ESP32 Bluedroid 篇（1）—— ibeacon 广播

news2024/11/18 17:20:17

前言

  1. 前面我们已经了解了 ESP32 的 BLE 整体架构，现在我们开始实际学习一下Bluedroid 从机篇的广播和扫描。
  2. 本文将会以 ble_ibeacon demo 为例子进行讲解，需要注意的一点是。ibeacon 分为两个部分，一个是作为广播者，一个是作为观察者。IBEACON_RECEIVER 这个宏表示作为观察者，IBEACON_SENDER 这个宏被置 1 表示为广播者。
  3. 需要注意的一点是，本文先仅介绍广播相关内容

ibeacon 介绍

ibeacon 是什么？

  1. 作为一名初学者，当听到 ibeacon 时候，大概率是一脸懵逼的。即使网上搜索大量资料，没有亲身体验，也是一头雾水。为了方便各位理解，就以我来上海实习，周末逛的第一个景点 – 豫园 为例子进行分析。
  2. 当我们进入景点，肯定会有一个二维码建议我们扫描，然后之后就会有电子讲解功能。例如我现在扫描了豫园的二维码，打开了一个微信小程序，此时微信小程序上就能够显示出我的位置在哪里。

在这里插入图片描述
3. 如果你移动到一个地方，该小程序就会进行相关讲解当前景点的一些历史文化信息。此时，各位有没有想过一个问题，该小程序，是如何精确的知道我们当前是在哪个景点呢？
4. 此时，就是利用的 ibeacon 技术进行的。如果你有兴趣的话，可以在走到某个景点，发现微信小程序播报讲解时刻停下来，然后在这个附近十米内的范围转转，会惊奇的发现，一些地方藏有这种小方块。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
5. 这个小方块，就是本文要进行讲解的，ESP32 作为广播者的功能。而你手机，就是充当的观察者。

ibeacon 有什么用？

  1. 现在我们明白了 ibeacon 技术大概是什么东西了。那么这个有什么作用呢？从上面的例子我们就可以很好的知道，室内定位，广播信息。
  2. 当前，室内定位技术一直是一项值得探索的技术，ibeacon 可以说提供了一个不错的选择（不过个人感觉目前 BLE 室内定位更多的是聚焦于 AOA）。
  3. 同样，在商场，我们只需要打开微信小程序走到哪家店铺，就可以直接查看那家店铺的商品信息，这样一定程度上可以方便用户挑选商品。

ibeacon 工程介绍

工程源码

  1. 我们先拷贝 ble_ibeacon demo 例程出来，打开ibeacon_demo.c 文件，将其替换为如下内容。
/*
 * SPDX-FileCopyrightText: 2021-2023 Espressif Systems (Shanghai) CO LTD
 *
 * SPDX-License-Identifier: Unlicense OR CC0-1.0
 */



/****************************************************************************
*
* This file is for iBeacon demo. It supports both iBeacon sender and receiver
* which is distinguished by macros IBEACON_SENDER and IBEACON_RECEIVER,
*
* iBeacon is a trademark of Apple Inc. Before building devices which use iBeacon technology,
* visit https://developer.apple.com/ibeacon/ to obtain a license.
*
****************************************************************************/

#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include "nvs_flash.h"

#include "esp_bt.h"
#include "esp_gap_ble_api.h"
#include "esp_gattc_api.h"
#include "esp_gatt_defs.h"
#include "esp_bt_main.h"
#include "esp_bt_defs.h"
#include "esp_ibeacon_api.h"
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"

static const char* DEMO_TAG = "IBEACON_DEMO";
extern esp_ble_ibeacon_vendor_t vendor_config;

#if (IBEACON_MODE == IBEACON_RECEIVER)
// 在停止扫描请求发送后，蓝牙堆栈可能还会处理一些尚未完成的扫描结果。因此需要通过这个标志位来设置是否需要继续处理扫描完成事件
static bool is_scanning = false;
#endif

///Declare static functions
static void esp_gap_cb(esp_gap_ble_cb_event_t event, esp_ble_gap_cb_param_t *param);

#if (IBEACON_MODE == IBEACON_RECEIVER)
static esp_ble_scan_params_t ble_scan_params = {
    .scan_type              = BLE_SCAN_TYPE_ACTIVE, // 主动扫描
    .own_addr_type          = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC, // 公共地址
    .scan_filter_policy     = BLE_SCAN_FILTER_ALLOW_ALL, // 允许扫描所有设备
    .scan_interval          = 0x50,
    .scan_window            = 0x30,
    .scan_duplicate         = BLE_SCAN_DUPLICATE_DISABLE
};

#elif (IBEACON_MODE == IBEACON_SENDER)
static esp_ble_adv_params_t ble_adv_params = {
    .adv_int_min        = 0x20,                 // 0x20*0.625ms=20ms，Range: 0x0020 to 0x4000 (20ms to 10240ms)
    .adv_int_max        = 0x40,                 // 0x40*0.625ms=40ms
    .adv_type           = ADV_TYPE_NONCONN_IND, // 不可连接广播
    // .adv_type           = ADV_TYPE_DIRECT_IND_HIGH,  // 设置为高占空比定向广播
    // .peer_addr          = {0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4, 0xE5, 0xF6},  // 目标设备MAC地址
    // .peer_addr_type     = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC,      // 目标设备的地址类型

    .own_addr_type      = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC, // 公共地址
    .channel_map        = ADV_CHNL_ALL,         // 在 37,38,39 频道广播
    .adv_filter_policy = ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY, // 允许任何设备扫描和连接
};
#endif


static void esp_gap_cb(esp_gap_ble_cb_event_t event, esp_ble_gap_cb_param_t *param)
{
    esp_err_t err;
    ESP_LOGI(DEMO_TAG, "====> ESP_GAP_BLE_EVT %d <====", event);
    switch (event) {
#if (IBEACON_MODE == IBEACON_SENDER)
    case ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_RAW_SET_COMPLETE_EVT: { // 原始广播数据设置完成事件
        if ((err = param->adv_data_raw_cmpl.status) != ESP_BT_STATUS_SUCCESS) {
            ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Set raw adv data failed: %s", esp_err_to_name(err));
            return;
        }
        esp_ble_gap_start_advertising(&ble_adv_params);
        break;
    }
    case ESP_GAP_BLE_ADV_START_COMPLETE_EVT: { // 广播启动完成事件
        //adv start complete event to indicate adv start successfully or failed
        if ((err = param->adv_start_cmpl.status) != ESP_BT_STATUS_SUCCESS) {
            ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Adv start failed: %s", esp_err_to_name(err));
        }
        break;
    }
    case ESP_GAP_BLE_ADV_STOP_COMPLETE_EVT: { // 广播停止完成事件
        if ((err = param->adv_stop_cmpl.status) != ESP_BT_STATUS_SUCCESS){
            ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Adv stop failed: %s", esp_err_to_name(err));
        }
        else {
            ESP_LOGI(DEMO_TAG, "Stop adv successfully");
        }
        break;
    }
#endif
#if (IBEACON_MODE == IBEACON_RECEIVER)
    case ESP_GAP_BLE_SCAN_PARAM_SET_COMPLETE_EVT: { // 扫描参数设置完成事件
        //the unit of the duration is second, 0 means scan permanently
        uint32_t duration = 0;
        esp_ble_gap_start_scanning(duration);
        break;
    }
    case ESP_GAP_BLE_SCAN_START_COMPLETE_EVT: // 扫描启动完成事件
        //scan start complete event to indicate scan start successfully or failed
        if ((err = param->scan_start_cmpl.status) != ESP_BT_STATUS_SUCCESS) {
            ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Scan start failed: %s", esp_err_to_name(err));
        } else {
            is_scanning = true;
        }
        break;
    case ESP_GAP_BLE_SCAN_RESULT_EVT: { // 扫描结果准备完毕事件
        if (is_scanning == false) { // 如果没有在扫描，则不处理扫描结果
            ESP_LOGW(DEMO_TAG, "Scan is not started yet");
            break;
        }
        esp_ble_gap_cb_param_t *scan_result = (esp_ble_gap_cb_param_t *)param;
        switch (scan_result->scan_rst.search_evt) {
        case ESP_GAP_SEARCH_INQ_RES_EVT: {
            /* 搜索 BLE iBeacon 数据包 */
            if (esp_ble_is_ibeacon_packet(scan_result->scan_rst.ble_adv, scan_result->scan_rst.adv_data_len)) {
                esp_ble_ibeacon_t *ibeacon_data = (esp_ble_ibeacon_t*)(scan_result->scan_rst.ble_adv);
                ESP_LOGI(DEMO_TAG, "----------iBeacon Found----------");
                esp_log_buffer_hex("IBEACON_DEMO: Device address:", scan_result->scan_rst.bda, ESP_BD_ADDR_LEN );
                esp_log_buffer_hex("IBEACON_DEMO: Proximity UUID:", ibeacon_data->ibeacon_vendor.proximity_uuid, ESP_UUID_LEN_128);

                uint16_t major = ENDIAN_CHANGE_U16(ibeacon_data->ibeacon_vendor.major);
                uint16_t minor = ENDIAN_CHANGE_U16(ibeacon_data->ibeacon_vendor.minor);
                ESP_LOGI(DEMO_TAG, "Major: 0x%04x (%d)", major, major);
                ESP_LOGI(DEMO_TAG, "Minor: 0x%04x (%d)", minor, minor);
                ESP_LOGI(DEMO_TAG, "Measured power (RSSI at a 1m distance):%d dbm", ibeacon_data->ibeacon_vendor.measured_power);
                ESP_LOGI(DEMO_TAG, "RSSI of packet:%d dbm", scan_result->scan_rst.rssi);
                esp_err_t err = esp_ble_gap_stop_scanning();
                if (err != ESP_OK) {
                    ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Stop scaning failed: %s", esp_err_to_name(err));
                } else {
                    is_scanning = false;
                    ESP_LOGI(DEMO_TAG, "Stop scaning"); 
                }
            }
            break;
        }
        default:
            break;
        }
        break;
    }
    case ESP_GAP_BLE_SCAN_STOP_COMPLETE_EVT: { // 扫描停止完成事件
        if ((err = param->scan_stop_cmpl.status) != ESP_BT_STATUS_SUCCESS){
            ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Scan stop failed: %s", esp_err_to_name(err));
        }
        else {
            ESP_LOGI(DEMO_TAG, "Stop scan successfully");
        }
        break;
    }
#endif
    default:
        break;
    }
}


void ble_ibeacon_appRegister(void)
{
    esp_err_t status;

    ESP_LOGI(DEMO_TAG, "register callback");

    /* 注册 GAP 回调函数 */
    if ((status = esp_ble_gap_register_callback(esp_gap_cb)) != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(DEMO_TAG, "gap register error: %s", esp_err_to_name(status));
        return;
    }

}

void ble_ibeacon_init(void)
{
    /* 初始化蓝牙 HOST 层 */
    esp_bluedroid_init();
    /* 使能蓝牙 HOST 层 */
    esp_bluedroid_enable();
    /* 注册 ibeacon */
    ble_ibeacon_appRegister();
}

void app_main(void)
{
    /* 初始化 NVS */
    ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
    /* 释放经典蓝牙 Control 层内存 */
    ESP_ERROR_CHECK(esp_bt_controller_mem_release(ESP_BT_MODE_CLASSIC_BT));
    /* 初始化 BLE Control 层 */
    esp_bt_controller_config_t bt_cfg = BT_CONTROLLER_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_bt_controller_init(&bt_cfg);
    /* 启动 BLE Control 层 */
    esp_bt_controller_enable(ESP_BT_MODE_BLE);
    /* BLE Ibeacon 功能初始化 */
    ble_ibeacon_init();

#if (IBEACON_MODE == IBEACON_RECEIVER)
    /* 设置扫描参数 */
    esp_ble_gap_set_scan_params(&ble_scan_params);

#elif (IBEACON_MODE == IBEACON_SENDER)
    esp_ble_ibeacon_t ibeacon_adv_data;
    /* 填充 ibeacon 数据 */
    esp_err_t status = esp_ble_config_ibeacon_data (&vendor_config, &ibeacon_adv_data);
    if (status == ESP_OK) {
        for (int i = 0; i < sizeof(ibeacon_adv_data); i++) {
            ESP_LOGI(DEMO_TAG, "ibeacon_adv_data[%d] = 0x%x", i, *((uint8_t*)(&ibeacon_adv_data) + i));
        }
        /* 设置广播原始数据，此函数将会触发 ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_RAW_SET_COMPLETE_EVT 事件 */
        esp_ble_gap_config_adv_data_raw((uint8_t*)&ibeacon_adv_data, sizeof(ibeacon_adv_data));
    }
    else {
        ESP_LOGE(DEMO_TAG, "Config iBeacon data failed: %s", esp_err_to_name(status));
    }
#endif
}

解析代码流程

  1. 现在，我们开始捋一遍 ibeacon 工程代码顺序以方便我们后续理解。

NVS 分区

  1. 首先是 NVS 分区的初始化，他主要用于存储一些 RF（射频）校准数据，以确保无线通信的性能和稳定性。
  2. 当 ESP32 第一次启动并运行无线功能（如 Wi-Fi 或蓝牙）时，它会进行 RF 校准，以确定在当前硬件和环境条件下的最佳射频参数。
  3. 校准过程的结果会被存储在 NVS 中，这样在后续启动时，设备可以直接使用这些校准数据，避免每次启动都需要重新校准。从而提高设备运行效率。
    /* 初始化 NVS */
    ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
  1. 为了更为方便的理解 NVS 分区在当前的作用，我们可以进行如下实验。我们会发现，只有第一次才会产生 RF 校验数据失败，而后就将不再出现该信息。
  2. 这是因为，在第一次芯片启动时，芯片会去检测 NVS 分区是否存在 RF 校验数据。如果有，那么就马上利用该数据进行启动射频模块。如果没有，那么就先进行 RF 校准，然后将校准数据存储在 NVS 分区，方便后续芯片快速启动。
# 将 Flash 全部擦除，该命令必须执行，否则现象可能无法出现
idf.py erase-flash
# 重新烧录程序
idf.py flash monitor
# 烧录完成后，我们将能够看到这样的日志打印信息
# -------------
W (602) phy_init: failed to load RF calibration data (0x1102), falling back to full calibration
W (642) phy_init: saving new calibration data because of checksum failure, mode(2)
# -------------
# 看到这条信息后，复位芯片，我们将看不到这条信息。
idf.py monitor

bluedroid 协议栈启动

  1. 如下为 bluedroid 协议栈启动代码，为什么这样编写，我已经在 ESP32 的 BLE 整体架构 这篇博客讲解，不再进行赘述。
    /* 释放经典蓝牙 Control 层内存 */
    ESP_ERROR_CHECK(esp_bt_controller_mem_release(ESP_BT_MODE_CLASSIC_BT));
    /* 初始化 BLE Control 层 */
    esp_bt_controller_config_t bt_cfg = BT_CONTROLLER_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_bt_controller_init(&bt_cfg);
    /* 启动 BLE Control 层 */
    esp_bt_controller_enable(ESP_BT_MODE_BLE);
    /* BLE Ibeacon 功能初始化 */
    ble_ibeacon_init();

esp_ble_gap_config_adv_data_raw() 设置广播数据

  1. 在设置广播数据之前，我们需要先知道 BLE 的广播数据包格式是什么样的。下面两张图即可展示出广播包的数据格式，具体含义请阅读 BTHome数据格式解析 的 BLE 广播包格式 章节，此处不做赘述。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  2. 了解了 BLE 广播格式之后，现在我们要做的就是分析一下 ibeacon 的广播包 AD Structure 应该如何编写。
  3. 首先，一个 BLE 广播包必须存在 0x01 类型的广播数据，该广播主要是用于指示当前设备能进行的一些行为。因为我们当前是单模，因此需要置位 bit1 和 bit2，因此 AD Data 为 0x06。
bit描述
0有限可发现模式
1一般可发现模式
2不支持 BR/EDR ，当前为单模设备
3设备同时支持 LE 和 BR/EDR 的 Control
4设备同时支持 LE 和 BR/EDR 的 HOST，需要注意，在Core Specification Supplement 10 该位被取消
5~7保留
  1. 通过上面分析，因此我们可以得到，第一个 flags 应该填入的数据内容如下：
esp_ble_ibeacon_head_t ibeacon_common_head = {
    .flags = {0x02, 0x01, 0x06},
    // ...
};
  1. 分析完 Flags 的数据包，我们再来看看最关键的 ibeacon 数据格式。
    在这里插入图片描述
byte描述
0数据长度，固定为 0x1A
1AD Type，固定为 0xFF 表示厂商自定义数据
2~3固定为 0x004C ，此为 Apple 公司的标识符。可在Assigned Numbers Document (PDF) 7 Company Identifiers 章节查阅
4固定为 0x02，这个是由 Apple 公司定义的数据类型
5ibeacon 数据长度，固定为 0x15
6~21用户定义的 iBeacon UUID，用于唯一标识应用场景
22~23用户自定义的主要值，用于分组或区域标识
24~25用户自定义的次要值，用于更精细的分组或区域标识
26发射功率，可通过该值配合 RSSI 获得当前位置与广播设备距离
  1. 通过上述分析，我们就可以将固定的报头数据先设置好。
// 注意：BLE 广播为小端存储
esp_ble_ibeacon_head_t ibeacon_common_head = {
    .flags = {0x02, 0x01, 0x06},
    .length = 0x1A,         // iBeacon 数据长度为 26 bytes
    .type = 0xFF,           // 自定义数据类型
    .company_id = 0x004C,   // Apple 公司的标识符
    .beacon_type = 0x1502   // 0x02 表示 iBeacon 类型，0x15 表示接下来的 ibeacon 数据长度为 21 bytes。
};
  1. 之后我们就可以设置自己想要广播的数据了。
/* Vendor part of iBeacon data*/
esp_ble_ibeacon_vendor_t vendor_config = {
    .proximity_uuid = ESP_UUID,  // 16 字节，用户定义的 iBeacon UUID，用于唯一标识应用场景。
    .major = ENDIAN_CHANGE_U16(ESP_MAJOR), // 2 字节，用户自定义的主要值，用于分组或区域标识。
    .minor = ENDIAN_CHANGE_U16(ESP_MINOR), // 2 字节，用户自定义的次要值，用于更精细的分组或区域标识。
    .measured_power = 0xC5    // 发射功率为 -59 dBm
};
  1. 一切设置完成后，我们只需要调用 esp_ble_config_ibeacon_data() 函数将数据进行填充即可。该函数其实就是对 Payload 段数据进行了一下配置，看如下日志打印信息就可知道。如果感兴趣，各位可以看一下该函数实现，其实是非常简单的。

注意： esp_ble_config_ibeacon_data() 并不是 ESP32 官方的库函数！！！这个是编写例程的人写的自定义函数！！！

I (538) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[0] = 0x2
I (538) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[1] = 0x1
I (548) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[2] = 0x6
I (548) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[3] = 0x1a
I (558) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[4] = 0xff
I (558) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[5] = 0x4c
I (568) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[6] = 0x0
I (568) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[7] = 0x2
I (578) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[8] = 0x15
I (588) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[9] = 0xfd
I (588) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[10] = 0xa5
I (598) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[11] = 0x6
I (598) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[12] = 0x93
I (608) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[13] = 0xa4
I (608) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[14] = 0xe2
I (618) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[15] = 0x4f
I (618) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[16] = 0xb1
I (628) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[17] = 0xaf
I (628) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[18] = 0xcf
I (638) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[19] = 0xc6
I (638) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[20] = 0xeb
I (648) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[21] = 0x7
I (648) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[22] = 0x64
I (658) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[23] = 0x78
I (668) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[24] = 0x25
I (668) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[25] = 0x27
I (678) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[26] = 0xb7
I (678) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[27] = 0xf2
I (688) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[28] = 0x6
I (688) IBEACON_DEMO: ibeacon_adv_data[29] = 0xc5
  1. 配置好要广播的数据后，直接调用库函数 esp_ble_gap_config_adv_data_raw() 即可。我们来看看 nrf Connect 结合上述打印信息，就会发现这个函数就是将你需要广播的数据存入 Payload 段 。

在这里插入图片描述

esp_ble_gap_start_advertising() 启动广播

  1. 在上面，我们调用 esp_ble_gap_config_adv_data_raw() 函数设置原始广播数据完成之后，将会触发 ESP_GAP_BLE_ADV_DATA_RAW_SET_COMPLETE_EVT 事件。
  2. 我们可以在该事件中判断原始广播数据是否设置成功，如果设置成功，那么我们即可调用 esp_ble_gap_start_advertising() 函数启动广播。
  3. 在调用 esp_ble_gap_start_advertising() 函数时，需要传入如下结构体。
typedef struct {
    uint16_t                adv_int_min;        /*!< 最小的广告间隔无向和低占空比定向广告。
                                                  取值范围:0x0020 ~ 0x4000  
                                                  默认值:N = 0x0800(1.28秒)
                                                  时间 = N * 0.625 ms 
                                                  时间范围: 20 ms to 10.24 s */
    uint16_t                adv_int_max;        /*!< 无向和低占空比定向广告的最大广告间隔。
                                                  取值范围:0x0020 ~ 0x4000  
                                                  默认值:N = 0x0800(1.28秒)
                                                  时间 = N * 0.625 ms 
                                                  时间范围: 20 ms to 10.24 s */
    esp_ble_adv_type_t      adv_type;           /*!< 广播类型 */
    esp_ble_addr_type_t     own_addr_type;      /*!< 所有者蓝牙设备地址类型 */
    esp_bd_addr_t           peer_addr;          /*!< 对端设备蓝牙设备地址 */
    esp_ble_addr_type_t     peer_addr_type;     /*!< 对端设备蓝牙设备地址类型，仅支持公网地址类型和随机地址类型 */
    esp_ble_adv_channel_t   channel_map;        /*!< 广告频道图 */
    esp_ble_adv_filter_t    adv_filter_policy;  /*!< 广告过滤策略 */
} esp_ble_adv_params_t;
  1. 如果是对 BLE HCI 比较熟悉的朋友就会发现，这个函数其实就是让 HOST 层向 Control 层发送 LE Set Advertising Parameters command 命令。
  2. 我们可以打开 Core 5.3 的 2353 页，会发现这个命令传入的参数和 esp_ble_gap_start_advertising() 函数传入的参数一模一样。

在这里插入图片描述
12. 关于这个命令，规范书中的描述如下：

  1. HCI_LE_Set_Advertising_Parameters 命令用于设置广播参数。
  2. advertissing_interval_min 小于或等于 Advertising_Interval_Max 。advertissing_interval_min 和 Advertising_Interval_Max 不应该是相同的值，以使控制器能够确定给定其他活动的最佳广告间隔。
  3. 对于高占空比定向广告，即当 Advertising_Type 为 0x01 (ADV_DIRECT_IND，高占空比)时，不使用 Advertising_Interval_Min 和 Advertising_Interval_Max 参数，应忽略。
  4. Advertising_Type 用于确定在启用发布时用于发布的数据包类型。
  5. “Own_Address_Type” 参数表示发布报文使用的地址类型。
  6. 如果 Own_Address_Type 等于 0x02 或 0x03， Peer_Address 参数包含对端设备的身份地址，Peer_Address_Type 参数包含对端设备的身份类型(即0x00或0x01)。这些参数用于在解析表中定位相应的本地 IRK；此 IRK 用于生成广告中使用的自己的地址。
  7. 如果是定向广播，即当 Advertising_Type 设置为 0x01 (ADV_DIRECT_IND，高占空比)或0x04 (ADV_DIRECT_IND，低占空比模式)时，则 Peer_Address_Type 和 Peer_Address 有效。
  8. 如果 Own_Address_Type 等于 0x02 或 0x03，Control 使用 Peer_Address 参数中包含的对端设备的身份地址和 Peer_Address_Type 参数中包含的对端设备的身份地址类型(即0x00或0x01)对应的对端设备的 IRK 生成对端设备的可解析私有地址。
  9. Advertising_Channel_Map 是一个位字段，表示发送广播报文时应使用的广告通道索引。在 Advertising_Channel_Map 参数中至少要设置一个通道位。
  10. 当定向广播被启用时，Advertising_Filter_Policy 参数应该被忽略。
  11. 如果 Control 启用了广播功能，则 HOST 不得发出该命令；如果启用了广播功能，则应使用 "命令禁用 "错误代码。
  12. 如果 HOST 提供的发布间隔范围(Advertising_Interval_Min, Advertising_Interval_Max)超出了 Control 支持的发布间隔范围，则 Control 将返回不支持的特征或参数值(0x11)错误码。
adv_int_min 和 adv_int_max

  1. adv_int_min 和 adv_int_max 用于指示广播的时间间隔。bluedroid 协议栈会选取该范围内的任意值作为广播间隔，但是实测后发现，他一般选取 adv_int_max 作为广播间隔。

  2. adv_int_min 和 adv_int_max 范围都要求在 0x0020 ~ 0x4000 之间，如果没有设置该值，默认为 0x0800 (1.28 s) 。时间计算公式为 Time = N * 0.625 ms，既最终的广播时间范围为 20 ms to 10.24 s。
    在这里插入图片描述

  3. 此时有人可能会有疑问了，我代码里面命令设置的最大广播间隔时间为 40ms 啊，怎么抓包数据有些广播间隔为 48ms 多呢？

  4. 这个就需要涉及到 SIG 规定的广播间隔内容了。SIG 规定，为了解决多个设备同时广播时的冲突问题，从而避免广播包的碰撞，确保更加可靠的广播和接收，在 BLE 广播过程中，存在一个 随机延迟（random delay），通常称为 广播延迟（advertising delay）。

static esp_ble_adv_params_t ble_adv_params = {
    .adv_int_min        = 0x20,                 // 0x20*0.625ms=20ms，Range: 0x0020 to 0x4000 (20ms to 10240ms)
    .adv_int_max        = 0x40,                 // 0x40*0.625ms=40ms
	// ...
};

在这里插入图片描述

  1. 如果我们希望一个确切的广播间隔，那么就可以让adv_int_min 和 adv_int_max 相等即可。

注： adv_int_min 和 adv_int_max 相等只是让 advInterval 为我们设定的固定值，advDelay 依旧会存在！而且 SIG 不建议让 adv_int_min 和 adv_int_max 相等！

  1. adv_int_max 必须大于 adv_int_min ，否则就会出现如下报错。（部分日志信息是本例程用于调试写的）
I (658) IBEACON_DEMO: ====> ESP_GAP_BLE_EVT 4 <====
E (668) BT_APPL: bta_dm_ble_set_adv_params_all(), fail to set ble adv params.
E (678) BT_HCI: hci write adv params error 0x12
I (678) IBEACON_DEMO: ====> ESP_GAP_BLE_EVT 6 <====
E (688) IBEACON_DEMO: Adv start failed: ERROR
adv_type
  1. 该参数用于设置 BLE 的广播类型。
typedef enum {
    ADV_TYPE_IND                = 0x00, // 可连接和可扫描的无定向广告(ADV_IND)(默认)
    ADV_TYPE_DIRECT_IND_HIGH    = 0x01, // 可连接的高占空比定向广告(ADV_DIRECT_IND，高占空比)
    ADV_TYPE_SCAN_IND           = 0x02, // 可扫描的非定向广告(ADV_SCAN_IND)
    ADV_TYPE_NONCONN_IND        = 0x03, // 不可连接非定向广告(ADV_NONCONN_IND)
    ADV_TYPE_DIRECT_IND_LOW     = 0x04, // 可连接低占空比定向广告(ADV_DIRECT_IND，低占空比)
} esp_ble_adv_type_t;
  1. 如果是学习 《低功耗权威指南》或者其他类型的熟记中会发现，广播类型只有四种：通用广播，定向广播，不可连接广播，可发现广播。这个时候有人肯定会疑问，为什么这里的定向广播有两种。
  2. 这个就设计到版本更替的问题了，《低功耗权威指南》是用于讲解 BLE 4.0 的权威书籍，但是 ESP32 的 Bluedroid 是支持 BLE 5.0 的。从 BLE 5.0 开始，广播拥有第五种类型，即可连接低占空比定向广告。
  3. 现在我就开始分别介绍一下这几种广播的区别：
广播类型描述关闭方式
ADV_TYPE_IND这种广播是最常用的广播方式。进行通用广播的设备是能够被扫描，被连接的。调用 esp_ble_gap_stop_advertising() 函数主动关闭广播，或者连接建立。
ADV_TYPE_DIRECT_IND_HIGH该广播类型主要针对希望快速建立连接的需求，开启定向广播后，完整的广播事件必须每 3.75ms 重复一次，正因如此之快的广播速率，导致该广播包将在占满整个广播信道，进而导致该区域内其他设备无法进行广播，因此定向广播不可以持续超过 1.28s 之上。该广播只有两种结束方式，第一种是收到指定的对端设备连接请求，第二种是超过 1.28s。一旦超过 1.28s 还没有建立连接，Control 层应该向 HOST 层发送 Advertising Timeout 事件，告知广播超时。（这里需要注意，ESP32 的该广播事件似乎有 bug，并不会上报广播超时事件）
ADV_TYPE_SCAN_IND该类型广播不可以用于发起连接，但允许其他设备进行扫描，可以理解为将连接功能去除的 ADV_TYPE_IND。调用 esp_ble_gap_stop_advertising() 函数主动关闭广播。
ADV_TYPE_NONCONN_IND该类型广播针对的是不想被连接，仅进行广播的设备，例如本文的 Ibeacon 设备。这也是唯一可用于只有发射机而没有接收机设备的广播类型。调用 esp_ble_gap_stop_advertising() 函数主动关闭广播。
ADV_TYPE_DIRECT_IND_LOW该广播属于定向广播，但是并不会像 ADV_TYPE_DIRECT_IND_HIGH 那样快速的将整个广播信道占满，他是会在 adv_int_min 和 adv_int_max 范围内保持一定的频率进行广播。调用 esp_ble_gap_stop_advertising() 函数主动关闭广播，或者和指定的对端设备连接建立。
own_addr_type
  1. 这里设置设备的地址类型，没有特殊需求，直接设置为公共地址即可。
typedef enum {
    BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC        = 0x00,     /*!< 公共地址 */
    BLE_ADDR_TYPE_RANDOM        = 0x01,     /*!< 随机设备地址。要设置此地址，请使用esp_ble_gap_set_rand_addr(esp_bd_addr_t rand_addr)函数 */
    BLE_ADDR_TYPE_RPA_PUBLIC    = 0x02,     /*!< 具有公共身份地址的可解析私有地址(RPA) */
    BLE_ADDR_TYPE_RPA_RANDOM    = 0x03,     /*!< 带有随机身份地址的可解析私有地址(RPA)。要设置此地址，请使用esp_ble_gap_set_rand_addr(esp_bd_addr_t rand_addr)函数 */
} esp_ble_addr_type_t;

在这里插入图片描述

设备地址类型描述
公共地址（BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC）全球唯一且固定的地址，需要向 IEEE 组织购买。因为全球唯一，因此容易被跟踪
静态地址（BLE_ADDR_TYPE_RANDOM）自己定义，上电初始化完成后不能再进行修改。每次芯片启动都可能会更换地址
可解析地址（BLE_ADDR_TYPE_RPA_PUBLIC）通讯双方共享 IRK ，生成随机可解析私有地址。只有拥有广播者的 IRK 时，才能跟踪其广播活动。目的是为了防止恶意第三方跟踪蓝牙设备。
不可解析地址（BLE_ADDR_TYPE_RPA_RANDOM）定期更新地址，SIG 推荐15 min 更新一次，更新时间间隔不要超过 1 小时。通常用于设备只需要一次性广播数据，且不需要被接收方识别或跟踪。例如，发送传感器数据的设备、匿名设备发现、或仅广播某些临时数据的场景。
peer_addr
  1. 对端设备 MAC 地址。只有当 adv_type 为 ADV_TYPE_DIRECT_IND_HIGH 或者 ADV_TYPE_DIRECT_IND_LOW 才有效。
peer_addr_type
  1. 对端设备地址类型。只有当 adv_type 为 ADV_TYPE_DIRECT_IND_HIGH 或者 ADV_TYPE_DIRECT_IND_LOW 才有效。
channel_map
  1. 广播的信道。你可以设置在指定的广播信道进行广播，或者是所有广播信道都广播。
typedef enum {
    ADV_CHNL_37     = 0x01,  // 仅在 37 信道广播
    ADV_CHNL_38     = 0x02,  // 仅在 38 信道广播
    ADV_CHNL_39     = 0x04,  // 仅在 39 信道广播
    ADV_CHNL_ALL    = 0x07,  // 在 37,38,39 信道广播
} esp_ble_adv_channel_t;
adv_filter_policy
  1. 因为我们是 Ibeacon 所有需要让所有人能够扫描到，因此设置为 ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY 。
  2. 白名单是指的特定的对端设备地址，我们可以调用 esp_ble_gap_update_whitelist() 函数更新白名单。

如果开发过 Nordic 的相关芯片，会发现一个问题，怎么 Nordic 的芯片还可以过滤 UUID，名称，外观等信息呢？这个就是 Nordic 的协议栈中软件实现的，和 SIG 相关规定无关，如果你希望有这样的功能，可以自行实现。

typedef enum {
    // 允许任何人的扫描和连接请求
    ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY  = 0x00,
    // 只允许来自白名单设备的扫描请求和来自任何人的连接请求
    ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_WLST_CON_ANY,
    // 只允许任何人的扫描请求和来自白名单设备的连接请求
    ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_WLST,
    // 只允许来自白名单设备的扫描和连接请求
    ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_WLST_CON_WLST,
} esp_ble_adv_filter_t;

广播启动完成

  1. 当调用 esp_ble_gap_start_advertising() 函数之后，将会触发 ESP_GAP_BLE_ADV_START_COMPLETE_EVT 事件。在该事件中，我们可以知道广播是否完成。
  2. 当广播结束之后，将会触发 ESP_GAP_BLE_ADV_STOP_COMPLETE_EVT 事件，不过当前的 Ibeacon 例程中，不会停止广播，因此该事件不会触发。

参考

  1. Apple Ibeacon 官方介绍
  2. 低功耗蓝牙开发者手册
  3. BTHome数据格式解析
  4. nRF52832蓝牙iBeacon广播
  5. 谷雨文档中心：BLE技术揭秘
  6. Core 5.3

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