一、前言
首先，要实现一个 BLE 应用，首先需要一个支持 BLE 射频的芯片以及具备与此芯片配套的 BLE 协议栈，最后在此基础上开发自己的应用。我们可以把 BLE 协议栈当成是连接芯片与应用的桥梁，是实现整个 BLE 应用的关键。本文以 NXP QN9080 平台为例子给大家进行讲解。
二、环境搭建
2.1 SDK 及软件下载
本文基于NXP QN9080 IC，SDK 和软件可在NXP 官网 https://mcuxpresso.nxp.com 下载。
2.2 硬件
本文基于 QN9080 官方板进行开发，官方板如图 2.2 所示：
图 2.2
2.3 开发软件
SDK 支持 IAR、Keil、MCUXpreeso IDE 三种开发软件、本文以 IAR 为开发环境作为介绍。
三、BLE 协议栈解析
BLE 架构：
BLE 协议栈主要是用来对你的应用数据进行层层封包，以生成一个满足 BLE 协议的空中数据包。
BLE 协议栈主要包含以下部分：
- PHY 层（Physical Layer物理层）：PHY 层用来指定 BLE 所用的无线频段，调制解调方式和方法等。所以，整个 BLE 芯片的功耗、灵敏度、以及选择性等射频指标都取决于 PHY 层的功能优劣。
- LL 层（Link Layer 链路层）：BLE 协议栈的核心之重以及难点之处。BLE协议栈能同时支持多少个连接直接取决于 LL 层。它的具体功能体现在：选择哪个射频 Channel 进行通信、怎么识别空中数据包、在哪个具体时间点发送数据包、如何保证数据完整性、如何接收 ACK ，如何进行重传以及如何对链路进行控制和管理等。LL 层只负责如何发送以及接收数据包，对数据包进行解析则要交给上层的 GAP 或 GATT 。用于控制设备的射频状态，设备将处于五种状态之一：等待、广告、扫描、初始化、连接。在 QN9080 的 BLE 应用代码中，，可以从下图中看出，有详细的代码表示连接过程的每个状态，将连接过程中的状态打印出来，可以得知设备连接到哪个步骤以及连接错误提示。广播设备不需要建立连接就能发送数据，扫描设备（如电脑设备）接收广播设备发送的数据；发起连接的设备通过发送连接请求（如输入密码、或者无密码确认连接，在上位机中实现）回应广播设备，如果广播设备接受连接请求，那么两个设备之间将进入连接状态。发起连接和接收连接请求的设备之间呈主从机关系。
- HCI （Host Controller Interface 主机控制器接口）：HCI 是可选的，可以参考网址：
https://www.cnblogs.com/iini/p/8834970.htm
HCI 主要用来规范广播者和扫描者之间的通信协议和通信命令，这一层可以是软件或者硬件接口，在此不多做介绍。
- GAP 层（Generic Access Profile 通用访问配置文件）：GAP 层是对 LL 层有效数据包如何进行解析的两种方式之一，且是最简单的。GAP 层能实现的功能极其有限，能简单地对 LL 层有效数据包进行一些规范和定义。目前这一层主要是用来进行广播、扫描、发起连接等。
- L2CAP 层（Logic Link Control And Adaptation Protocol 逻辑链路控制与适应协议）：L2CAP 对 LL 层进行一次简单封装，后者只关心传输的数据本身，前者就要区分是加密通道还是普通通道，与此同时还要对连接间隔进行管理。
- SMP（Secure Manager Protocol 安全管理协议）：SMP 用来管理 BLE 连接的加密和安全，它要考虑的是如何保证 BLE 连接的安全性且同时不影响用户的体验。在 QN9080 中，我们可以从下图得知 QN9080 的SMP 数据修改，如何设置配对模式和等级，在配对的密钥交换阶段，SMP需要交换的密钥标志。
SMP定义的I/O能力：通过这几个数可以设置电脑端是否有显示和密码输入，其中gIoNone_c 属于无密码连接设置的一部分。
gapSmpKeys_t 中包含配对过程中交换的SMP信息的结构，包含了加密密钥大小、长期密钥、ID 解决关键、连接签名解析密钥、RAND 的大小（通常等于 gcMaxRandSize_d）、识别LTK 的 RAND 值、以及公开地址或随机地址等等。
下图为安全模式和级别的可选择类型：
下面主要是在上位机中进行连接的一些属性，这些定义都在app_preinclude.h 的文件中，包含很多的宏定义，如此应用程序能支持的最大连接数、支持的基于信用的渠道数量、启用/禁用绑定功能、启用/禁用配对过程、启用/禁用隐私的使用、六位数密码的修改等等。
- ATT （AttributeProtocol属性协议）：简单说来，这一层是用来定义用户命令及命令操作的数据，比如读取某个数据或写某个数据。在 BLE协议栈中，开发应用者接触最多的就是 ATT。BLE 引入了属性概念，可用来描述一条一条的数据。除了定义数据还可同时定义该数据可使用的 ATT 命令，因此这一层被称为 ATT 层。
- GATT（Generic Attribute Profile 通用属性文件）：GATT 用来规范属性中的数据内容，并应用分组的概念对属性进行分类管理，GATT 规定了配置文件的结构。即使没有 GATT ，BLE 协议栈也能跑，但是互联互通就会出现问题。也正因为有了 GATT 和各种各样的应用文件，才能摆脱无线协议中常见的兼容性困境。GATT 定义了使用 ATT 的服务框架，两个建立连接的设备之间的所有数据通信都是通过 GATT 子程序处理。GATT层用于已连接的蓝牙设备之间的数据通信，应用程序和profile直接使用GATT层。当两个设备建立连接之后，它们就处于下面两种角色之一：GATT服务器：为GATT客户端提供数据服务的设备。GATT客户端：从GATT服务器读写应用数据的设备。
下图是连接成功之后，上位机中显示的设备名称为NXP_BLE_HOD 以及特征值等。
下图中第二个红框中的 0x2A50 是 UUID，在一个BLE 应用中只能有唯一的一个 UUID。第三个红框是 设备的描述符修改，SDK 中是鼠标的描述符，不包含滚轮的功能，只有鼠标左中右按键、光标的低八位 X、Y值等。在本图中我把描述符改成鼠标 + 键盘的组合体，亲测可用。如果需要更多的功能可以继续在此基础上添加。第四、第五个红框是鼠标和键盘发送的数据量，还可在这个文件中直接设置鼠标和键盘的 Report ID ，这样在数据打包、发送的函数中就不需要再次添加 ID了。
通过上面的讲解，我们会对 BLE 的框架和流程会有一个初步的了解，但是还不够深入，如果要加深理解，必须从应用着手，并且对每一部分的函数功能和作用以及整个框架都了如指掌。
接下来我们来讲解一下 hid_device.c 文件中的重要部分：这个文件包含了很多关键的部分，比如 BLE 发送的实际数据包、广播的开启、回报率的设置、电量的上报、扫描的定时器时间设置、鼠标应用数据的结构体变量定义、GATT 与 ATT 的回调函数、BLE 的初始化函数、键盘时间的处理（上位机连接）、处理广播定时器回调函数、以及鼠标事件的回调函数、无线发送 HID 报告函数等。
首先是电池电量上报、BLE 鼠标数据发送以及定时器扫描的时间间隔设置。下面是我在方案中的时间间隔设置：
定时器有分钟/秒/毫秒类型选择，由下图可知。
每个定时器要分配它们的唯一 ID：
在分配 ID 之后，不要忘了还要分配它们的定时器，如下图所示：
这个是 BLE 的广播函数，广播连接可以设置自动回连，有白名单广播和快速广播模式：
在BleApp_Config 函数中，我们在BLE 初始化完成的时候，打开这些我们需要的定时器，开启这些任务，定时器的其他参数的具体设置可以在 SDK 中进行查询。最后在末尾我们加上一个 BLE 初始化完成的标志位作为判断。
最后，我们在这些定时器里面调用这些回调函数来产生事件：比如第一个红框中滚轮的扫描要设置成 1ms 时间间隔发生一次，第二个红框中首先要判断 BLE 是否已经初始化完成了，完成后才能进行下面的数据扫描和发送部分。
在数据都打包完成后，要进行数据发送，我们就要调用到下面这个 SendReport 函数了，它的参数是我们所要发送的数据，后面两个方框定义了发送的数据量大小，sizeof 中就是我们之前讲到的鼠标的结构体变量。这个函数还不是最终的，后面还会进行特征处理、更新特征值并发出通知等操作。
通过以上学习，相信大家对 BLE 有了更深一些的了解了，或许能让你对 BLE 更加感兴趣一些。后续我还会给大家推出NXP QN9080 BLE 框架浅谈后续文章以及更多关于 BLE 、鼠标、键盘方面的博文，扩大大家的知识面，欢迎订阅关注我的博文。
四、参考资料
【1】《 QN908x user manual 》
【2】深入浅出理解 BLE 协议栈
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