本文從功能需求的角度分析一般藍芽BLE單晶片的應用框架（SDK Framework）的介面設計過程，並以TI CC2541為例說明BLE的應用開發方法。

一、應用框架（Framework）

我們熟知的Framework包括Android Framework、Linux QT、Windows MFC。應用框架抽象並封裝實現了一般應用場景的需求，完成應用開發的80%，剩下的20%則以回撥（callback）和介面的方式供應用開發人員呼叫以完成具體的需求。

一般Framework完成的工作包括：任務分發、訊息通訊和UI等。例如以上三種框架所屬的IDE都能夠實現所見即所得的UI視覺化程式設計，框架完成了UI控制元件的大部分工作，而開發人員只需要完成UI控制元件的訊息處理邏輯即可，如點選了這個button後如何進行響應等。

藍芽BLE單晶片的系統架構包括作業系統、SOC硬體抽象介面和藍芽應用框架等組成部分，作業系統和SOC硬體抽象介面的理解請理解《如何快速理解一個全新的嵌入式作業系統》（傳送55獲取）和《如何快速理解一個全新的嵌入式作業系統（續）》（傳送56獲取）。本文只討論藍芽應用方面框架介面設計和應用開發。

二、藍芽BLE的應用需求

我們都知道BLE是為了實現連線後的通訊傳輸和控制。BLE設計的初衷是為了完成少資料量的通訊，側重於通訊控制。所以我們可以理解BLE的協議棧包括兩大組成部分：一個是藍芽連線；另一個是通訊控制。前者即對應GAP（General Access Profile），後者對應GATT（General Attribute Profile）。Profile在藍芽術語裡面相應於特定的應用場景協議。

三、藍芽BLE的應用需求分析

我們分別對連線和通訊控制進行分析。這裡以藍芽裝置Peripheral角色進行分析，簡單理解即是從裝置。手機APP所用的藍芽一般充當central角色，即主裝置。

1.   連線

連線部分，藍芽外設要完成的功能包括：

1）  藍芽外設要被發現，其必須要進行廣播

2）  在主裝置掃描時要給出掃描響應。這時藍芽裝置還是處於廣播狀態。

3）  主裝置發起連線時，其可以要求密碼配對，而也可以選擇無需密碼驗證。

4）  主裝置發起連線過程的握手，接受連線。

5）  藍芽外設連線成功後才會開啟通訊服務。

2.   通訊控制

1）  藍芽外設在連線後通過GATT來提供服務發現（service discover），這樣主裝置能夠從中獲取藍芽外設提供的各種服務profile。

2）  主裝置在獲取藍芽外設服務後，會對GATT profile的各種特徵字（characteristics）進行讀寫傳輸控制。

3）  特徵字主要包含write、read、notify和indicate等主要通訊方式。對於藍芽外設的write特徵字，主裝置（如手機）可以進行寫操作；對於read，主裝置則可以從中讀取資訊；write和read對於藍芽外設來說，其屬於被動控制，即藍芽外設被動接受主控制的通訊控制。而notify和indicate則是藍芽外設主動向主裝置傳輸資料，前提是主裝置要預先訂閱對應的characteristics的資訊更新。Notify資料後，主裝置不需要應答響應，而indicate則需要應答響應。

四、 藍芽BLE的應用框架（framework）設計

我們之前已經分析過，framework應該完成應用開發的80%工作，即基本完成了常見的應用需求。剩下20%則是由各個具體應用的具體場景需求來決定的。例如，藍芽底層連線時怎麼握手，咱們應用開發人員不需要關心吧；GATT的characteristics value值的通訊過程，我們不要關心吧。當藍芽外設有新的資料要傳輸給主裝置時，只需要呼叫notify或者indicate介面就可以了，至於底層怎麼實現，那是協議棧開發人員的工作。

OK，咱們根據第三部分的需求分析來找出應用開發人員所關心的20%工作任務。換句話來說，剩下的80%工作量即是藍芽應用框架Framework所要完成的任務。一般藍芽單晶片都會給使用者提供SDK進行開發，其裡面已經實現framework了。我們應用開發人員應當重點關注這20%的任務。

1.   連線

1）  對於廣播來說，不同的應用需要廣播的資訊並不一樣，如ibeacon和微信airsync協議的廣播資料格式要求是不一樣的。所以，framework應該提供給使用者一個自定義廣播資料的介面。

2）  同理，framework應該提供給使用者一個自定義掃描響應資料的介面。

3）  對於密碼配對過程，常見的做法是framework給應用開發提供一個回撥介面，當收到主裝置傳送過來的密碼後，對這個介面進行回撥，並將這個密碼以引數的形式傳遞給這個介面，以讓使用者自己判斷密碼是否跟預設的一致。

4）  Framework應該對連線的狀態進行管理，分別提供使用者回撥介面，在連線成功時對介面進行回撥，以讓使用者在連線成功時做一些特定的操作，如閃燈標識、開啟GATT服務等；在斷開連線時也應該回呼叫戶介面，以讓使用者在斷開連線時做一些特定的操作。

2.   通訊控制

我們這裡還是隻分析藍芽外設Peripheral角色的framework，不探討主裝置的framework，讀者可以相應進行分析。

1）framework應該明確如何用最簡單的方式定義並新增一個藍芽GATT profile服務。藍芽BLE有自己的協議標準，一個藍芽服務service包括一個或者多個characteristics，而每個characteristics都包含對應UUID、屬性描述（如可讀、可寫、長度等）、屬性值value、屬性配置（代表訂閱資訊）等等。

為了簡化後續的資料處理，一般framework會設定一個handle來對應一個characteristics。

2）framework提供介面給使用者來對各個characteristics的屬性value進行設定和獲取。

3）framework提供回撥介面給使用者，當主裝置讀characteristics回撥讀介面，以讓使用者進行特定操作後再進行傳輸；當主裝置寫characteristics時回撥寫介面，以讓使用者完成相應的操作。

4）framework提供使用者介面，完成主動的notify和indicate操作。

OK，以上即是藍芽BLE單晶片普遍的framework設計需求。我們在接觸一款新的BLE單晶片時，只要能夠重點把握好以上這20%的程式設計方法，就能快速進行應用開發。

五、Ti CC2541應用開發

TI CC2541 SDK有一個簡單的示例工程SimpleBLEPeripheral，向開發人員展現如何進行藍芽應用開發。我們通過這個工程來理解上述框架設計和程式設計。

1.   連線

1）定義廣播資料

GAPRole_SetParameter(GAPROLE_ADVERT_DATA,…);

2）自定義掃描響應資料

GAPRole_SetParameter(GAPROLE_SCAN_RSP_DATA,…);

3）密碼管理回撥

ProcessPasscodeCB()

4）狀態管理回撥

peripheralStateNotificationCB()

2．通訊控制

      1）新增GATT服務

GATTServApp_RegisterService()

      2)讀回撥

           simpleProfile_ReadAttrCB()

      3)寫回調

                 simpleProfile_WriteAttrCB()

     4 )屬性值設定和獲取    

                 SimpleProfile_SetParameter()

                 SimpleProfile_GetParameter()

    5)主動傳輸

                 GATT_Notification()

                 GATT_Indication()

引數可以對照具體的介面進行分析。我們在看具體的介面之前，可以思考一下，這些介面的引數應該包括什麼東西，如果你能想到包括什麼，恭喜你，你的應用框架設計能力已經大大提高了。

記住：嵌入式企鵝圈不僅會告訴你如何實現功能（實踐），還會告知你為什麼要這樣實現（理論）！

我們在開發的過程中也要注重怎麼去思考和總結開發方法，以積累經驗，舉一反三，觸類旁通！

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