRole_TaskID,

                              FALSE, gapRole_ScanRspDataLen, gapRole_ScanRspData );//更新扫描回应数据

          }

          else

          {

            // Start advertising

            VOID osal_set_event( gapRole_TaskID, START_ADVERTISING_EVT );  //启动广播事件

          }

        }

        if ( pPkt->hdr.status != SUCCESS ) //如果不成功将通知回调函数,否则不通知

        {

          // Set into Error state

          gapRole_state = GAPROLE_ERROR;

          notify = TRUE;

        }

      }

      break;

16、执行广播事件

uint16 GAPRole_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )

{

  VOID task_id; // OSAL required parameter that isn't used in this function

  if ( events & START_ADVERTISING_EVT )

  {

    if ( gapRole_AdvEnabled )

    {

      gapAdvertisingParams_t params;

 

      // Setup advertisement parameters

      params.eventType = gapRole_AdvEventType; //GAP_ADTYPE_ADV_IND; 广播类型为可连接无定向广播

      params.initiatorAddrType = gapRole_AdvDirectType; //ADDRTYPE_PUBLIC; 广播方式为通用广播

      VOID osal_memcpy( params.initiatorAddr, gapRole_AdvDirectAddr, B_ADDR_LEN ); //发起者地址配置

      params.channelMap = gapRole_AdvChanMap;  //广播通道配置:广播所有通道373839

      params.filterPolicy = gapRole_AdvFilterPolicy;//过滤策略GAP_FILTER_POLICY_ALL;允许扫描,允许连接

 

      if ( GAP_MakeDiscoverable( gapRole_TaskID, ¶ms ) != SUCCESS ) //配置广播参数,并产生一个GAP_MakeDiscoverable      消息事件

      {

        gapRole_state = GAPROLE_ERROR;//如果不成功将通知回调函数-链路错误

        

        // Notify the application with the new state change

        if ( pGapRoles_AppCGs && pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange )

        {

          pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange( gapRole_state );

        }

      }

    }

    return ( events ^ START_ADVERTISING_EVT );

  }

 

  17处理GAP_MakeDiscoverable消息事件

    static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )  //链路处理连接消息

{

  uint8 notify = FALSE;   // State changed notify the app? (default no)

  switch ( pMsg->opcode )

  {

      case GAP_MAKE_DISCOVERABLE_DONE_EVENT:  //使能可被发现完成事件即开始广播了

      case GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT:   //结束可被发现完成事件即停止广播了

      {

        gapMakeDiscoverableRspEvent_t *pPkt = (gapMakeDiscoverableRspEvent_t *)pMsg;

        if ( pPkt->hdr.status == SUCCESS )

        {

          if ( pMsg->opcode == GAP_MAKE_DISCOVERABLE_DONE_EVENT )

          {

            gapRole_state = GAPROLE_ADVERTISING;  //设置当前链路状态

          }

          else // GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT//结束可被发现完成事件即停止广播了

          {

            if ( gapRole_AdvertOffTime != 0 )  //如果gapRole_AdvertOffTime等于0,将不再广播,否则启动定时广播件

            {

              if ( ( gapRole_AdvEnabled ) )//如果使能广播

              {

            VOID osal_start_timerEx( gapRole_TaskID, START_ADVERTISING_EVT, gapRole_AdvertOffTime );//启动周期广播事件

              }

            }

            else

            {

              // Since gapRole_AdvertOffTime is set to 0, the device should not

              // automatically become discoverable again after a period of time.

              // Set enabler to FALSE; device will become discoverable again when

              // this value gets set to TRUE

              gapRole_AdvEnabled = FALSE;

            }

            // In the Advertising Off period

            gapRole_state = GAPROLE_WAITING;//如果GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT,链路当前状态为等待状态

          }

        }

        else

        {

          gapRole_state = GAPROLE_ERROR;

        }

        notify = TRUE;//通知回调函数

      }

      break;

  if ( notify == TRUE )

  {

      // Notify the application with the new state change

      if ( pGapRoles_AppCGs && pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange ) //判断是否设置了回调函数

      {

           pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange( gapRole_state );//调用设置的回调函数,通知gapRole_state当前状态

      }

  }

18、这时候底层已经使能硬件在广播了,要么广播超时产生一个GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT消息,要么被连接事件 GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT

19、广播超时产生一个GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT消息

static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )  //链路处理连接消息

{

  uint8 notify = FALSE;   // State changed notify the app? (default no)

  switch ( pMsg->opcode )

  {  

  case GAP_MAKE_DISCOVERABLE_DONE_EVENT:  //使能可被发现完成事件即开始广播了

      case GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT:   //结束可被发现完成事件即停止广播了

      {

        gapMakeDiscoverableRspEvent_t *pPkt = (gapMakeDiscoverableRspEvent_t *)pMsg;

 

        if ( pPkt->hdr.status == SUCCESS )

        {

          if ( pMsg->opcode == GAP_MAKE_DISCOVERABLE_DONE_EVENT )

          {

            gapRole_state = GAPROLE_ADVERTISING;  //设置当前链路状态

          }

          else // GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT//结束可被发现完成事件即停止广播了

          {

            if ( gapRole_AdvertOffTime != 0 )  //如果gapRole_AdvertOffTime不等于0,启动定时广播事件,否则将关闭广播

            {

              if ( ( gapRole_AdvEnabled ) )//如果使能广播

              {

            VOID osal_start_timerEx( gapRole_TaskID, START_ADVERTISING_EVT, gapRole_AdvertOffTime );//启动周期广播事件

              }

            }

            else

            {

              // Since gapRole_AdvertOffTime is set to 0, the device should not

              // automatically become discoverable again after a period of time.

              // Set enabler to FALSE; device will become discoverable again when

              // this value gets set to TRUE

              gapRole_AdvEnabled = FALSE; //关闭广播

            }

            // In the Advertising Off period

             gapRole_state = GAPROLE_WAITING;//如果GAP_END_DISCOVERABLE_DONE_EVENT,链路当前状态为等待状态,或不再广播或等待周期广播          

            }

        }

        else

        {

          gapRole_state = GAPROLE_ERROR;

        }

        notify = TRUE;//通知回调函数

      }

      break;

  if ( notify == TRUE )

  {

      // Notify the application with the new state change

      if ( pGapRoles_AppCGs && pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange ) //判断是否设置了回调函数

      {

           pGapRoles_AppCGs->pfnStateChange( gapRole_state );//调用设置的回调函数,通知gapRole_state当前状态

      }

  }

20、广播时产生一个GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT消息

static void gapRole_ProcessGAPMsg( gapEventHdr_t *pMsg )  //链路处理连接消息

{

  uint8 notify = FALSE;   // State changed notify the app? (default no)

  switch ( pMsg->opcode )

  {  

    case GAP_LINK_ESTABLISHED_EVENT:

      {

        gapEstLinkReqEvent_t *pPkt = (gapEstLinkReqEvent_t *)pMsg;

        if ( pPkt->hdr.status == SUCCESS )

        {

          VOID osal_memcpy( gapRole_ConnectedDevAddr, pPkt->devAddr, B_ADDR_LEN );//保存主机的地址

          gapRole_ConnectionHandle = pPkt->connectionHandle; //保存主机连接句柄

          gapRole_state = GAPROLE_CONNECTED;  //通知链路状态:连接成功

              notify = TRUE;

        }

      }

 }

六、总结

1、广播连接的过程分析下来还算是比较简单的;

2、有什么不足的地方欢迎讨论QQ群:127442605


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