在資源受限的無線終端設(shè)備中，如何實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的BLE通信是開發(fā)關(guān)鍵。LuatOS憑借其低內(nèi)存占用、高可擴(kuò)展性與腳本化開發(fā)優(yōu)勢(shì)，成為眾多開發(fā)者構(gòu)建BLE應(yīng)用的首選平臺(tái)。本文面向初學(xué)者與中級(jí)開發(fā)者，全面介紹LuatOS中BLE模塊的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋角色定義（主機(jī)/從機(jī)）、服務(wù)配置、特征值操作與事件回調(diào)機(jī)制，并通過一個(gè)完整的溫濕度數(shù)據(jù)上報(bào)案例，逐步演示應(yīng)用開發(fā)全過程。

一、BLE總體介紹

1.1 什么是BLE(Bluetooth Low Energe)?

藍(lán)牙低功耗，通?？s寫為 BLE，是藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟設(shè)計(jì)的一種個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，旨在提供顯著降低的功耗、成本和復(fù)雜性，同時(shí)保持可比的通信范圍。

與傳統(tǒng)經(jīng)典藍(lán)牙相比，BLE并非專注于傳輸高數(shù)據(jù)量的內(nèi)容（如音頻流、大文件），而是為間歇性、小數(shù)據(jù)量的傳輸應(yīng)用而優(yōu)化。這使得它非常適合那些需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在紐扣電池或小型電池上的設(shè)備。

應(yīng)用場(chǎng)景舉例：

經(jīng)典藍(lán)牙：

1、藍(lán)牙耳機(jī)/音箱

場(chǎng)景：你用無線耳機(jī)聽音樂、看視頻、打電話。

為什么是經(jīng)典藍(lán)牙：因?yàn)橐纛l流需要持續(xù)、高速、低延遲的傳輸，才能保證聲音連貫不卡頓。

2、車載藍(lán)牙系統(tǒng)

場(chǎng)景：你一上車，手機(jī)就自動(dòng)連接到汽車，可以播放手機(jī)里的音樂，或者進(jìn)行免提通話。

為什么是經(jīng)典藍(lán)牙：和耳機(jī)一樣，傳輸?shù)氖菍?shí)時(shí)的音頻流，對(duì)穩(wěn)定性和速度要求高。

3、藍(lán)牙文件傳輸

場(chǎng)景：兩個(gè)人之間不用網(wǎng)絡(luò)，直接通過手機(jī)“藍(lán)牙”功能分享照片、視頻或文檔。

為什么是經(jīng)典藍(lán)牙：傳輸?shù)奈募赡鼙容^大，需要較高的傳輸速率。

4、無線鍵盤、鼠標(biāo)和手柄

場(chǎng)景：連接電腦的無線鍵盤鼠標(biāo)，或者連接手機(jī)/游戲機(jī)的藍(lán)牙游戲手柄。

為什么是經(jīng)典藍(lán)牙：雖然數(shù)據(jù)量不大，但它們需要保持持續(xù)連接和極低的延遲，以確保你每次按鍵、移動(dòng)鼠標(biāo)或操作手柄的指令都能被即時(shí)響應(yīng)。

低功耗藍(lán)牙BLE:

1、共享單車開鎖

場(chǎng)景：你用手機(jī)App掃碼后，單車鎖“滴”一聲就打開了。

為什么是BLE：開鎖過程只需要手機(jī)向車鎖發(fā)送一個(gè)極小的加密指令包，傳輸瞬間完成，車鎖的電池需要支撐數(shù)月。

2、智能手環(huán)/手表

場(chǎng)景：你的小米手環(huán)或Apple Watch記錄了你一天的步數(shù)、心率和睡眠數(shù)據(jù)。

為什么是BLE：設(shè)備本身通過小型電池供電，需要續(xù)航數(shù)周。它持續(xù)采集你的健康數(shù)據(jù)（小數(shù)據(jù)包），只在當(dāng)你打開手機(jī)App同步時(shí)，才通過BLE將積攢的數(shù)據(jù)批量發(fā)送到手機(jī)上。

3、藍(lán)牙防丟器

場(chǎng)景：你把一個(gè)Tile或AirTag掛在鑰匙上，當(dāng)鑰匙找不到時(shí)，用手機(jī)讓防丟器發(fā)出聲音。

為什么是BLE：防丟器絕大部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)你“尋找”它時(shí)，手機(jī)通過BLE發(fā)送一個(gè)指令喚醒它，它再回應(yīng)一個(gè)信號(hào)。這種間歇性工作模式讓它的紐扣電池能用一年多。

4、物聯(lián)網(wǎng)傳感器

場(chǎng)景：家里的溫濕度計(jì)、門窗傳感器、智能燈泡。

為什么是BLE：溫度傳感器每隔幾分鐘才上報(bào)一次數(shù)據(jù)（幾個(gè)字節(jié)）；門窗傳感器只有在開/關(guān)狀態(tài)變化時(shí)才發(fā)送信號(hào)。它們都由電池供電，需要BLE的低功耗特性來保證較長(zhǎng)的續(xù)航。

1.2 BLE的發(fā)展歷史

BLE的發(fā)展與藍(lán)牙技術(shù)的整體演進(jìn)緊密相連。其歷史可以看作是為了滿足物聯(lián)網(wǎng)需求而專門開辟和不斷優(yōu)化的一條技術(shù)路徑。

1、1998-2010：前BLE時(shí)代（經(jīng)典藍(lán)牙主導(dǎo)）

說明：經(jīng)典藍(lán)牙（Bluetooth Classic）專注于連續(xù)數(shù)據(jù)流應(yīng)用，如音頻和文件傳輸。功耗較高，不適合物聯(lián)網(wǎng)傳感器。

2、2010：革命性的起點(diǎn) - 藍(lán)牙4.0

說明：藍(lán)牙4.0核心規(guī)范發(fā)布，首次引入了“藍(lán)牙低功耗”技術(shù)。這是一個(gè)里程碑，它創(chuàng)建了兩種并行的技術(shù)：經(jīng)典藍(lán)牙和藍(lán)牙低功耗。藍(lán)牙4.0芯片分為三種類型：

單模：僅支持BLE。

雙模：同時(shí)支持經(jīng)典藍(lán)牙和BLE。

經(jīng)典：僅支持經(jīng)典藍(lán)牙。

影響：催生了第一批真正的低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如心率帶、智能標(biāo)簽等。

3、2013：同互聯(lián)網(wǎng)融合 - 藍(lán)牙4.1

說明：藍(lán)牙與互聯(lián)網(wǎng)無縫銜接，推動(dòng)智能家居發(fā)展。

支持IPv6直接聯(lián)網(wǎng)

設(shè)備可同時(shí)作為主/從機(jī)

單包容量23字節(jié)（廣播包仍31字節(jié)）

4、2014：速度與連接的提升 - 藍(lán)牙4.2

說明：此版本帶來了關(guān)鍵改進(jìn)：

數(shù)據(jù)傳輸速度提升：將發(fā)送數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度擴(kuò)展，單包容量255字節(jié)，提升數(shù)據(jù)傳輸速度。

隱私與安全增強(qiáng)：提供了更強(qiáng)大的加密和隱私保護(hù)。

5、2016：物聯(lián)網(wǎng)的基石 - 藍(lán)牙5.0

說明：這是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的一次巨大飛躍，主要特性包括：

BLE速度翻倍至2 Mbps，是BLE 4.2的兩倍

理論距離240米（室外）

Mesh網(wǎng)絡(luò)支持

6、2019-2020：專注定向與高精度 - 藍(lán)牙5.1 & 5.2

說明：

藍(lán)牙5.1：引入了尋向功能，通過測(cè)量信號(hào)相位，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度的室內(nèi)定位，解決了“在哪里”的問題。

藍(lán)牙5.2：引入了LE Audio的核心——低功耗同步信道，為下一代藍(lán)牙音頻奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)提升了多設(shè)備連接效率和功耗控制。

7、2021-2023：音頻革命與未來 - 藍(lán)牙5.3 & 5.4

說明：

持續(xù)優(yōu)化：藍(lán)牙5.3/5.4進(jìn)一步優(yōu)化了連接穩(wěn)定性、延遲和安全性。

LE Audio：基于藍(lán)牙5.2及更高版本，它使用全新的LC3編碼器，在更低功耗下提供更高質(zhì)量的音頻，并支持廣播音頻（如助聽器、多人共享音頻）等創(chuàng)新應(yīng)用。

Mesh網(wǎng)絡(luò)：雖然規(guī)范更早推出，但正隨著BLE的普及而廣泛應(yīng)用，允許成千上萬個(gè)設(shè)備組成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，用于智能樓宇、工業(yè)控制等場(chǎng)景。

8、2024： 藍(lán)牙6.0

說明：

引入Bluetooth Channel Sounding，通過RTT(round-trip time) 和 PBR(phase-based ranging)技術(shù)（類似蘋果的UWB），能夠準(zhǔn)確測(cè)量藍(lán)牙設(shè)備間的物理距離。

二、BLE協(xié)議棧介紹

在開始講LuatOS的BLE之前，先大概了解下BLE的協(xié)議棧。

2.1 BLE低功耗協(xié)議棧介紹

BLE協(xié)議棧主要用來對(duì)你的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行層層封包，以生成一個(gè)滿足BLE協(xié)議的空中數(shù)據(jù)包。也就是說，把應(yīng)用數(shù)據(jù)包裹在一系列的幀頭（header）和幀尾（tail）中。

藍(lán)牙協(xié)議規(guī)定了兩個(gè)層次的協(xié)議，分別是：

（1）藍(lán)牙核心協(xié)議（Bluetooth Core）

這是藍(lán)牙技術(shù)的基礎(chǔ)，規(guī)定了從無線電波收發(fā)到數(shù)據(jù)鏈路管理的所有底層技術(shù)細(xì)節(jié)。它確保了不同廠商設(shè)備之間的基本互聯(lián)互通。核心協(xié)議層通常又分為控制器（Controller） 和主機(jī)（Host） 兩個(gè)子部分。

（2）藍(lán)牙應(yīng)用層協(xié)議（Bluetooth Application）

建立在核心協(xié)議之上，定義了如何利用核心協(xié)議來實(shí)現(xiàn)具體的功能和服務(wù)。例如，心率監(jiān)測(cè)、血壓計(jì)、鍵盤鼠標(biāo)等具體應(yīng)用場(chǎng)景的規(guī)范。

2.2 BLE低功耗藍(lán)牙核心協(xié)議層詳解（Bluetooth Core）

2.2.1 物理層（PHY）

PHY層用來指定BLE所用的無線頻段，調(diào)制解調(diào)方式和方法等。

藍(lán)牙工作在2.4GHz的頻段，具體的頻段范圍是2400MHz到2483.5MHz，頻段寬度為83.5MHz。BLE將這83.5MHz的寬度分成了0到39共40個(gè)通道，每一個(gè)通道寬度為2MHz。

下面我們看下藍(lán)牙的波形圖：

其中廣播通道為37/38/39，對(duì)應(yīng)的中心頻率分別為2402MHz，2426MHz，2480MHz。BLE在廣播的時(shí)候會(huì)輪流使用這3個(gè)廣播通道進(jìn)行廣播。

數(shù)據(jù)通道為0-36，專門用于在設(shè)備連接建立之后，傳輸用戶數(shù)據(jù)和命令。

從圖中可以看到BLE的3個(gè)廣播通道并不是連續(xù)的，這三個(gè)信道和藍(lán)牙廣播關(guān)系密切，用于設(shè)備被發(fā)現(xiàn)。

為什么不是連續(xù)的？

這就需要看下wifi的信道劃分了，wifi同樣也是工作在2.4GHz頻段下，如果BLE處理不當(dāng)，自然會(huì)被wifi影響。

下面我們來詳細(xì)分析Wi-Fi如何影響B(tài)LE，以及BLE的應(yīng)對(duì)策略。

Wi-Fi 對(duì)BLE的影響機(jī)制

根本原因在于頻段重疊：

BLE： 工作在 2.400 - 2.4835 GHz，使用 40 個(gè) 2MHz 寬的信道。

Wi-Fi（2.4GHz）： 同樣工作在 2.412 - 2.472 GHz（通常），使用 20MHz 或 40MHz 寬的信道。

可以想象一下，Wi-Fi的一個(gè)信道就像一條寬闊的八車道高速公路，而BLE的一個(gè)信道就像是其中的一條自行車道。當(dāng)Wi-Fi這條高速公路車流繁忙時(shí)，自然會(huì)影響到在旁邊自行車道上行駛的BLE。

具體來說：

1、物理信道重疊：

Wi-Fi的1, 6, 11這三個(gè)最常用的非重疊信道，會(huì)覆蓋一大片BLE的信道。

例如，Wi-Fi信道1（中心頻率2.412 GHz）會(huì)干擾BLE的數(shù)據(jù)信道0到10。

Wi-Fi信道6（中心頻率2.437 GHz）會(huì)干擾BLE中間部分的數(shù)據(jù)信道。

Wi-Fi信道11（中心頻率2.462 GHz）會(huì)干擾BLE的數(shù)據(jù)信道22到36。

2、影響類型：

數(shù)據(jù)包丟失： BLE數(shù)據(jù)包在傳輸過程中被Wi-Fi信號(hào)淹沒，導(dǎo)致接收端無法正確解碼。

連接中斷： 如果數(shù)據(jù)包持續(xù)丟失，可能導(dǎo)致連接超時(shí)而斷開。

廣播受阻： 設(shè)備更難被發(fā)現(xiàn)或連接，因?yàn)閺V播信道（特別是38）可能被干擾。

功耗增加： 為了補(bǔ)償丟失的數(shù)據(jù)包，設(shè)備需要更頻繁地重傳數(shù)據(jù)，從而增加了功耗。

BLE的應(yīng)對(duì)策略（為什么影響通常不大）

1、自適應(yīng)跳頻【藍(lán)牙跳頻（Frequency Hopping）技術(shù)）】

藍(lán)牙技術(shù)使用跳頻擴(kuò)頻（FHSS）來避免干擾和多徑衰減。跳頻是指藍(lán)牙設(shè)備在通信過程中，按照一定的序列在不同的信道之間快速切換。這樣，即使某個(gè)信道受到干擾，也可以在其他信道上繼續(xù)通信，從而保證整體的通信質(zhì)量。

這是BLE對(duì)抗Wi-Fi干擾的方式。在連接狀態(tài)下，BLE主從設(shè)備會(huì)在37個(gè)數(shù)據(jù)信道上快速切換。

它們會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)每個(gè)信道的通信質(zhì)量。如果一個(gè)信道（比如被Wi-Fi信道6占據(jù)的區(qū)域）頻繁出錯(cuò)，系統(tǒng)會(huì)將其標(biāo)記為“壞信道”，并在未來的跳頻序列中自動(dòng)避開。

這樣，即使有40%的信道被Wi-Fi干擾，通信依然可以通過剩下60%的干凈信道可靠進(jìn)行。

2、廣播信道的巧妙設(shè)計(jì)

BLE的3個(gè)廣播信道（37, 38, 39）被特意安排在2.4GHz頻段的兩端和正中間。

這個(gè)設(shè)計(jì)就是為了最大化地避開Wi-Fi最常用的1、6、11信道。 - 信道37（2402MHz）： 在Wi-Fi信道1的左側(cè)，基本安全。 - 信道39（2480MHz）： 在Wi-Fi信道11的右側(cè)，基本安全。 - 信道38（2426MHz）： 位于Wi-Fi信道1和6之間，是最容易受到干擾的廣播信道。

廣播時(shí)，設(shè)備會(huì)在三個(gè)信道上都發(fā)送數(shù)據(jù)，只要有一個(gè)被手機(jī)接收到，連接就能建立。這大大提高了在干擾環(huán)境下的發(fā)現(xiàn)概率。

2.2.2 鏈路層（LL）

LL 位于物理層（PHY）之上，主機(jī)控制器接口（HCI）之下，是 BLE 協(xié)議棧中負(fù)責(zé)報(bào)文組裝／拆解、時(shí)序控制、信道管理、狀態(tài)機(jī)切換、安全加密等的核心模塊。

鏈路層定義了兩個(gè)設(shè)備如何利用無線電傳輸信息。它包含了報(bào)文、廣播、數(shù)據(jù)信道的詳細(xì)定義，也規(guī)定了發(fā)現(xiàn)其他設(shè)備的流程、廣播的數(shù)據(jù)、連接的建立、連接的管理以及連接中的數(shù)據(jù)傳輸。

LL層只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)發(fā)出去或者收回來，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行怎樣的解析則交給上面的GAP或者ATT。

LL層收到的數(shù)據(jù)，主要交給 ATT 進(jìn)行解析，以服務(wù)于 GATT 定義的應(yīng)用邏輯。而 GAP 主要處理LL層上報(bào)的連接和廣播狀態(tài)事件，而非解析具體的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

主要功能：

廣播與掃描：支撐無連接的廣播通信。

建立與維護(hù)連接：完成從掃描→發(fā)起→連接確認(rèn)的流程，并維護(hù)連接事件。

數(shù)據(jù)交換：基于信道跳頻機(jī)制可靠傳輸 ACL 數(shù)據(jù)包。

安全管理：執(zhí)行加密、鑒權(quán)與隱私地址解析。

控制流程：實(shí)現(xiàn)連接參數(shù)更新、信道映射更新、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度擴(kuò)展等 LL Control PDUs。

LL層主要有5種狀態(tài)：

待機(jī)狀態(tài)（Standby State）

廣播狀態(tài)（Advertising State）

掃描狀態(tài)（Scanning State）

發(fā)起狀態(tài)（Initiating State）

連接狀態(tài)（Connection State）

下面我們?cè)敿?xì)解釋每個(gè)狀態(tài)：

1、待機(jī)狀態(tài)（Standby State）

這是鏈路層的默認(rèn)狀態(tài)，設(shè)備既不發(fā)送也不接收數(shù)據(jù)。

功耗最低，設(shè)備可以在此狀態(tài)下初始化或等待其他操作。

2、廣播狀態(tài)（Advertising State）

設(shè)備通過發(fā)送廣播報(bào)文來宣告自己的存在。

廣播報(bào)文可以包含設(shè)備地址、名稱、服務(wù)等信息。

設(shè)備可以配置為不同的廣播類型（如可連接廣播、非可連接廣播、可掃描廣播等）。

3、掃描狀態(tài)（Scanning State）

設(shè)備監(jiān)聽廣播報(bào)文，分為主動(dòng)掃描和被動(dòng)掃描。

被動(dòng)掃描：僅接收廣播報(bào)文，不發(fā)送掃描請(qǐng)求。

主動(dòng)掃描：在收到可掃描的廣播報(bào)文后，發(fā)送掃描請(qǐng)求以獲取更多信息（掃描響應(yīng)）。

4、發(fā)起狀態(tài)（Initiating State）

設(shè)備監(jiān)聽特定設(shè)備的廣播報(bào)文，并在收到后發(fā)起連接請(qǐng)求。

只有設(shè)備配置為發(fā)起模式時(shí)才會(huì)進(jìn)入此狀態(tài)。

5、連接狀態(tài)（Connection State）

當(dāng)發(fā)起設(shè)備發(fā)送連接請(qǐng)求并被廣播設(shè)備接受后，雙方進(jìn)入連接狀態(tài)。

在連接狀態(tài)下，設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備。

中心設(shè)備（Central）：發(fā)起連接的設(shè)備。

外圍設(shè)備（Peripheral）：接受連接的設(shè)備。

在連接狀態(tài)下，鏈路層會(huì)維護(hù)一個(gè)連接事件（Connection Events），在每個(gè)連接事件中，主設(shè)備和從設(shè)備可以進(jìn)行數(shù)據(jù)包的交換。連接事件按照連接間隔（Connection Interval）周期性地發(fā)生。

2.2.3 主機(jī)控制接口層（HCI）

HCI 是 Host-Controller Interface 的縮寫，即 “主機(jī)-控制器接口”。

它本質(zhì)上是一套軟件層面的規(guī)范和協(xié)議，定義了藍(lán)牙協(xié)議棧中兩個(gè)主要部分——主機(jī)（Host） 和控制器（Controller）——之間應(yīng)該如何通信。

Host 和 Controller 是什么？

要理解HCI，首先必須明白藍(lán)牙協(xié)議棧是如何分層的：

Controller：負(fù)責(zé)處理所有底層、實(shí)時(shí)性要求高的無線射頻任務(wù)。 - 包含協(xié)議層：物理層、鏈路層。 - 職責(zé)：管理無線電信號(hào)、調(diào)制解調(diào)、跳頻、數(shù)據(jù)包時(shí)序、廣播、掃描等。它直接與硬件打交道。

Host：負(fù)責(zé)處理所有高層、應(yīng)用邏輯相關(guān)的任務(wù)。 - 包含協(xié)議層：L2CAP、ATT、GATT、SM以及最終的應(yīng)用程序。 - 職責(zé)：管理連接、定義服務(wù)與特征、處理加密安全、為應(yīng)用程序提供API

2.2.4 邏輯鏈路控制及自適應(yīng)協(xié)議層（L2CAP）

L2CAP對(duì)LL進(jìn)行了一次簡(jiǎn)單封裝。LL層只關(guān)心傳輸?shù)臄?shù)據(jù)本身，L2CAP就要區(qū)分加密通道還是普通通道，同時(shí)還要對(duì)連接間隔進(jìn)行管理。

L2CAP是藍(lán)牙協(xié)議棧的“交通調(diào)度中心”和“數(shù)據(jù)包裝工”。 它位于基礎(chǔ)射頻協(xié)議之上，但低于應(yīng)用層協(xié)議（如ATT/GATT），充當(dāng)一個(gè)承上啟下的多路復(fù)用和數(shù)據(jù)適配層。

2.2.5 屬性協(xié)議層（ATT）

ATT全稱是Attribute protocol(數(shù)據(jù)交互協(xié)議)，這一層的關(guān)鍵詞是Attribute(屬性)。一個(gè)屬性其實(shí)就是一條數(shù)據(jù)，屬性是BLE數(shù)據(jù)提供單元，也是藍(lán)牙空中傳播數(shù)據(jù)的最上層。

ATT層定義了各種屬性，屬性的操作方法。通過ATT層可以讀寫對(duì)端設(shè)備的屬性，但是屬性之間有什么聯(lián)系、各個(gè)屬性怎么組合起來提供服務(wù)，由上層GATT負(fù)責(zé)。

屬性，是ATT層的關(guān)鍵字。

2.2.6 通用訪問配置文件層（GAP）

Generic Access Profile（通用訪問配置規(guī)范），主要用來進(jìn)行廣播、掃描和發(fā)起連接等。

GAP層將設(shè)備分為四種角色，分別是外圍設(shè)備，中心設(shè)備，廣播設(shè)備和觀察設(shè)備。

這些設(shè)備圍繞著廣播和連接的差異性而區(qū)分，外圍設(shè)備和廣播設(shè)備對(duì)外發(fā)出廣播數(shù)據(jù)，中心設(shè)備和觀察設(shè)備掃描外部廣播數(shù)據(jù)，廣播設(shè)備和觀察設(shè)備通常不建立連接，而外圍設(shè)備和中心設(shè)備可以建立連接。

圍繞著廣播和連接，GAP層定義了許多不同的"模式(mode)"，比如廣播模式和連接模式，在不同模式下的操作稱為“規(guī)程(procedure)”。

例如：當(dāng)一個(gè)設(shè)備正在進(jìn)行廣播時(shí)，稱其為"廣播模式"。廣播往往會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，也許是該設(shè)備唯一用途。而當(dāng)一個(gè)設(shè)備正在尋找廣播者時(shí)，稱其為"觀察規(guī)程"。觀察往往持續(xù)一段較短時(shí)間，用以構(gòu)建用戶界面或者尋找需要的指定信息。

2.2.7 通用屬性配置文件層（GATT）

GATT(Generic Attribute Profile, 通用屬性規(guī)范)，自己本身不提供數(shù)據(jù)，而是將ATT層提供的屬性組合起來構(gòu)成的服務(wù)。GATT是建立連接后通信規(guī)范， 而藍(lán)牙是通過GAP建立通信的。

在BLE里，通過ATT層可以讀寫對(duì)端設(shè)備的屬性，但是屬性之間有什么聯(lián)系、各個(gè)屬性怎么組合起來提供服務(wù)，由上層GATT負(fù)責(zé)。

服務(wù)，是GATT層的關(guān)鍵字。

注意：

GATT 連接，必須先經(jīng)過GAP協(xié)議。

一旦兩個(gè)設(shè)備建立起了連接，GATT 就開始起作用了。

中心設(shè)備和外設(shè)需要雙向通信的話，唯一的方式就是建立GATT 連接。

GATT 定義兩個(gè)BLE設(shè)備通過服務(wù)（Service）和特征（Characteristic）進(jìn)行通信。

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(cè)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(jiǎn)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(shí)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：

1）可讀（Read）：允許客戶端讀取特征值（如讀取電池電量）。

2）可寫（Write）：允許客戶端寫入特征值（如設(shè)置設(shè)備參數(shù)）。

3）通知（Notification）：服務(wù)端主動(dòng)發(fā)送特征值更新（如心率變化時(shí)推送給手機(jī)）。

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(shí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了跨廠商設(shè)備的功能互認(rèn)（標(biāo)準(zhǔn) UUID）與廠商個(gè)性化功能的擴(kuò)展（自定義 UUID）

三、LuatOS BLE 的四種工作模式解析

在前面的章節(jié)中，我們介紹了 BLE 的背景以及基礎(chǔ)理論知識(shí)。若要深入了解其協(xié)議細(xì)節(jié)，讀者可參考其他專業(yè)的資料。

從本部分開始，我們將聚焦于 LuatOS 的實(shí)際開發(fā)，重點(diǎn)講解其支持的 四種核心 BLE 工作模式，并通過實(shí)例展示如何應(yīng)用。

3.1 模式解釋

外圍設(shè)備模式(peripheral)：設(shè)備會(huì)被掃描到, 并且可以被連接；

中心設(shè)備模式(central)：設(shè)備會(huì)掃描其他設(shè)備, 并且可以連接其他設(shè)備；

廣播者模式(ibeacon)：設(shè)備會(huì)周期性的廣播beacon信息, 可以被掃描到, 但一般不會(huì)被連接；

觀察者模式(scan)：設(shè)備會(huì)掃描其他設(shè)備, 但不會(huì)連接其他設(shè)備。

3.2 四種模式的基本流程

3.2.1外圍設(shè)備模式(peripheral)的基本流程(概要描述)

1、初始化藍(lán)牙框架

? bluetooth_device = bluetooth.init()

2、創(chuàng)建BLE對(duì)象

? local ble_device = bluetooth_device:ble(ble_callback)

3、創(chuàng)建GATT描述

? local att_db = {xxx}

4、創(chuàng)建廣播信息

? ble_device:adv_create(adv_data)

5、開始廣播

? ble_device:adv_start()

6、等待連接

7、在回調(diào)函數(shù)中處理連接事件, 如接收數(shù)據(jù), 發(fā)送數(shù)據(jù)等

3.2.2中心設(shè)備模式(central)的基本流程(概要描述)

1、初始化藍(lán)牙框架

bluetooth_device = bluetooth.init()

2、創(chuàng)建BLE對(duì)象

? local ble_device = bluetooth_device:ble(ble_callback)

3、掃描目標(biāo)BLE設(shè)備

? ble_device:scan_start()

4、建立與目標(biāo)設(shè)備的連接

? ble_device:connect(mac, add_type)

5、處理各類BLE事件（連接、斷開連接、掃描報(bào)告、GATT操作完成等）

3.2.3廣播者模式(ibeacon)的基本流程(概要描述)

1、初始化藍(lán)牙底層框架

? bluetooth_device = bluetooth.init()

2、創(chuàng)建BLE對(duì)象

? local ble_device = bluetooth_device:ble(ble_callback)

3、配置ibeacon廣播數(shù)據(jù)包

? 包含廠商特定數(shù)據(jù)格式,ibeacon類型標(biāo)識(shí)符

? 設(shè)置UUID、Major、Minor等關(guān)鍵參數(shù)

4、啟動(dòng)BLE廣播功能

? ble_device:adv_start()

3.2.4觀察者模式(scan)的基本流程(概要描述)

1、初始化藍(lán)牙框架

? bluetooth_device = bluetooth.init()

2、創(chuàng)建BLE對(duì)象

? local ble_device = bluetooth_device:ble(ble_callback)

3、開始掃描

? ble_device:scan_start()

4、在回調(diào)函數(shù)中處理掃描事件, 如接收設(shè)備信息等

5、按需停止掃描

? ble_device:scan_stop()

3.3 應(yīng)用場(chǎng)景

3.3.1 外圍設(shè)備+中心設(shè)備（連接模式）

設(shè)計(jì)框圖：

3.3.2 廣播者+觀察者（無連接模式）

設(shè)計(jì)框圖：

四、LuatOS上的BLE核心庫

4.1 常量詳解

4.1.1地址模式常量

ble.PUBLIC

4.1.2 特征屬性常量

ble.READ

ble.WRITE

ble.NOTIFY

ble.IND

ble.WRITE_CMD

4.1.3 事件類型常量

ble.EVENT_CONN

ble.EVENT_DISCONN

ble.EVENT_WRITE

ble.EVENT_READ_VALUE

ble.EVENT_SCAN_REPORT

ble.EVENT_GATT_ITEM

ble.EVENT_GATT_DONE

ble.EVENT_SCAN_STOP

4.1.4 廣播相關(guān)常量

ble.COMPLETE_LOCAL_NAME

ble.CHNLS_ALL

ble.CHNL_37

ble.CHNL_38

ble.CHNL_39

ble.FLAGS

ble.FLAGS 說明

在BLE中，標(biāo)志（flags）通常出現(xiàn)在廣播數(shù)據(jù)中，這些標(biāo)志用于指示設(shè)備的能力和可發(fā)現(xiàn)性等。

根據(jù)藍(lán)牙核心規(guī)范（Bluetooth Core Specification），廣播數(shù)據(jù)中的Flags字段是一個(gè)8位的位圖（bitmask），每個(gè)位代表特定的含義，以下是各個(gè)位的定義（從LSB到MSB）：

Bit 0: LE Limited Discoverable Mode（有限可發(fā)現(xiàn)模式）

Bit 1: LE General Discoverable Mode（通用可發(fā)現(xiàn)模式，設(shè)備持續(xù)可被發(fā)現(xiàn)）

Bit 2: BR/EDR Not Supported（不支持經(jīng)典藍(lán)牙）

Bit 3: Simultaneous LE and BR/EDR to Same Device Capable（同一設(shè)備同時(shí)支持BLE和經(jīng)典藍(lán)牙）

Bit 4: Simultaneous LE and BR/EDR to Different Devices Capable（支持同時(shí)連接不同設(shè)備的BLE和經(jīng)典藍(lán)牙）

Bit 5-7: 保留（Reserved）

注意：Bit 0和Bit 1不能同時(shí)被設(shè)置。如果同時(shí)設(shè)置，則視為無效。

Bit1和Bit2被設(shè)置時(shí)，F(xiàn)lags字段的值為0x06（二進(jìn)制0000 0110），

Bit2被設(shè)置時(shí)，F(xiàn)lags字段的值為0x04（二進(jìn)制0000 0100）。

ble.SERVICE_DATA

ble.MANUFACTURER_SPECIFIC_DATA

4.2 函數(shù)詳解

bluetooth.init()

功能

初始化藍(lán)牙框架

注意事項(xiàng)

必須在使用藍(lán)牙功能之前調(diào)用；

僅需要調(diào)用一次,若創(chuàng)建失敗, 會(huì)返回nil, 請(qǐng)檢查內(nèi)存是否足夠。

參數(shù)

無

返回值

local bluetooth_device = bluetooth.init()

bluetooth_device

示例

bluetooth_device:ble(ble_callback)

功能

創(chuàng)建一個(gè)BLE對(duì)象, 用于操作BLE設(shè)備

注意事項(xiàng)

必須在bluetooth.init()初始化成功后調(diào)用；

對(duì)象生命周期管理 ：BLE對(duì)象需要在整個(gè)操作周期內(nèi)保持有效，從初始化到最終釋放；

全局/模塊級(jí)變量推薦 ：為了確保對(duì)象在需要時(shí)始終可用，通常建議將BLE對(duì)象定義在合適的作用域中：

模塊級(jí)變量：適用于單個(gè)模塊內(nèi)部使用

全局變量：適用于跨模塊訪問

作為參數(shù)傳遞

參數(shù)

ble_callback

返回值

local ble_device = bluetooth_device:ble(ble_callback)

ble_device

示例

ble_device:scan_create(addr_mode,scan_interval,scan_window)

功能

創(chuàng)建一個(gè)BLE掃描

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

addr_mode

scan_interval

scan_window

返回值

local result = ble_device:scan_create(addr_mode,scan_interval,scan_window)

result

示例

ble_device:scan_start()

功能

開始BLE掃描

注意事項(xiàng)

掃描會(huì)一直進(jìn)行, 直到調(diào)用ble.scan_stop()停止掃描；

掃描到結(jié)果會(huì)觸發(fā)ble.EVENT_SCAN_REPORT事件，執(zhí)行通過bluetooth_device:ble(ble_callback)創(chuàng)建BLE對(duì)象時(shí)注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)；

掃描到同一個(gè)設(shè)備不會(huì)去重, 掃描到數(shù)據(jù)就會(huì)執(zhí)行回調(diào)。

參數(shù)

無

返回值

local result = ble_device:scan_start()

result

示例

ble_device:scan_stop()

功能

停止BLE掃描

注意事項(xiàng)

掃描會(huì)一直進(jìn)行, 直到調(diào)用ble.scan_stop()停止掃描。

參數(shù)

無

返回值

local result = ble_device:scan_stop()

result

示例

ble_device:connect(mac, addr_type)

功能

發(fā)起B(yǎng)LE連接請(qǐng)求

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

mac

addr_type

返回值

local result = ble_device:connect(mac, addr_type)

result

示例

ble_device:disconnect()

功能

發(fā)起B(yǎng)LE斷開連接請(qǐng)求

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

無

返回值

local result = ble_device:disconnect()

result

示例

ble_device:gatt_create(opts)

功能

創(chuàng)建一個(gè)BLE GATT服務(wù)

注意事項(xiàng)

確保UUID格式正確，且特征屬性使用正確的權(quán)限常量；

特征屬性必須是 ble.NOTIFY | ble.READ | ble.WRITE | ble.IND 的一種或多種組合；

參數(shù)

opts

返回值

local result = ble_device:gatt_create(opts)

result

示例

ble_device:adv_create(opts)

功能

創(chuàng)建一個(gè)BLE廣播

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

opts

返回值

local result = ble:adv_create(opts)

result

示例

ble_device:adv_start()

功能

開始廣播

注意事項(xiàng)

對(duì)于外圍設(shè)備模式, 如果被斷開了連接, 則需要重新開始廣播, 才能被重新搜索到

參數(shù)

無

返回值

local result = ble_device:adv_start()

result

示例

ble_device:adv_stop()

功能

主動(dòng)停止廣播

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

無

返回值

local result = ble_device:adv_stop()

result

示例

ble_device:write_notify(opts,value)

功能

寫入帶通知的特征值

注意事項(xiàng)

外圍設(shè)備使用，主動(dòng)向中心設(shè)備發(fā)送通知數(shù)據(jù)

參數(shù)

opts

value

返回值

local result = ble_device:write_notify(opts,value)

result

示例

ble_device:write_indicate(opts,value)

功能

寫入帶指示的特征值

注意事項(xiàng)

外圍設(shè)備使用，主動(dòng)向中心設(shè)備發(fā)送指示數(shù)據(jù)

參數(shù)

opts

value

返回值

local result = ble:write_indicate(opts,value)

result

示例

ble_device:write_value(opts,value)

功能

寫入特征值

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

opts

value

返回值

local result = ble_device:write_value(opts,value)

result

示例

ble_device:read_value(opts)

功能

讀取特征值

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

opts

返回值

local result = ble_device:read_value(opts)

result

示例

ble_device:notify_enable(opts,enable)

功能

開關(guān)通知監(jiān)聽

注意事項(xiàng)

中心設(shè)備使用，配置是否接收外圍設(shè)備發(fā)送的通知消息

參數(shù)

opts

enable

返回值

local result = ble_devie:notify_enable(opts,enable)

result

示例

ble_device:indicate_enable(opts,enable)

功能

開關(guān)指示監(jiān)聽

注意事項(xiàng)

中心設(shè)備使用，配置是否接收外圍設(shè)備發(fā)送的指示消息

參數(shù)

opts

enable

返回值

local result = ble_device:indicate_enable(opts,enable)

result

示例

ble_device:adv_decode(data)

功能

解碼廣播數(shù)據(jù)

注意事項(xiàng)

廣播數(shù)據(jù)通常來自于ble.EVENT_SCAN_REPORT 事件的ble_param.data

參數(shù)

data

返回值

local adv_data = ble_device:adv_decode(data)

adv_data

示例

ble.mac()

功能

獲取藍(lán)牙MAC

注意事項(xiàng)

無

參數(shù)

無

返回值

local mac = ble.mac

mac

示例

五、LuatOS上的BLE 應(yīng)用開發(fā)流程

本部分將深入一項(xiàng)具體實(shí)踐：在「外圍設(shè)備模式」下進(jìn)行 BLE 應(yīng)用開發(fā)。

5.1 總體設(shè)計(jì)框圖

5.2 分析項(xiàng)目代碼

這個(gè)ble peripheral demo中的readme文件，以及代碼中的注釋都比較詳細(xì)，接下來我用vscode直接打開這份demo項(xiàng)目代碼，和大家一起分析下項(xiàng)目代碼；

程序結(jié)構(gòu):

文件說明:

main.lua：主程序入口文件。

ble_peripheral_main.lua：ble 外圍設(shè)備主程序，進(jìn)行 ble 初始化，設(shè)置廣播內(nèi)容，處理各類 ble 事件（連接、斷開連接、寫入請(qǐng)求等）。

ble_peripheral_receiver.lua：BLE 外圍設(shè)備接收數(shù)據(jù)處理。

ble_peripheral_sender.lua：BLE 外圍設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)處理。

ble_timer_app.lua：ble 外圍設(shè)備定時(shí)器處理邏輯，啟動(dòng)兩個(gè)循環(huán)定時(shí)器，一個(gè)是以 notify 方式主動(dòng)向中心設(shè)備推送數(shù)據(jù)（需中心設(shè)備先開啟 notify 訂閱），另一個(gè)是使用 write 方式，更新特征值數(shù)據(jù)，中心設(shè)備需要主動(dòng)讀取特征值獲取最新數(shù)據(jù)。

ble_uart_app.lua：ble 外圍設(shè)備接 uart 處理邏輯，將收到的中心設(shè)備的寫入數(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(dòng)啟動(dòng)升級(jí)（需插入可聯(lián)網(wǎng)的 SIM 卡）

5.3 Air8000開發(fā)板上運(yùn)行演示這個(gè)項(xiàng)目

準(zhǔn)備硬件環(huán)境：

1、Air8000開發(fā)板一塊+2.4gwifi天線一根：

天線裝到開發(fā)板上

2、TYPE-C USB數(shù)據(jù)線一根 + USB轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線一根，Air8000開發(fā)板和數(shù)據(jù)線的硬件接線方式為：

Air8000開發(fā)板通過TYPE-C USB口供電；（外部供電/USB供電 撥動(dòng)開關(guān) 撥到 USB供電一端）

TYPE-C USB數(shù)據(jù)線直接插到核心板的TYPE-C USB座子，另外一端連接電腦USB口；

六、BLE外圍設(shè)備模式常見問題分析

6.1 燒錄示例demo后，無法搜到藍(lán)牙

Air8000

1、首先檢查demo，固件是否是最新的，若不是則需更新的最新的版本測(cè)試，若已經(jīng)是最新的，看第2步

2、luatools日志全局搜 AIRLINK_READY，查看WIFI固件版本打?。ㄒ?yàn)锳ir8000的藍(lán)牙功能依賴WiFi協(xié)處理器）

version后面的數(shù)字代表的是wifi固件的版本，目前最新發(fā)布的是14。

如果不是最新的14，此時(shí)需要升級(jí)wifi固件，目前有兩種wifi的升級(jí)方式，可自由選擇：

（1）4g遠(yuǎn)程升級(jí)wifi

在示例demo中的main.lua中，會(huì)有下面這句話，打開require "check_wifi"即可通過4g升級(jí)wifi，不過注意要插上能夠正常上網(wǎng)的sim卡。

（2）本地線刷升級(jí)wifi

參考下面這篇文檔，進(jìn)行線刷升級(jí)wifi固件

https://docs.openluat.com/air8000/luatos/app/updatwifi/update/

若升級(jí)好后，測(cè)試依舊有問題，請(qǐng)向技術(shù)人員反饋。

Air8101

首先檢查demo，固件是否 都是最新的，若不是則需更新demo以及固件版本測(cè)試；若檢查已經(jīng)是最新的還是測(cè)試有問題，請(qǐng)向我們技術(shù)人員反饋。

6.2 使用Air8000/Air8101 作為外圍設(shè)備，向已經(jīng)建立連接的手機(jī)藍(lán)牙調(diào)試軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)手機(jī)調(diào)試軟件接收到的數(shù)據(jù)不全。

原因：

MTU設(shè)置的問題，Air8000/Air8101支持的MTU默認(rèn)是256字節(jié)，如果手機(jī)上的藍(lán)牙調(diào)試軟件的MTU較小，會(huì)以小的為準(zhǔn)。

解決方案：

1、可以通過Air8000讀到對(duì)端藍(lán)牙設(shè)備的MTU大小，根據(jù)讀到的MTU的大小做分包處理即可。（讀取對(duì)端設(shè)備MTU的功能還在開發(fā)中）

2、調(diào)大對(duì)端藍(lán)牙設(shè)備的MTU。

七、LuatOS 上的中心設(shè)備模式應(yīng)用開發(fā)流程

7.1 前置知識(shí)了解

7.1.1 UUID

7.1.1.1 UUID 是什么？

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(shí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了跨廠商設(shè)備的功能互認(rèn)（標(biāo)準(zhǔn) UUID）與廠商個(gè)性化功能的擴(kuò)展（自定義 UUID）

藍(lán)牙協(xié)議通過 UUID 實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)化通信，使用藍(lán)牙對(duì)外提供服務(wù)的設(shè)備，需要有對(duì)應(yīng)的服務(wù)功能，服務(wù)是藍(lán)牙設(shè)備中功能劃分的單元，每個(gè)服務(wù)都對(duì)應(yīng)著一種特定的功能或數(shù)據(jù)傳輸需求。

例如，當(dāng)一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備（如智能手環(huán)）向外界廣播服務(wù)時(shí)，會(huì)攜帶對(duì)應(yīng)的 UUID，其他設(shè)備（如手機(jī)）通過識(shí)別這些 UUID，就能知道該設(shè)備提供哪些功能（如心率監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?，并建立針?duì)性的連接。

一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備可以包含多個(gè)服務(wù)（Service），每個(gè)服務(wù)通過一個(gè) UUID（服務(wù) UUID） 進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

每個(gè)服務(wù)下包含多個(gè)特征（Characteristic），每個(gè)特征都擁有一個(gè)獨(dú)立的 UUID（特征 UUID）作為其唯一標(biāo)識(shí)。

特征是最小的數(shù)據(jù)單元，我們通過讀寫特征來與設(shè)備交互。

1、服務(wù)（Service）

是什么：服務(wù)是藍(lán)牙設(shè)備功能的邏輯分組，類似于一個(gè)"功能模塊"。

例如：心率監(jiān)測(cè)服務(wù)、電池電量服務(wù)等。

作用：定義設(shè)備能做什么（如測(cè)量心率、監(jiān)控電量）。通過 UUID 唯一標(biāo)識(shí)。

示例：

2、特征（Characteristic）

是什么：特征是服務(wù)的子元素，是服務(wù)中的具體數(shù)據(jù)點(diǎn)，用于實(shí)際的數(shù)據(jù)讀寫操作。

例如：心率值、電池電量百分比。

作用：存儲(chǔ)具體數(shù)據(jù)（如 71 bpm）。通過 UUID 和 屬性（Properties） 定義操作權(quán)限（讀/寫/通知等）。

示例：

3、描述符（Descriptor）

是什么：描述符是特征的子元素，是特征的附加信息，用于細(xì)化特征的行為或配置。

例如：?jiǎn)⒂脭?shù)據(jù)通知、設(shè)置數(shù)據(jù)格式。

作用：配置特征的行為（如開啟實(shí)時(shí)通知）。補(bǔ)充描述特征（如單位、數(shù)據(jù)范圍）。

最常見描述符：。

Client Characteristic Configuration Descriptor (CCCD)

用于啟用/禁用特征的 NOTIFY 或 INDICATE 功能。

三者的層級(jí)關(guān)系：

實(shí)際示例（手環(huán)）：

7.1.1.2 UUID 的格式：

藍(lán)牙 UUID 的標(biāo)準(zhǔn)格式為 128 位，通常表示為 32 個(gè)十六進(jìn)制字符，以 8-4-4-4-12 的格式分組，共 36 個(gè)字符（包括 4 個(gè)連字符）：

格式：8-4-4-4-12

示例：0000180D-0000-1000-8000-00805F9B34FB

標(biāo)準(zhǔn) UUID：

由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（Bluetooth SIG）定義，用于常見服務(wù)。

標(biāo)準(zhǔn)的 UUID 為：0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB。

為了節(jié)省帶寬，標(biāo)準(zhǔn) UUID 通常使用 16 位或 32 位短格式，實(shí)際通信時(shí)自動(dòng)擴(kuò)展為 128 位。每一個(gè)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟定義的屬性有一個(gè)唯一的 16 位 UUID，以代替上面的基本 UUID 的‘x’部分。

若 16 bit UUID 為 xxxx，那么 128 bit UUID 為 0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB。

若 32 bit UUID 為 xxxxxxxx，那么 128 bit UUID 為 xxxxxxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB。

自定義 UUID:

用于私有服務(wù)或廠商特定功能，需開發(fā)者自行生成，通常使用 UUID 隨機(jī)生成器生成 128 位 UUID，確保全球唯一性

7.1.1.3 UUID 的分類

藍(lán)牙規(guī)定好的 uuid 如下：

0x180x 開頭 → 只能當(dāng) Service UUID

0x2Axx 開頭 → 只能當(dāng) Characteristic UUID

0x29xx 開頭 → 只能當(dāng) Descriptor UUID

0x180x 開頭 UUID（Service UUID）

0x180x 區(qū)間只能當(dāng) Service UUID。

0x2Axx 開頭 UUID（Characteristic UUID）

0x2Axx (0x2A00 – 0x2AFF) 區(qū)間只能當(dāng) Characteristic UUID。

0x29xx 開頭 UUID（Descriptor UUID）

0x29xx 開頭只能當(dāng) Descriptor UUID，即描述符 UUID。

這里僅介紹一個(gè)使用最頻繁的 UUID：0x2902

0x2902 - Client Characteristic Configuration（CCC，客戶端特征配置描述符）

這是一個(gè)可寫的描述符，允許客戶端設(shè)備（如手機(jī)、電腦）配置如何從服務(wù)器設(shè)備（BLE 外設(shè)）接收數(shù)據(jù)更新。主要用于啟用或禁用通知（Notifications） 和指示（Indications） 功能。

BLE 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)推送（如傳感器數(shù)據(jù)、狀態(tài)更新）都需要通過正確配置 0x2902 描述符來實(shí)現(xiàn)。

UUID 格式：

完整 UUID：00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb

縮寫：0x2902

類型：Descriptor（描述符）

有效值：

0xFFxx 開頭 UUID（Vendor Specific）

0xFF00 ~ 0xFFFF 區(qū)間為 SIG 的公共預(yù)留池（Vendor-Specific 區(qū)間） 任何廠商都可以臨時(shí)借用。

這個(gè)區(qū)間 SIG 作為公共預(yù)留區(qū)間，一般用作示例測(cè)試參考，屬于臨時(shí)方案，想要作為產(chǎn)品，要么去 SIG 申請(qǐng)正式分配，要么直接用 128-bit 自建 UUID。

注意事項(xiàng)：

1、整個(gè) 16-bit 空間都由 Bluetooth SIG 的官方文檔 《Assigned Numbers》統(tǒng)一管理

2、商用不要使用已存在的 UUID，可以用 128-bit 自定義 UUID，或者在 SIG 申請(qǐng)正式分配。

3、同一設(shè)備，不同特征 UUID 任何時(shí)候都不能一樣。

4、自定義的 128-bit UUID，服務(wù) UUID 可以和 特征 UUID 一樣，SIG 規(guī)定的 16-bit 的服務(wù)和特征值的 UUID 不能一樣。

7.1.2 Properties

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：

7.2 demo 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)框圖

demo 項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)框圖如下：

7.3 源碼分析

7.3.1 文件說明

1、main.lua：主程序入口文件。

2、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(bào)告、GATT 操作完成等）。

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

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

5、ble_timer_app.lua：BLE 中心設(shè)備定時(shí)器處理邏輯，啟動(dòng)兩個(gè)循環(huán)定時(shí)器，一個(gè)用于定時(shí)讀取外圍設(shè)備特征值 UUID 數(shù)據(jù)，一個(gè)用于定時(shí)向外圍設(shè)備特征值 UUID 發(fā)送數(shù)據(jù)。

6、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。

7、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(dòng)啟動(dòng)升級(jí)（需插入可聯(lián)網(wǎng)的 SIM 卡）

7.3.2 ble_client_main.lua

本文件為 ble client 主應(yīng)用功能模塊，整個(gè)應(yīng)用通過 sysplus.taskInitEx 啟動(dòng)主任務(wù)，實(shí)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：

7.3.2.1 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(shí)時(shí)間等）。

調(diào)用 ble_init()，初始化藍(lán)牙功能。

7.3.2.2 設(shè)備掃描與連接

創(chuàng)建并啟動(dòng) 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(shí)處理和重連機(jī)制。

7.3.2.3 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(bào)告（EVENT_SCAN_REPORT）

GATT 操作完成（EVENT_GATT_DONE）

讀取特征值完成（EVENT_READ_VALUE）

7.3.2.4 業(yè)務(wù)功能

GATT 服務(wù)發(fā)現(xiàn)完成后，自動(dòng)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(qǐng)求（READ_REQ）。

通過消息隊(duì)列與其他模塊通信。

7.3.2.5 異常處理

掃描超時(shí)或連接失敗時(shí)觸發(fā)異常處理。

斷開連接后自動(dòng)清理消息隊(duì)列并嘗試重連。

異常情況下 5 秒后重新開始掃描連接。

7.3.3 ble_client_receiver.lua

7.3.3.1 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(dòng)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(duì)列，供其他模塊處理。

7.3.3.2 核心實(shí)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(duì)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(duì)于主動(dòng)讀取到的數(shù)據(jù)，通過sys.publish("RECV_BLE_READ_DATA", ...)發(fā)布。

7.3.3.3 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

當(dāng)ble_client_main模塊接收到EVENT_READ_VALUE事件時(shí)，會(huì)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(duì)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)。

7.3.4 ble_client_sender.lua

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

7.3.4.1 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(qǐng)求。

隊(duì)列管理：維護(hù)發(fā)送隊(duì)列 send_queue，存儲(chǔ)待發(fā)送的數(shù)據(jù)項(xiàng)（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(duì)列中的數(shù)據(jù)，并通過回調(diào)通知發(fā)送結(jié)果。

7.3.4.2 核心實(shí)現(xiàn)

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

send_data_req_proc_func函數(shù)將請(qǐng)求數(shù)據(jù)加入發(fā)送隊(duì)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(duì)列數(shù)據(jù)。

send_item_func函數(shù)負(fù)責(zé)實(shí)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)。

7.3.4.3 事件處理

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

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

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

7.3.5 ble_uart_app.lua

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(yàn)。

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(shí)際數(shù)據(jù)）格式化后通過 UART1 發(fā)送到 PC 端。

7.3.6 ble_timer_app

7.3.6.1 主要功能

創(chuàng)建兩個(gè)獨(dú)立的 5 秒循環(huán)定時(shí)器

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

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

7.3.6.2 核心實(shí)現(xiàn)

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

實(shí)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)定時(shí)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(qǐng)求到 ble_client_main 模塊。

啟動(dòng)兩個(gè) 5 秒循環(huán)定時(shí)器，分別綁定上述兩個(gè)回調(diào)函數(shù)。

7.3.6.3 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

發(fā)送流程：定時(shí)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(shí)器觸發(fā) → 發(fā)送READ_REQ請(qǐng)求 →ble_client_main處理 → 結(jié)果通過事件返回。

7.4 日志分析

接下來用兩個(gè) Air8000 核心板，一個(gè)燒錄外圍設(shè)備的 demo，另一個(gè)燒錄中心設(shè)備的 demo，來演示中心設(shè)備如何讀，寫操作。

1、中心設(shè)備訂閱外圍設(shè)備特征通知（Notify）

2、中心設(shè)備寫入特征值（Write）

3、中心設(shè)備主動(dòng)讀取特征值數(shù)據(jù)（Read）

八、LuatOS 上的廣播模式應(yīng)用開發(fā)流程

8.1 前置知識(shí)了解

8.1.1 ibeacon 介紹

1、ibeacon 技術(shù)是 Apple 公司在 2013 年 9 月發(fā)布的一種基于 BLE 藍(lán)牙的通信協(xié)議，主要用于短距離傳送少量數(shù)據(jù)。

它通過周期性廣播包含唯一標(biāo)識(shí)符（UUID、Major、Minor）的數(shù)據(jù)包，使智能設(shè)備在接收信號(hào)后，結(jié)合信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）估算距離，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位、場(chǎng)景觸發(fā)等功能。

2、ibeacon 規(guī)定了一個(gè) 30 個(gè)字節(jié)的廣播包。其中需要重點(diǎn)解析的是后21 個(gè)字節(jié)（即從 UUID 開始），此前字節(jié)重在標(biāo)識(shí)是否為 ibeacon 協(xié)議。

ibeacon 廣播數(shù)據(jù)包的完整格式如下：

一個(gè) 30 字節(jié)的完整的 iBeacon 可做如下拆解：

AD Structure1（Advertising Data Structure）

長(zhǎng)度字段（1 字節(jié)）：此處一般為 0x02（即十進(jìn)制 2），表示該 AD Structure 后續(xù)數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù)

類型字段（1 字節(jié)）：0x01（Flags，廣播標(biāo)志位）

數(shù)據(jù)（1 字節(jié)）：0x06（Flags 的值，表示可被發(fā)現(xiàn)且支持 BLE 通用模式，F(xiàn)lags 見 7.2 章節(jié)）

AD Structure2

長(zhǎng)度字段（1 字節(jié)）：此處一般為 0x1A（即十進(jìn)制 26）表示后續(xù)數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù)

類型字段（1 字節(jié)）：固定為 0xFF，表示廠商特定數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)（此處為公司標(biāo)識(shí)符）（2 字節(jié)）：蘋果的公司 ID 為 0x004C（小端存儲(chǔ)為 0x4C 0x00）。

iBeacon 有效載荷（仍屬于 AD Structure2）

iBeacon 類型標(biāo)識(shí)符（1 字節(jié)）：固定為 0x02，表示子類型為 iBeacon

iBeacon 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（1 字節(jié)）：固定為 0x15,表示 ibeacon 后續(xù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 21 字節(jié)后續(xù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為需要重點(diǎn)解析的 21 字節(jié)

Proximity UUID（16 字節(jié)）：設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)符（如 UUID）。

Major（2 字節(jié)）：用于區(qū)分區(qū)域（如建筑樓層）。

Minor（2 字節(jié)）：用于更細(xì)粒度的定位（如具體房間）。

Tx Power（1 字節(jié)）：校準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度的參考值（RSSI at 1m）。

AD Structures 是什么？

在 BLE 協(xié)議中，設(shè)備通過廣播包（Advertising Packet）向外發(fā)送數(shù)據(jù)。

一個(gè)廣播包可能包含多個(gè) AD Structure（Advertising Data Structure），每個(gè) AD Structure 用于描述不同的信息（例如設(shè)備名稱、服務(wù) UUID、廠商數(shù)據(jù)等）。

每個(gè) AD Structure 的格式固定為：

[長(zhǎng)度（1字節(jié)）] + [類型（1字節(jié)）] + [數(shù)據(jù)（N字節(jié)）]

長(zhǎng)度字段（1 字節(jié)）：表示類型 + 數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù)（即類型1字節(jié) + 數(shù)據(jù)N字節(jié)）。

類型字段（1 字節(jié)）：定義數(shù)據(jù)的用途（例如0xFF表示廠商數(shù)據(jù)，0x09表示設(shè)備名稱）。

數(shù)據(jù)字段（N 字節(jié)）：具體內(nèi)容，長(zhǎng)度由長(zhǎng)度字段-1決定（因?yàn)轭愋驼?1 字節(jié)）。

AD Structure 的解析規(guī)則：

順序無關(guān)：AD Structure 的順序不固定。

長(zhǎng)度限制：總長(zhǎng)度不超過 31 字節(jié)（若為擴(kuò)展廣播，可更長(zhǎng)，但 iBeacon 不支持）。

類型唯一性：同一類型可能重復(fù)出現(xiàn)（例如多個(gè)廠商數(shù)據(jù)塊）。

在解析時(shí)，可以通過以下步驟遍歷所有 AD Structure：

從廣播包首字節(jié)開始。

讀取長(zhǎng)度字段（1 字節(jié)），確定當(dāng)前 AD Structure 的總長(zhǎng)度（包括類型和數(shù)據(jù)）。

讀取類型字段（1 字節(jié)），判斷數(shù)據(jù)類型。

根據(jù)類型，處理后續(xù)數(shù)據(jù)。

常見 AD Structure 類型對(duì)照表:

其中標(biāo)志位，長(zhǎng)度，類型我們不需要處理，我們只需要關(guān)注 ibeacon 的有效載荷部分，接下來詳細(xì)介紹下這部分字段內(nèi)容：

廠商標(biāo)識(shí)符(2 字節(jié))：是藍(lán)牙技術(shù)中用于唯一標(biāo)識(shí)設(shè)備制造商或品牌方的 2 字節(jié)（16 位）編碼，范圍是0x0000~0xFFFF（即 0~65535），它的核心作用是區(qū)分不同廠商的藍(lán)牙設(shè)備，確保數(shù)據(jù)解析和兼容性。

ibeacon 類型標(biāo)識(shí)符(1 字節(jié))：固定為 0x02， 表示子類型為 ibeacon。

ibeacon 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（1 字節(jié)）：固定為 0x15，表示 ibeacon 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 21 字節(jié)。

Proximity UUID(16 字節(jié))：通用唯一標(biāo)識(shí)符。

這是一個(gè) 128 位（16 字節(jié)）的唯一標(biāo)識(shí)符，用于區(qū)分你所在的 iBeacon 網(wǎng)絡(luò)。 例如，一個(gè)商店的所有 iBeacon 可以使用同一個(gè) UUID，這樣你的應(yīng)用就可以知道用戶進(jìn)入了該商店區(qū)域。 通常，一個(gè)組織或一個(gè)應(yīng)用使用同一個(gè) UUID，然后通過 Major 和 Minor 來進(jìn)一步細(xì)分區(qū)域和設(shè)備。

Major(2 字節(jié))：主標(biāo)識(shí)，用于區(qū)分同一組織（UUID 相同）下的不同區(qū)域或組別。

Major 是一個(gè) 16 位的無符號(hào)整數(shù)，用于將一組相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行分組。 例如，一個(gè)連鎖商店的每個(gè)分店可以使用相同的 Major 值，這樣應(yīng)用就知道用戶進(jìn)入了哪個(gè)分店。

Minor(2 字節(jié))：次標(biāo)識(shí)，用于在同一個(gè) Major 組內(nèi)進(jìn)行更細(xì)粒度的區(qū)分。

Minor 也是一個(gè) 16 位的無符號(hào)整數(shù)，用于標(biāo)識(shí)特定的 iBeacon。 例如，在一個(gè)分店內(nèi)，每個(gè)貨架或區(qū)域可以有一個(gè)唯一的 Minor 值。這樣，應(yīng)用就可以知道用戶接近哪個(gè)具體的貨架。

Signal Power(1 字節(jié))：校準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度的參考值，單位 dBm。（該位為 8 位有符號(hào)數(shù)據(jù)，范圍為-128 到 127，最高位是符號(hào)位）

這個(gè)字段是 8 位有符號(hào)整數(shù)，表示在距離 iBeacon 設(shè)備 1 米處測(cè)量到的信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）。這個(gè)值用于校準(zhǔn)，幫助估算與設(shè)備之間的實(shí)際距離。設(shè)備接收到信標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）后，與這個(gè)校準(zhǔn)值進(jìn)行比較，通過信號(hào)衰減模型來估算距離。 例如：0xC0 對(duì)應(yīng)-64dBm

十六進(jìn)制 0xC0 的二進(jìn)制表示為 11000000

作為有符號(hào)整數(shù)，最高位 1 表示負(fù)數(shù)

取反加 1 計(jì)算補(bǔ)碼值：01000000 = 64

因此，0xC0 對(duì)應(yīng)十進(jìn)制-64

注：

1、如何獲取廠商標(biāo)識(shí)符？

（1）向藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）直接申請(qǐng)。

（2）使用已授權(quán)廠商的 ID，申請(qǐng)得到其授權(quán)。

2、Signal Power 是 8 位有符號(hào)整數(shù)，例如：0xC0 的二進(jìn)制表示是 1100 0000，最高位 1 代表負(fù)數(shù)，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制是-64。

3、廠商標(biāo)識(shí)符是按照小端序存儲(chǔ)的，例如：Apple 的公司 ID 是0x004C（大端序），但在藍(lán)牙數(shù)據(jù)包中按規(guī)范存儲(chǔ)為4C 00（小端序）。

注意：Apple 的 ID 是 0x004C，但是 demo 中需按照 0x4C，0x00 的方式寫入存儲(chǔ)。

原因：在 BLE 協(xié)議中，公司 ID 按照小端序存儲(chǔ)。

大端序：高位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，低位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址，0x004C在大端序中存儲(chǔ)為00 4C

小端序：高位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址，低位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，0x004C 在小端序中存儲(chǔ)為4C 00

8.1.2 ibeacon 如何利用 Signal Power 和 RSSI 進(jìn)行距離估算？

ibeacon 通過 Signal Power（出廠校準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度） 和 RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度） 估算設(shè)備與 ibeacon 之間的距離，其核心原理基于藍(lán)牙信號(hào)衰減模型。簡(jiǎn)單來講就是設(shè)備出廠前先根據(jù)實(shí)際情況，測(cè)算在 1 米距離時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度是多少，作為基準(zhǔn)值，然后基于藍(lán)牙信號(hào)衰減模型，根據(jù)實(shí)際信號(hào)值 RSSI 推算出實(shí)際距離。以下是具體方法和實(shí)現(xiàn)步驟：

注意：不同的藍(lán)牙設(shè)備或相同設(shè)備不同的工況甚至不同的場(chǎng)地環(huán)境，都會(huì)影響 Signal Power 值，因此這個(gè)值雖然可以測(cè)量，但一定程度上是個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，很難測(cè)準(zhǔn)。故 ibeacon 的距離估算功能只是估算大概范圍，并不能用于精準(zhǔn)定位。

1、關(guān)鍵概念

2、距離估算公式

iBeacon 使用 對(duì)數(shù)路徑損耗模型（Log-distance Path Loss Model）計(jì)算距離：

d：估算距離（米）。

n：環(huán)境衰減因子（通常 2~4，空曠環(huán)境=2，普通室內(nèi)=2.5-3，復(fù)雜環(huán)境多障礙物=3.5-4），環(huán)境越復(fù)雜信號(hào)衰減越快。

Tx Power：Beacon 的校準(zhǔn)信號(hào)強(qiáng)度（通過實(shí)際環(huán)境測(cè)量擬合，需預(yù)先標(biāo)定）。

RSSI：手機(jī)實(shí)際測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度。

3、示例計(jì)算

Tx Power = -60 dBm

RSSI = -80 dBm

n = 2.5（室內(nèi)環(huán)境）

8.2 源碼分析

8.2.1 文件說明

1、main.lua：主程序入口文件。

2、ble_ibeacon.lua：iBeacon 功能的具體實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)藍(lán)牙初始化、廣播配置和異常處理。

3、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(dòng)啟動(dòng)升級(jí)（需插入可聯(lián)網(wǎng)的 SIM 卡）

8.2.2 ble_ibeacon.lua

8.2.2.1 全局變量定義

device_name ：廣播設(shè)備名稱，

adv_state ：廣播狀態(tài)標(biāo)志，用于跟蹤 iBeacon 廣播的開啟/關(guān)閉狀態(tài)，

ibeacon_data ：iBeacon 廣播數(shù)據(jù)包，包含以下結(jié)構(gòu)：

廠商標(biāo)識(shí)符(2 字節(jié))：0x004C，本例演示的是 ibeacon，所以采用 Apple 的 ID：0x004C（iBeacon 是 Apple 的專有技術(shù)，采用 Apple 的 ID 才能顯示成 ibeacon）

ibeacon 類型標(biāo)識(shí)符(2 字節(jié))：固定為 0x02，0x15, 表示子類型為 ibeacon。

Proximity UUID(16 字節(jié))：0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0x10

Major(2 字節(jié))：0x00,0x01

Minor(2 字節(jié))：0x00,0x02

Signal Power(1 字節(jié))：0xC0

8.2.2.2 事件回調(diào)函數(shù) (ble_callback)

處理 BLE 設(shè)備的各種事件：

ble.EVENT_ADV_START ：廣播成功啟動(dòng)時(shí)設(shè)置 adv_state 為 true

ble.EVENT_ADV_STOP ：廣播停止時(shí)設(shè)置 adv_state 為 false

8.2.2.3 核心任務(wù)函數(shù) (ble_ibeacon_task_func)

這是模塊的主要功能實(shí)現(xiàn)，采用無限循環(huán)結(jié)構(gòu)確保廣播穩(wěn)定運(yùn)行：

初始化藍(lán)牙核心 ：創(chuàng)建 bluetooth_device 實(shí)例

初始化 BLE 功能 ：創(chuàng)建 ble_device 實(shí)例并注冊(cè)回調(diào)

配置廣播參數(shù) ：通過 adv_create 方法設(shè)置：

廣播地址模式 (ble.PUBLIC)

廣播通道 (ble.CHNLS_ALL)

廣播間隔 (intv_min/max = 120)

廣播數(shù)據(jù) (包含標(biāo)志位、iBeacon 數(shù)據(jù)和設(shè)備名稱)

啟動(dòng)廣播 ：調(diào)用 adv_start()方法

狀態(tài)監(jiān)控 ：通過 while adv_state 循環(huán)監(jiān)控廣播狀態(tài)

異常處理 ：使用 goto EXCEPTION_PROC 標(biāo)簽統(tǒng)一處理各種初始化失敗情況

資源清理與重試 ：在異常情況下停止廣播并重新初始化，間隔 5 秒后重試

8.3 日志分析

luatools 日志比較簡(jiǎn)單，只有開啟廣播的 log 打印

重點(diǎn)看 nrf connect 掃描出來的 ibeacon 信息：

九、LuatOS 上的掃描模式應(yīng)用開發(fā)流程

9.1 前置知識(shí)了解

9.1.1 掃描窗口和掃描間隔

掃描窗口（scan_window）：

是指 BLE 設(shè)備在掃描過程中，打開接收器去監(jiān)聽廣播設(shè)備的時(shí)間段。這個(gè)時(shí)間段是設(shè)備實(shí)際進(jìn)行掃描操作的時(shí)間，也稱為掃描事件的持續(xù)時(shí)間。掃描窗口的單位通常是 0.625ms，并且它的值必須小于或等于掃描間隔。

掃描間隔（scan_interval）：

表示兩次掃描事件之間的間隔時(shí)間。掃描間隔的單位與掃描窗口相同，單位也是 0.625ms。

注：

1、如果掃描窗口與掃描間隔一樣長(zhǎng)，表明主機(jī)一直在掃描。

2、掃描窗口和掃描間隔是在 ble_device:scan_create 創(chuàng)建掃描需要填寫的參數(shù)。

默認(rèn)參數(shù), addr_mode=0, scan_interval=100, scan_window=100

9.1.2 掃描到的廣播數(shù)據(jù)如何解碼？

ble.EVENT_SCAN_REPORT 事件的 ble.param 包含如下內(nèi)容：

addr_type ：整數(shù)類型，表示藍(lán)牙設(shè)備的地址類型

adv_addr ：設(shè)備的廣播地址，可以通過 :toHex() 方法轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串形式的 MAC 地址

rssi ：整數(shù)類型，表示接收信號(hào)強(qiáng)度，單位為 dBm

data ：二進(jìn)制數(shù)據(jù)類型，表示接收到的原始廣播數(shù)據(jù)，可以通過 :toHex() 方法轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串

其中的廣播數(shù)據(jù) data 可以通過 ble_device:adv_decode(data) 來解碼。

ble_device:adv_decode(data)

功能

解碼廣播數(shù)據(jù)

注意事項(xiàng)

廣播數(shù)據(jù)通常來自于 ble.EVENT_SCAN_REPORT 事件的ble_param.data

參數(shù)

data

返回值

local adv_data = ble_device:adv_decode(data)

adv_data

示例

9.2 源碼分析

9.2.1 文件說明

1、main.lua：主程序入口文件。

2、ble_scan.lua：ble_scan.lua 是 Air8000 的藍(lán)牙掃描功能實(shí)現(xiàn)模塊，主要負(fù)責(zé)初始化藍(lán)牙框架、配置并執(zhí)行設(shè)備的掃描操作，并通過回調(diào)函數(shù)處理掃描到的設(shè)備信息。

3、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(dòng)啟動(dòng)升級(jí)（需插入可聯(lián)網(wǎng)的 SIM 卡）

9.2.2 ble_scan.lua

9.2.2.1 全局變量定義

scan_state ：掃描狀態(tài)標(biāo)志，用于跟蹤 BLE 掃描的開啟/關(guān)閉狀態(tài)，初始值為 false 表示未掃描

9.2.2.2 處理掃描報(bào)告事件 (handle_scan_report)

功能：當(dāng)掃描到 BLE 設(shè)備時(shí)，處理掃描報(bào)告事件。

處理內(nèi)容：記錄并輸出發(fā)現(xiàn)設(shè)備的信息，包括 RSSI 值、設(shè)備地址和廣播數(shù)據(jù)等，可以根據(jù)需求篩選數(shù)據(jù)。

示例演示了如何篩選 ibeacon 廣播數(shù)據(jù)。

9.2.2.3 事件回調(diào)函數(shù) (ble_callback)

處理 BLE 設(shè)備的各種掃描事件：

ble.EVENT_SCAN_INIT ：掃描初始化成功時(shí)，記錄日志并設(shè)置 scan_state 為 true

ble.EVENT_SCAN_REPORT ：接收到掃描報(bào)告時(shí)，調(diào)用 handle_scan_report 函數(shù)處理掃描數(shù)據(jù)

ble.EVENT_SCAN_STOP ：掃描停止時(shí)，記錄日志并設(shè)置 scan_state 為 false

9.2.2.4 核心任務(wù)函數(shù) (ble_scan_task_func)

這是模塊的主要功能實(shí)現(xiàn)，采用無限循環(huán)結(jié)構(gòu)確保掃描穩(wěn)定運(yùn)行：

初始化藍(lán)牙核心 ：創(chuàng)建 bluetooth_device 實(shí)例

初始化 BLE 功能 ：創(chuàng)建 ble_device 實(shí)例并注冊(cè)回調(diào)

配置掃描參數(shù) ：通過 scan_create()方法設(shè)置掃描參數(shù)（地址模式、掃描間隔、掃描窗口等）

啟動(dòng)掃描 ：調(diào)用 scan_start()方法開始掃描周圍 BLE 設(shè)備

狀態(tài)監(jiān)控 ：通過 while scan_state 循環(huán)監(jiān)控掃描狀態(tài)

異常處理 ：使用 goto EXCEPTION_PROC 標(biāo)簽統(tǒng)一處理各種初始化失敗情況

資源清理與重試 ：在異常情況下停止掃描并重新初始化，間隔 5 秒后重試

9.3 日志分析

luatools 日志，可以查看掃描到的 ibeacon 的廣播包數(shù)據(jù)信息

最后再結(jié)合 ibeacon 應(yīng)用，進(jìn)行簡(jiǎn)單的距離估算：

代碼：

十、常見問題

10.1 ibeacon 應(yīng)用，為什么無法顯示名稱？

答：

一個(gè)完整的 BLE 廣播數(shù)據(jù)包最長(zhǎng)可以有 37 個(gè)字節(jié)，其中前 6 個(gè)字節(jié)固定用于設(shè)備 MAC 地址，剩下的 31 個(gè)字節(jié)才是我們可以自由配置的廣播數(shù)據(jù)區(qū)域。這 31 個(gè)字節(jié)會(huì)被劃分為若干個(gè)廣播數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體（AD Structure）。

也就是 BLE 廣播包 廣播數(shù)據(jù)區(qū)域不超過 31 字節(jié)，那么 iBeacon 包含的數(shù)據(jù)和包含 flag 的 AD Structure 已經(jīng)占了 30 個(gè)字節(jié)，如果要設(shè)置設(shè)備命名，會(huì)超出 31 字節(jié)。

可能有人會(huì)問，不是還有 1 個(gè)字節(jié)的空間嗎，設(shè)備名稱用一個(gè)字節(jié)不可以嗎？

答：

名稱："1"（1 字符）。

AD Structure 長(zhǎng)度：1（數(shù)據(jù)） + 1（類型） + 1（長(zhǎng)度） = 3 字節(jié)。

總長(zhǎng)度：27（iBeacon） + 3（Flags） + 3（名稱） =33 字節(jié)→ 仍超出。

10.2 什么是 Flags?

ble.FLAGS 說明

在 BLE 中，標(biāo)志（flags）通常出現(xiàn)在廣播數(shù)據(jù)中，這些標(biāo)志用于指示設(shè)備的能力和可發(fā)現(xiàn)性等。

根據(jù)藍(lán)牙核心規(guī)范（Bluetooth Core Specification），廣播數(shù)據(jù)中的 Flags 字段是一個(gè) 8 位的位圖（bitmask），每個(gè)位代表特定的含義，以下是各個(gè)位的定義（從 LSB 到 MSB）：

Bit 0: LE Limited Discoverable Mode（有限可發(fā)現(xiàn)模式）

Bit 1: LE General Discoverable Mode（通用可發(fā)現(xiàn)模式，設(shè)備持續(xù)可被發(fā)現(xiàn)）

Bit 2: BR/EDR Not Supported（不支持經(jīng)典藍(lán)牙）

Bit 3: Simultaneous LE and BR/EDR to Same Device Capable（同一設(shè)備同時(shí)支持 BLE 和經(jīng)典藍(lán)牙）

Bit 4: Simultaneous LE and BR/EDR to Different Devices Capable（支持同時(shí)連接不同設(shè)備的 BLE 和經(jīng)典藍(lán)牙）

Bit 5-7: 保留（Reserved）

注意：Bit 0 和 Bit 1 不能同時(shí)被設(shè)置。如果同時(shí)設(shè)置，則視為無效。

Bit1 和 Bit2 被設(shè)置時(shí)，F(xiàn)lags 字段的值為 0x06（二進(jìn)制 0000 0110），

Bit2 被設(shè)置時(shí)，F(xiàn)lags 字段的值為 0x04（二進(jìn)制 0000 0100）。

10.3 常見的 BLE 斷開連接 reason

示例：

1、中心設(shè)備和外圍設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過程中，把外圍設(shè)備斷電

中心設(shè)備會(huì)提示 8 的錯(cuò)誤碼，即數(shù)據(jù)傳輸過程中超時(shí)斷開連接。

2、中心設(shè)備和外圍設(shè)備連接時(shí)，中心設(shè)備主動(dòng)發(fā)起 disconnect

中心設(shè)備會(huì)提示 22 的錯(cuò)誤碼，即本地主機(jī)終止連接。

外圍設(shè)備會(huì)提示 19 的錯(cuò)誤碼，即遠(yuǎn)程用戶終止連接。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇