## 一、ESP32 蓝牙 BLE 协议栈概览 ESP32 的 BLE 协议栈基于 Bluedroid 和 NimBLE 两种实现。Bluedroid 是官方默认方案，功能全面但资源占用较高；NimBLE 则更轻量，适合资源受限场景。本文以 Bluedroid 为例，通过 ESP-IDF 框架进行开发。 BLE 协议栈分层如下： - **物理层（PHY）**：2.4GHz 频段，支持 1Mbps/2Mbps 速率 - **链路层（LL）**：负责连接、广播、扫描等底层操作 - **主机控制接口（HCI）**：连接控制器与主机 - **逻辑链路控制与适配协议（L2CAP）**：数据封装与复用 - **属性协议（ATT）**：定义数据交互的规则 - **通用属性协议（GATT）**：基于 ATT，定义服务、特征等高级数据结构 - **通用访问协议（GAP）**：管理设备发现、连接和安全性 ## 二、广播（Advertising）开发 广播是 BLE 设备向外发送数据的过程，用于让周围设备发现自己。广播数据分为广播包（Advertising Packet）和扫描响应包（Scan Response），前者必须发送，后者可选。 ### 2.1 广播参数配置 主要参数包括： - 广播间隔（adv_interval）：范围 20ms~10.24s，间隔越短功耗越高 - 广播类型：可连接非定向、可连接定向、不可连接、可扫描等 - 广播信道：默认使用 37、38、39 三个信道 ### 2.2 广播数据格式 广播数据由多个 AD Structure 组成，每个结构包含长度、类型和数据。常见类型有： - 0x01：标志位（LE 通用可发现模式等） - 0x02/0x03：16 位服务 UUID 列表 - 0xFF：制造商特定数据 ### 2.3 代码示例：配置广播 ```c #include "esp_bt.h" #include "esp_bt_main.h" #include "esp_gap_ble_api.h" static esp_ble_adv_params_t adv_params = { .adv_int_min = 0x20, // 40ms .adv_int_max = 0x40, // 80ms .adv_type = ADV_TYPE_IND, // 可连接非定向 .own_addr_type = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC, .channel_map = ADV_CHNL_ALL, .adv_filter_policy = ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY, }; static uint8_t adv_data[] = { 0x02, 0x01, 0x06, // 标志：LE 通用可发现模式 0x03, 0x03, 0xFF, 0x00, // 16位服务 UUID 0x00FF 0x05, 0x09, 'E', 'S', 'P', '3', '2' // 完整本地名称 "ESP32" }; void ble_adv_start(void) { esp_ble_gap_set_device_name("ESP32"); esp_ble_gap_config_adv_data(sizeof(adv_data), adv_data); esp_ble_gap_start_advertising(&adv_params); } ``` ## 三、扫描（Scanning）开发 扫描是发现周围 BLE 设备的过程。扫描分为主动扫描和被动扫描，主动扫描会发送扫描请求以获取扫描响应数据。 ### 3.1 扫描参数配置 - 扫描间隔（scan_interval）：两次扫描之间的间隔 - 扫描窗口（scan_window）：每次扫描持续的时间 - 扫描类型：主动（0x01）或被动（0x00） ### 3.2 扫描结果处理 扫描结果通过 GAP 回调函数返回，包括设备地址、RSSI、广播数据等。需要解析广播数据以获取设备名称、服务 UUID 等信息。 ### 3.3 代码示例：发起扫描 ```c static esp_ble_scan_params_t scan_params = { .scan_type = BLE_SCAN_TYPE_ACTIVE, // 主动扫描 .scan_interval = 0x50, // 50ms .scan_window = 0x30, // 30ms .scan_filter_policy = BLE_SCAN_FILTER_ALLOW_ALL, .own_addr_type = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC, }; static void gap_event_handler(esp_gap_ble_cb_event_t event, esp_ble_gap_cb_param_t *param) { switch (event) { case ESP_GAP_BLE_SCAN_RESULT_EVT: if (param->scan_rst.search_evt == ESP_GAP_SEARCH_INQ_RES_EVT) { uint8_t *adv_data = param->scan_rst.ble_adv; uint8_t adv_len = param->scan_rst.adv_data_len; // 解析广播数据，提取设备名称等 printf("Found device, RSSI: %d\n", param->scan_rst.rssi); } break; default: break; } } void ble_scan_start(void) { esp_ble_gap_set_scan_params(&scan_params); esp_ble_gap_start_scanning(10); // 扫描10秒 } ``` ## 四、GATT 服务开发 GATT 定义了数据交互的结构，包括服务（Service）、特征（Characteristic）和描述符（Descriptor）。服务是一组特征的集合，特征包含值和属性，描述符用于描述特征。 ### 4.1 GATT 服务架构 - **服务**：由 UUID 标识，如 0x180D 表示心率服务 - **特征**：包含值（Value）和属性（Properties），如读、写、通知等 - **描述符**：可选，用于配置特征，如 CCCD（客户端特征配置描述符） ### 4.2 创建 GATT 服务步骤 1. 注册 GATT 回调函数 2. 创建服务表（包括服务、特征、描述符） 3. 启动服务 4. 处理读写请求和通知发送 ### 4.3 完整代码示例：自定义 GATT 服务 ```c #include "esp_gatts_api.h" #define GATTS_TAG "GATTS" #define SERVICE_UUID 0x00FF #define CHAR_UUID 0xFF01 static uint8_t char_value = 0; static esp_gatt_srvc_id_t service_id = { .id = { .uuid = {.len = ESP_UUID_LEN_16, .uuid = {.uuid16 = SERVICE_UUID}}, .inst_id = 0, }, .is_primary = true, }; static esp_attr_value_t char_val = { .attr_max_len = 1, .attr_len = 1, .attr_value = &char_value, }; static esp_gatts_attr_db_t gatts_db[] = { // 服务声明 { .attr_control = {.auto_rsp = ESP_GATT_AUTO_RSP}, .att_desc = { .uuid_length = ESP_UUID_LEN_16, .uuid_p = (uint8_t *)&SERVICE_UUID, .perm = ESP_GATT_PERM_READ, .max_length = 0, .length = 0, .value = NULL, } }, // 特征声明 { .attr_control = {.auto_rsp = ESP_GATT_AUTO_RSP}, .att_desc = { .uuid_length = ESP_UUID_LEN_16, .uuid_p = (uint8_t *)&CHAR_UUID, .perm = ESP_GATT_PERM_READ | ESP_GATT_PERM_WRITE, .max_length = 1, .length = 1, .value = &char_value, } }, }; static void gatts_event_handler(esp_gatts_cb_event_t event, esp_gatt_if_t gatts_if, esp_ble_gatts_cb_param_t *param) { switch (event) { case ESP_GATTS_REG_EVT: esp_ble_gatts_create_service(gatts_if, &service_id, 2); break; case ESP_GATTS_CREATE_EVT: esp_ble_gatts_start_service(param->create.service_handle); break; case ESP_GATTS_WRITE_EVT: char_value = param->write.value[0]; printf("Write value: %d\n", char_value); break; default: break; } } void gatts_init(void) { esp_ble_gatts_register_callback(gatts_event_handler); esp_ble_gatts_app_register(0); } ``` ## 五、注意事项 - **内存管理**：BLE 协议栈占用较多 RAM，在内存受限时考虑使用 NimBLE - **功耗优化**：合理设置广播间隔和扫描窗口，避免频繁唤醒 - **安全机制**：生产环境应启用配对和加密，防止数据泄露 - **错误处理**：检查每个 API 的返回值，处理超时和异常情况 - **多连接**：ESP32 支持最多 9 个 BLE 连接，但需注意资源分配 ## 六、总结 本文从 BLE 协议栈基础出发，详细介绍了 ESP32 的广播、扫描和 GATT 服务开发。通过代码示例，你可以快速上手并构建自己的 BLE 应用。实际项目中，还需结合具体需求调整参数和架构，并深入理解协议细节。希望这篇文章能成为你 BLE 开发路上的有力参考。