從硬件連接到軟件配置，本文完整記錄雙 Air8000 核心板搭建 BLE 中心設(shè)備通信系統(tǒng)的全過程，涵蓋協(xié)議適配、連接建立及性能測試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一、BLE 概述

BLE（Bluetooth Low Energy），也稱為 Bluetooth Smart，是藍(lán)牙 4.0 及更高版本引入的低功耗無線通信技術(shù)，專為低帶寬、間歇性數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和穿戴設(shè)備設(shè)計。

Air8000 支持最新的 BLE 5.4 版本，BLE 5.4 在上一代基礎(chǔ)上繼續(xù)優(yōu)化了功耗和性能，為用戶提供了更高效、更穩(wěn)定的藍(lán)牙連接體驗。具體的 BLE 版本區(qū)別若有興趣請自行上網(wǎng)查詢，本處不再贅述。

BLE 支持的四種模式

Air8000 的 BLE 支持 4 種模式，分別是中心設(shè)備模式(central)，外圍設(shè)備模式(peripheral)，廣播者模式(ibeacon)，以及觀察者模式(scan)。

1、中心設(shè)備模式(central)：

中心設(shè)備模式是能夠搜索別人并主動建立連接的一方，從掃描狀態(tài)轉(zhuǎn)化而來的。其可以和一個或多個從設(shè)備進(jìn)行連接通信，它會定期的掃描周圍的廣播狀態(tài)設(shè)備發(fā)送的廣播信息，可以對周圍設(shè)備進(jìn)行搜索并選擇所需要連接的從設(shè)備進(jìn)行配對連接，建立通信鏈路成功后，主從雙方就可以發(fā)送接收數(shù)據(jù)。

2、外圍設(shè)備模式(peripheral)：

外圍設(shè)備模式是從廣播者模式轉(zhuǎn)化而來的，未被連接的外圍設(shè)備首先進(jìn)入廣播狀態(tài)，等待被中心設(shè)備搜索，當(dāng)中心設(shè)備掃描到外圍設(shè)備建立連接后，就可以和中心設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，其不能主動的建立連接，只能等別人來連接自己。和廣播模式有區(qū)別的地方在于，外圍設(shè)備模式的設(shè)備是可以被連接的，定期的和中心設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸過程中作外圍設(shè)備。

3、廣播者模式(ibeacon)

處于廣播模式的設(shè)備，會周期性的廣播 beacon 信息, 可以被掃描, 但一般不會被連接，典型應(yīng)用 ibeacon。

4、觀察者模式(scan)

觀察者模式，該模式下模塊為非連接，相對廣播者模式的一對多發(fā)送廣播，觀察者可以一對多接收數(shù)據(jù)。在該模式中，設(shè)備可以僅監(jiān)聽和讀取空中的廣播數(shù)據(jù)。和中心設(shè)備唯一的區(qū)別是不能發(fā)起連接，只能持續(xù)掃描外圍設(shè)備。

藍(lán)牙中的重要概念

1、GATT（通用屬性配置文件）

定義 BLE 設(shè)備如何組織和傳輸數(shù)據(jù)，以 “服務(wù)（Service）” 和 “特征（Characteristic）” 為單位。

示例：心率監(jiān)測設(shè)備的 GATT 服務(wù)包含 “心率特征”，手機(jī)通過讀取該特征獲取心率數(shù)據(jù)。

2、服務(wù)和特征

服務(wù)是特征的容器，通過邏輯分組簡化復(fù)雜功能的管理；

特征是數(shù)據(jù)交互的最小單元，通過屬性定義實現(xiàn)靈活的讀寫與推送機(jī)制；

兩者結(jié)合構(gòu)成 GATT 協(xié)議的核心框架，支撐藍(lán)牙設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交互（如智能穿戴、醫(yī)療設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)傳感器）。

3、特征的關(guān)鍵屬性（Properties）

特征通過 “屬性” 定義數(shù)據(jù)的操作方式，常見屬性包括：

4、UUID

UUID 是藍(lán)牙 GATT 協(xié)議的 “數(shù)字身份證”，通過標(biāo)準(zhǔn)化的唯一標(biāo)識機(jī)制，實現(xiàn)了跨廠商設(shè)備的功能互認(rèn)（標(biāo)準(zhǔn) UUID）與廠商個性化功能的擴(kuò)展（自定義 UUID）

Air8000 的所有操作，都通過 UUID 來索引和管理

二、演示功能概述

本示例使用兩個 Air8000 核心板來演示 BLE 中心設(shè)備模式：一個核心板做中心設(shè)備（燒錄 central demo），另一個核心板做外圍設(shè)備（燒錄 peripheral demo）。

演示功能概述如下：

1、ble 中心設(shè)備掃描并連接外圍設(shè)備；

2、ble 中心設(shè)備連接成功后，開始定時讀取外圍設(shè)備特征值 UUID 數(shù)據(jù)， 同時也定時發(fā)送數(shù)據(jù)給外圍設(shè)備；

3、ble 中心設(shè)備收到外圍設(shè)備特征值 UUID 的 notify 數(shù)據(jù)后，通過 uart 發(fā)送到 pc 端串口工具；

4、pc 端串口工具收到數(shù)據(jù)后，打印到串口工具窗口。

三、準(zhǔn)備硬件環(huán)境

3.1 Air8000 核心板

使用 Air8000 核心板，如下圖所示：

3.2 PC 電腦

WIN10 以及以上版本的 WINDOWS 系統(tǒng)。

3.3 數(shù)據(jù)通信線

USB 數(shù)據(jù)線（其一端為 Type-C 接口，用于連接 Air8000 開發(fā)板）。

四、準(zhǔn)備軟件環(huán)境

4.1 軟件環(huán)境

1、 燒錄工具：https://docs.openluat.com/air780epm/common/Luatools/

2、內(nèi)核固件：https://docs.openluat.com/air8000/luatos/firmware/（理論上，2025 年 7 月 26 日之后發(fā)布的固件都可以）

3、腳本文件：

中心設(shè)備：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/ble/central

外圍設(shè)備：https://gitee.com/openLuat/LuatOS/tree/master/module/Air8000/demo/ble/peripheral

4、PC 端串口工具：例如 SSCOM、LLCOM 等都可以

5、LuatOS 運行所需要的 lib 文件：使用 Luatools 燒錄時，勾選 添加默認(rèn) lib 選項，使用默認(rèn) lib 腳本文件。

準(zhǔn)備好軟件環(huán)境之后，接下來查看如何燒錄項目文件到 Air8000 核心板中，將本篇文章中演示使用的項目文件燒錄到 Air8000 開發(fā)板中。（https://docs.openluat.com/air8000/luatos/common/download/）

4.2 API 介紹

ble 庫：https://docs.openluat.com/osapi/core/ble/

五、程序結(jié)構(gòu)

5.1 文件說明

main.lua：主程序入口文件。

ble_client_main.lua：BLE 中心設(shè)備主程序，進(jìn)行 BLE 初始化，處理各類 BLE 事件（連接、斷開連接、掃描報告、GATT 操作完成等）。

ble_client_receiver.lua：BLE 中心設(shè)備接收數(shù)據(jù)處理。

ble_client_sender.lua：BLE 中心設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)處理。

ble_timer_app.lua：BLE 中心設(shè)備定時器處理邏輯，啟動兩個循環(huán)定時器，一個用于定時讀取外圍設(shè)備特征值 UUID 數(shù)據(jù)，一個用于定時向外圍設(shè)備特征值 UUID 發(fā)送數(shù)據(jù)。

ble_uart_app.lua：BLE 中心設(shè)備接 uart 處理邏輯，將收到的 notify 數(shù)據(jù)，通過 uart 發(fā)送到 pc 端串口工具。

check_wifi.lua：Air8000 的藍(lán)牙功能依賴 WiFi 協(xié)處理器，需確保 WiFi 固件為最新版本。本腳本文件檢查當(dāng)前 Air8000 模組的 WiFi 固件是否為最新版本，若不是則自動啟動升級（需插入可聯(lián)網(wǎng)的 SIM 卡）

六、核心模塊詳解

6.1 主程序 (main.lua)

主程序文件main.lua是整個項目的入口點。它負(fù)責(zé)初始化系統(tǒng)環(huán)境。

6.1.1 初始化流程

1、項目和版本定義：

定義PROJECT和VERSION變量。

2、日志記錄：

使用log.info("main", PROJECT, VERSION)在日志中打印項目名和版本號。

3、看門狗初始化（如果支持）：

配置并啟動硬件看門狗，防止程序死循環(huán)卡死。

4、加載功能模塊：

加載 BLE Central(中心設(shè)備)主控制模塊（ble_client_main）。

加載 wifi 升級模塊（check_wifi）。

加載串口應(yīng)用功能模塊（ble_uart_app）。

加載定時器應(yīng)用功能模塊（ble_timer_app）。

5、啟動任務(wù)調(diào)度器：

調(diào)用sys.run()啟動 LuatOS 的任務(wù)調(diào)度器，開始執(zhí)行各個任務(wù)。

6.2 ble_client_main

本文件為 ble client 主應(yīng)用功能模塊，整個應(yīng)用通過 sysplus.taskInitEx 啟動主任務(wù)，實現(xiàn)了完整的 BLE 中心設(shè)備功能，包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接管理、數(shù)據(jù)收發(fā)和異?；謴?fù)機(jī)制。核心業(yè)務(wù)邏輯為：

6.2.1 初始化與配置

加載依賴模塊（ ble_client_receiver 用于數(shù)據(jù)接收處理， ble_client_sender 用于數(shù)據(jù)發(fā)送處理）。

定義配置參數(shù)（目標(biāo)設(shè)備名稱、服務(wù) UUID、特征值 UUID、超時時間等）。

調(diào)用 ble_init()，初始化藍(lán)牙功能。

6.2.2 設(shè)備掃描與連接

創(chuàng)建并啟動 BLE 掃描（默認(rèn)參數(shù)：公共地址模式、掃描間隔 100ms、掃描窗口 100ms）。

通過 is_target_device 函數(shù)過濾掃描到的設(shè)備（匹配設(shè)備名稱）。

發(fā)現(xiàn)目標(biāo)設(shè)備后停止掃描并發(fā)起連接。

連接超時處理和重連機(jī)制。

6.2.3 事件處理

通過 ble_event_cb 回調(diào)函數(shù)處理各類 BLE 事件：

連接成功（EVENT_CONN）

斷開連接（EVENT_DISCONN）

掃描報告（EVENT_SCAN_REPORT）

GATT 操作完成（EVENT_GATT_DONE）

讀取特征值完成（EVENT_READ_VALUE）

6.2.4 業(yè)務(wù)功能

GATT 服務(wù)發(fā)現(xiàn)完成后，自動啟用目標(biāo)特征值的通知監(jiān)聽。

接收并處理來自其他模塊的讀取請求（READ_REQ）。

通過消息隊列與其他模塊通信。

6.2.5 異常處理

掃描超時或連接失敗時觸發(fā)異常處理。

斷開連接后自動清理消息隊列并嘗試重連。

異常情況下 5 秒后重新開始掃描連接。

6.3 ble_client_receiver

6.3.1 主要功能

數(shù)據(jù)分類處理 ：接收兩類數(shù)據(jù)（外圍設(shè)備通知數(shù)據(jù)和主動讀取到的數(shù)據(jù)）。

數(shù)據(jù)分發(fā) ：根據(jù)數(shù)據(jù)類型（通過特征值 UUID 區(qū)分）發(fā)布到不同的消息隊列，供其他模塊處理。

6.3.2 核心實現(xiàn)

提供proc(service_uuid, char_uuid, data)接口函數(shù)，接收服務(wù) UUID、特征值 UUID 和數(shù)據(jù)。

通過判斷特征值 UUID 是否匹配配置中的target_notify_char或target_read_char來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類型。

對于外圍設(shè)備的通知數(shù)據(jù)，通過sys.publish("RECV_BLE_NOTIFY_DATA", ...)發(fā)布。

對于主動讀取到的數(shù)據(jù)，通過sys.publish("RECV_BLE_READ_DATA", ...)發(fā)布。

6.3.3 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

當(dāng)ble_client_main模塊接收到EVENT_READ_VALUE事件時，會調(diào)用此模塊的 proc 函數(shù)。

本模塊將數(shù)據(jù)分類后發(fā)布到對應(yīng)的消息主題。

其他訂閱了這些消息主題的模塊可以接收并處理數(shù)據(jù)。

6.4 ble_client_sender

其他模塊只需發(fā)布"SEND_DATA_REQ"消息即可請求中心設(shè)備向外圍設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。

6.4.1 主要功能

消息訂閱：訂閱"SEND_DATA_REQ"消息，接收其他模塊的發(fā)送請求。

隊列管理：維護(hù)發(fā)送隊列 send_queue，存儲待發(fā)送的數(shù)據(jù)項（包含服務(wù) UUID、特征值 UUID、數(shù)據(jù)、回調(diào)信息）。

任務(wù)調(diào)度：通過任務(wù)處理函數(shù) ble_client_sender_task_func 處理各類 BLE 事件。

數(shù)據(jù)發(fā)送：按順序發(fā)送隊列中的數(shù)據(jù)，并通過回調(diào)通知發(fā)送結(jié)果。

6.4.2 核心實現(xiàn)

其他模塊通過sys.publish("SEND_DATA_REQ", ...)發(fā)布 發(fā)送請求。

send_data_req_proc_func函數(shù)將請求數(shù)據(jù)加入發(fā)送隊列，并通知任務(wù)。

任務(wù)處理函數(shù)根據(jù) BLE 事件狀態(tài)（連接成功、斷開連接等）處理隊列數(shù)據(jù)。

send_item_func函數(shù)負(fù)責(zé)實際發(fā)送數(shù)據(jù)。

send_item_cbfunc函數(shù)處理發(fā)送結(jié)果，調(diào)用用戶回調(diào)。

6.4.3 事件處理

CONNECT_OK：BLE 連接成功，開始發(fā)送隊列數(shù)據(jù)。

SEND_REQ：有新數(shù)據(jù)需要發(fā)送，繼續(xù)處理隊列。

DISCONNECTED：連接斷開，清空隊列并通知所有發(fā)送請求失敗。

6.5 ble_uart_app

6.5.1 主要功能

UART 初始化：打開 UART1 接口，配置波特率 115200、數(shù)據(jù)位 8、停止位 1、無奇偶校驗。

數(shù)據(jù)接收：訂閱 "RECV_BLE_NOTIFY_DATA" 消息，接收來自 BLE 外圍設(shè)備的通知數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：將接收到的 BLE 數(shù)據(jù)（包含服務(wù) UUID、特征值 UUID 和實際數(shù)據(jù)）格式化后通過 UART1 發(fā)送到 PC 端。

6.6 ble_timer_app

6.6.1 主要功能

創(chuàng)建兩個獨立的 5 秒循環(huán)定時器

一個用于定時 發(fā)送 數(shù)據(jù)到外圍設(shè)備特定特征值 UUID。

一個用于定時 讀取 外圍設(shè)備特定特征值 UUID 的數(shù)據(jù)。

6.6.2 核心實現(xiàn)

定義了目標(biāo)服務(wù) UUID( FA00 )和特征值 UUID(寫： EA02 ，讀： EA03 )。

實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)果回調(diào)函數(shù) send_data_cbfunc ，用于處理發(fā)送成功/失敗的通知。

實現(xiàn)兩個定時器回調(diào)函數(shù)：

send_data_req_timer_cbfunc：發(fā)布SEND_DATA_REQ消息到 ble_client_sender 模塊。

read_data_req_timer_cbfunc：發(fā)送READ_REQ請求到 ble_client_main 模塊。

啟動兩個 5 秒循環(huán)定時器，分別綁定上述兩個回調(diào)函數(shù)。

6.6.3 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

發(fā)送流程：定時器觸發(fā) → 發(fā)布SEND_DATA_REQ消息 →ble_client_sender處理 → 回調(diào)通知結(jié)果。

讀取流程：定時器觸發(fā) → 發(fā)送READ_REQ請求 →ble_client_main處理 → 結(jié)果通過事件返回。

七、結(jié)果展示

7.1 中心設(shè)備訂閱外圍設(shè)備特征通知（Notify）

1、中心設(shè)備端實現(xiàn)

在 ble_client_main.lua 文件中，在ble.EVENT_GATT_DONE事件觸發(fā)后，開啟 notify 監(jiān)聽，監(jiān)聽外圍設(shè)備指定服務(wù)和特征值的通知，中心設(shè)備收到 notify 數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過 uart1 發(fā)送到 PC 端。開啟監(jiān)聽的主要 demo 如下：

2、外圍設(shè)備端要求

服務(wù) UUID 和特征 UUID 需要和上面中心設(shè)備端實現(xiàn)的一致，同時特征 UUID 的屬性需包含 NOTIFY，才能正常通信。

服務(wù) UUID:FA00，特征 UUID:EA01。

3、結(jié)果展示

7.2 中心設(shè)備寫入特征值（Write）

1、中心設(shè)備端實現(xiàn)

ble_timer_app.lua 中，啟動 5 秒的循環(huán)定時器，發(fā)布SEND_DATA_REQ消息到 ble_client_sender 模塊，ble_client_sender 模塊訂閱到消息后，開始調(diào)用 write_value 向外圍設(shè)備特征值寫入數(shù)據(jù)，關(guān)鍵發(fā)送部分 demo 如下所示：

2、外圍設(shè)備端要求

服務(wù) UUID 和特征 UUID 需要和上面中心設(shè)備端實現(xiàn)的一致，同時特征 UUID 的屬性需包含 WRITE。

服務(wù) UUID:FA00，特征 UUID:EA02。

觸發(fā) ble.EVENT_WRITE 事件，接收到寫請求并通過 luatools 打印出來。

3、結(jié)果展示

7.3 中心設(shè)備讀取特征值（Read）

1、中心設(shè)備端實現(xiàn)

ble_timer_app.lua 中，啟動 5 秒的循環(huán)定時器，發(fā)送READ_REQ請求，ble_client_main 模塊收到請求后通過 read_value 開始讀取外圍設(shè)備特征值數(shù)據(jù)，讀取成功后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給 ble_client_receiver 模塊處理，關(guān)鍵 demo 如下所示：

2、外圍設(shè)備端要求

服務(wù) UUID 和特征 UUID 需要和上面中心設(shè)備端實現(xiàn)的一致，同時特征 UUID 的屬性需包含 READ。

服務(wù) UUID:FA00，特征 UUID:EA03。

3、結(jié)果展示

八、總結(jié)

本篇文檔介紹了 Air8000 的 BLE central 模式，通過兩個 Air8000 核心板：一個作中心設(shè)備，一個作外圍設(shè)備，演示了 BLE 中心設(shè)備三大核心操作：

1）訂閱通知（Notify）：自動獲取外圍設(shè)備推送的數(shù)據(jù)，

2）寫入特征值（Write）：用于發(fā)送控制指令，要求外圍設(shè)備特征支持 WRITE 屬性；

3）讀取特征值（Read）：主動獲取外圍設(shè)備狀態(tài)，需外圍設(shè)備開放 READ 權(quán)限。

三種操作均需中心設(shè)備和外圍設(shè)備的服務(wù)/特征 UUID 嚴(yán)格匹配。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇