蓝牙服务功能

前言

这阵子用到蓝牙比较多，想写一个专栏专门讲解蓝牙协议及其应用，本篇是第二篇文章，讲解蓝牙服务。

参考网上各大神文章，及瑞萨的文章，参考GPT，并且加入了一些本人的理解。

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蓝牙服务

在蓝牙低功耗（BLE）中，服务（Service）是指一组相关的特征（Characteristics）的集合，用于定义蓝牙设备之间的数据交换和功能。每个BLE设备可以提供一个或多个服务，每个服务可以包含一个或多个特征。

BLE服务通过唯一的服务UUID（Universally Unique Identifier）来标识，UUID是一个128位的标识符，用于唯一标识一个特定的BLE服务。常见的BLE服务包括：

1. Generic Access Service (GAP)：GAP服务是BLE设备中必须提供的一个基本服务，用于管理设备的连接和广告。它包含了设备名称、外观、连接参数等信息。

2. Generic Attribute Service (GATT)：GATT服务是BLE设备中定义的一种通用属性协议，用于在设备之间传输和管理属性数据。GATT服务包含了一个或多个特征，每个特征包含了一个或多个属性值。

3. Battery Service：电池服务用于获取BLE设备的电池电量信息。它包含了一个电池电量特征，可以通过读取该特征的值来获取设备的电池电量。

4. Heart Rate Service：心率服务用于获取BLE设备的心率数据。它包含了一个心率测量特征，可以通过读取该特征的值来获取设备的心率数据。

5. Environmental Sensing Service：环境传感服务用于获取BLE设备的环境传感数据，如温度、湿度、光照等。它包含了多个环境传感特征，每个特征对应一种环境传感数据。

6. Health Thermometer Service：健康温度计服务用于获取BLE设备的体温数据。它包含了一个体温测量特征，可以通过读取该特征的值来获取设备的体温数据。

这些是一些常见的BLE服务，不同的设备可能会提供不同的服务和特征，以实现各种不同的功能和应用。通过BLE服务，设备可以实现数据的传输、监测和控制等功能。

服务、特性、属性（读、写、通知）

Service、Characteristic、Property

UUID

UUID （Universally Unique Identifier）用于标识蓝牙服务以及通讯特征访问属性，不同的蓝牙服务和属性使用不同的访问方法，就像人们语言交流一样，语言相同才能正常交流（找到正确的UUID，才能使用正确的功能）。 简单理解UUID就是编号，对应不同服务的一个唯一的编号，用于区分不同的服务及服务特性的个体。服务和特性都有各自的UUID。他很像网络应用中的端口号，例如80是HTTP协议的端口，他提供的是HTTP服务。

服务与特性都有一个唯一对应的UUID，每个特性有read、write、notification等属性。我们真正使用蓝牙服务的时候，实际是针对不同属性的特性进行操作。使用过程是：通过蓝牙通信完成与设备的连接，查找到对应的服务，定位到该服务下的某个特性，并根据特性的属性完成具体操作。

16位UUID和128位UUID是两种不同的标识符。

/// @name 16bit Service UUIDs in air format.
/// @sa https://developer.bluetooth.org/gatt/services/Pages/ServicesHome.aspx
///@{
/** Alert Notification Service */
#define ADV_UUID_ALERT_NOTIFICATION_SERVICE         "\x11\x18"
/** Battery Service */
#define ADV_UUID_BATTERY_SERVICE                    "\x0F\x18"
/** Blood Pressure */
#define ADV_UUID_BLOOD_PRESSURE_SERVICE             "\x10\x18"
/** Current Time Service */
#define ADV_UUID_CURRENT_TIME_SERVICE               "\x05\x18"
...

蓝牙16位UUID和128位UUID是用于标识蓝牙设备和服务的唯一标识符。它们之间的区别如下：

1. 长度：16位UUID是16个十六进制字符，而128位UUID是128个十六进制字符。

2. 唯一性：128位UUID的唯一性比16位UUID更高。由于16位UUID的长度较短，可能存在冲突的可能性较大，而128位UUID的长度更长，因此冲突的概率更低。

3. 可用性：由于16位UUID的数量有限，因此在蓝牙设备和服务中使用16位UUID的选择较少。而128位UUID的数量非常大，因此可以更灵活地用于标识各种不同的设备和服务。

4. 可读性：由于16位UUID的长度较短，因此它们通常是由蓝牙SIG（蓝牙特别兴趣小组）分配的预定义UUID。这些预定义UUID通常有一个易于记忆和辨识的名称，例如“蓝牙音频设备”或“蓝牙键盘”。而128位UUID通常是由开发者自己创建的，因此可能没有易于记忆和辨识的名称。

总的来说，16位UUID适用于一些常见的蓝牙设备和服务，而128位UUID适用于更复杂和特定的蓝牙设备和服务。

DA14531 服务的创建与处理

如下，蓝牙可以有多个服务，每个服务有其UUID，每个服务有多个特征值，每个特征值都有其UUID。

// Service 1 of the custom server 1
static const att_svc_desc128_t custs1_svc1                      = DEF_SVC1_UUID_128;

static const uint8_t SVC1_CTRL_POINT_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]       = DEF_SVC1_CTRL_POINT_UUID_128;
static const uint8_t SVC1_LED_STATE_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]        = DEF_SVC1_LED_STATE_UUID_128;
static const uint8_t SVC1_ADC_VAL_1_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]        = DEF_SVC1_ADC_VAL_1_UUID_128;
static const uint8_t SVC1_ADC_VAL_2_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]        = DEF_SVC1_ADC_VAL_2_UUID_128;
static const uint8_t SVC1_BUTTON_STATE_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]     = DEF_SVC1_BUTTON_STATE_UUID_128;
static const uint8_t SVC1_INDICATEABLE_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]     = DEF_SVC1_INDICATEABLE_UUID_128;
static const uint8_t SVC1_LONG_VALUE_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]       = DEF_SVC1_LONG_VALUE_UUID_128;

// Service 2 of the custom server 1
static const att_svc_desc128_t custs1_svc2                      = DEF_SVC2_UUID_128;

static const uint8_t SVC2_WRITE_VAL_1_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]      = DEF_SVC2_WRITE_VAL_1_UUID_128;
static const uint8_t SVC2_WRITE_VAL_2_UUID_128[ATT_UUID_128_LEN]      = DEF_SVC2_WRITE_VAL_2_UUID_128;

如下，Generic Access、Generic Attribute、Device Information，其实都是16位的UUID，是由蓝牙SIG（蓝牙特别兴趣小组）分配的预定义UUID。这些预定义UUID通常有一个易于记忆和辨识的名称。

DA14531 通过消息ID选择进入服务的回调

void user_catch_rest_hndl(ke_msg_id_t const msgid,
                          void const *param,
                          ke_task_id_t const dest_id,
                          ke_task_id_t const src_id)
{
    switch(msgid)
    {
        case CUSTS1_VAL_WRITE_IND:
        {
            struct custs1_val_write_ind const *msg_param = (struct custs1_val_write_ind const *)(param);

            switch (msg_param->handle)
            {
                case SVC1_IDX_CONTROL_POINT_VAL:
                    user_svc1_ctrl_wr_ind_handler(msgid, msg_param, dest_id, src_id);
                    break;

                case SVC1_IDX_LED_STATE_VAL:
                    user_svc1_led_wr_ind_handler(msgid, msg_param, dest_id, src_id);
                    break;

DA14531 通过param参数来对回调函数进行处理

void user_svc1_led_wr_ind_handler(ke_msg_id_t const msgid,
                                     struct custs1_val_write_ind const *param,
                                     ke_task_id_t const dest_id,
                                     ke_task_id_t const src_id)
{
    uint8_t val = 0;
    memcpy(&val, &param->value[0], param->length);

    if (val == CUSTS1_LED_ON)
    {
        GPIO_SetActive(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN);
    }
    else if (val == CUSTS1_LED_OFF)
    {
        GPIO_SetInactive(GPIO_LED_PORT, GPIO_LED_PIN);
    }
}

蓝牙测距

最后介绍一种BLE的特殊功能，这是一种蓝牙特殊的功能

蓝牙测距离可以通过以下几种方式实现：

1. RSSI（接收信号强度指示）测距法：蓝牙设备在通信过程中，可以通过测量接收到的信号强度来估计距离。根据信号强度和距离之间的经验关系，可以通过RSSI值来估计设备之间的距离。

2. TOF（飞行时间）测距法：蓝牙设备可以通过测量信号的传播时间来计算设备之间的距离。这种方法需要设备支持TOF功能，并且需要在设备之间进行时间同步。

3. 视角测距法：蓝牙设备可以通过测量设备之间的视角来估计距离。这种方法利用了三角测量原理，通过测量设备之间的角度和已知的基线长度来计算距离。

需要注意的是，以上方法都是基于估计和计算的，实际测距的精确度会受到多种因素的影响，如信号干扰、障碍物等。因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的方法，并进行实时的校准和误差修正。

苹果的Air Tag就用到了这个功能

AirTag是一种由苹果公司推出的追踪设备，可以帮助用户找到丢失的物品。它的工作原理基于以下几个方面：

1. 蓝牙技术：AirTag内置蓝牙芯片，可以与用户的iPhone或其他苹果设备进行通信。当用户将AirTag附在物品上时，可以通过蓝牙与手机进行配对。

2. 寻找功能：当用户无法找到附有AirTag的物品时，可以通过iPhone上的"寻找"应用程序，发出寻找信号。AirTag会发出声音，帮助用户找到物品的位置。

3. 精确定位：苹果的寻找网络是一个由数亿个苹果设备组成的网络，可以帮助用户定位丢失的物品。当AirTag与其他苹果设备接触到时，它会匿名地发送位置信息给用户，以帮助用户找到物品。

4. 安全性：AirTag具有隐私保护功能，以防止被他人滥用。如果AirTag与用户的设备分离超过一定时间，它会发出警报，以提醒用户可能有人追踪他们的位置。此外，AirTag还支持"丢失模式"，可以让用户设置联系信息，以便其他人可以联系到他们。

总的来说，AirTag通过蓝牙技术与用户的设备进行通信，并利用苹果的寻找网络帮助用户找到丢失的物品。它提供了精确的定位功能，并具有隐私保护功能，以确保用户的安全。