시작하기
지금까지 nRF52832 DK를 사용해서 GPIO 출력, 입력, 타이머, TWI(I2C), SPI, UART 등 다양한 주변기기 사용 방법에 대해서 알아보았다.
이제부터는 블루투스 예제들을 살펴보자.
일단 블루투스 예제들을 테스트하기 위해서 스마트폰에 Nordic App들을 설치받아야 한다.
시작하기에 앞서 안드로이드 스마트폰을 기준으로 글이 작성되는 점 참고 바랍니다.
구글 플레이스토어에서 Nordic을 검색해 "nRF ToolBox"와 "nRF Connect" 이 2개의 애플리케이션을 설치하도록 하자.
앞으로 진행되는 블루투스 예제들의 테스트를 위해서 필요하다.
\examples\ble_peripheral\ble_app_blinky\pca10040\s132\ses 폴더에서 프로젝트를 열고 펌웨어를 다운로드한다.
예제는 블루투스를 통해 LED를 제어하고 버튼 상태를 확인할 수 있는 간단한 동작을 한다.
해당 예제를 테스트하기 위해서 구글 플레이스토어에서 "nRF Blinky" 애플리케이션을 설치하도록 하자.
nRF Toolbox 애플리케이션을 실행하고 BLINKY라고 적힌 아이콘을 선택하면 사진과 같이 목록에 Nordic_Blinky가 나오는 것을 확인할 수 있다.
이때 nRF52 DK는 LED1이 켜져 있는 상태이다.
이제 목록에서 Nordic_Blinky를 선택해 페어링을 하면 사진과 같이 LED 스위치와 버튼 상태를 알려주는 화면이 나타난다.
이때 nRF52 DK는 LED1이 꺼져 있고 LED2가 켜져 있는 상태이다.
애플리케이션에서 LED 항목에 OFF로 표시된 스위치를 ON으로 변경하면 nRF52 DK에서 LED3이 켜진다.
그리고 버튼 1을 눌러보면 PRESSED라고 상태가 변경되는 것을 확인할 수 있다.
이제 소스코드를 살펴보면서 실제로 동작되는 방법에 대해서 알아보도록 하자.
#define DEVICE_NAME "Nordic_Blinky" /**< Name of device. Will be included in the advertising data. */
#define APP_BLE_OBSERVER_PRIO 3 /**< Application's BLE observer priority. You shouldn't need to modify this value. */
#define APP_BLE_CONN_CFG_TAG 1 /**< A tag identifying the SoftDevice BLE configuration. */
#define APP_ADV_INTERVAL 64 /**< The advertising interval (in units of 0.625 ms; this value corresponds to 40 ms). */
#define APP_ADV_DURATION BLE_GAP_ADV_TIMEOUT_GENERAL_UNLIMITED /**< The advertising time-out (in units of seconds). When set to 0, we will never time out. */
#define MIN_CONN_INTERVAL MSEC_TO_UNITS(100, UNIT_1_25_MS) /**< Minimum acceptable connection interval (0.5 seconds). */
#define MAX_CONN_INTERVAL MSEC_TO_UNITS(200, UNIT_1_25_MS) /**< Maximum acceptable connection interval (1 second). */
#define SLAVE_LATENCY 0 /**< Slave latency. */
#define CONN_SUP_TIMEOUT MSEC_TO_UNITS(4000, UNIT_10_MS) /**< Connection supervisory time-out (4 seconds). */
#define FIRST_CONN_PARAMS_UPDATE_DELAY APP_TIMER_TICKS(20000) /**< Time from initiating event (connect or start of notification) to first time sd_ble_gap_conn_param_update is called (15 seconds). */
#define NEXT_CONN_PARAMS_UPDATE_DELAY APP_TIMER_TICKS(5000) /**< Time between each call to sd_ble_gap_conn_param_update after the first call (5 seconds). */
#define MAX_CONN_PARAMS_UPDATE_COUNT 3 /**< Number of attempts before giving up the connection parameter negotiation. */
#define BUTTON_DETECTION_DELAY APP_TIMER_TICKS(50) /**< Delay from a GPIOTE event until a button is reported as pushed (in number of timer ticks). */
#define DEAD_BEEF 0xDEADBEEF /**< Value used as error code on stack dump, can be used to identify stack location on stack unwind. */
BLE_LBS_DEF(m_lbs); /**< LED Button Service instance. */
NRF_BLE_GATT_DEF(m_gatt); /**< GATT module instance. */
NRF_BLE_QWR_DEF(m_qwr); /**< Context for the Queued Write module.*/
static uint16_t m_conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID; /**< Handle of the current connection. */
static uint8_t m_adv_handle = BLE_GAP_ADV_SET_HANDLE_NOT_SET; /**< Advertising handle used to identify an advertising set. */
static uint8_t m_enc_advdata[BLE_GAP_ADV_SET_DATA_SIZE_MAX]; /**< Buffer for storing an encoded advertising set. */
static uint8_t m_enc_scan_response_data[BLE_GAP_ADV_SET_DATA_SIZE_MAX]; /**< Buffer for storing an encoded scan data. */
int main(void)
{
// Initialize.
log_init();
leds_init();
timers_init();
buttons_init();
power_management_init();
ble_stack_init();
gap_params_init();
gatt_init();
services_init();
advertising_init();
conn_params_init();
// Start execution.
NRF_LOG_INFO("Blinky example started.");
advertising_start();
// Enter main loop.
for (;;)
{
idle_state_handle();
}
}
main 함수를 보면 주변기기 설정과 블루투스 설정을 하는 부분으로 나눌 수 있다.
먼저 주변기기 설정은 log_init, leds_init, timers_init, buttons_init, power_management_init 함수를 호출한다.
주변기기 설정 중 buttons_init 함수만 살펴보도록 하자.
app_button_init 함수의 전달 인자로 버튼 1과 button_event_handler 함수가 전달된다.
버튼 1이 눌리게 되면 button_event_handler 함수가 호출되며 ble_lbs_on_button_change 함수로 버튼 상태를 블루투스로 전송한다.
uint32_t ble_lbs_on_button_change(uint16_t conn_handle, ble_lbs_t * p_lbs, uint8_t button_state)
{
ble_gatts_hvx_params_t params;
uint16_t len = sizeof(button_state);
memset(¶ms, 0, sizeof(params));
params.type = BLE_GATT_HVX_NOTIFICATION;
params.handle = p_lbs->button_char_handles.value_handle;
params.p_data = &button_state;
params.p_len = &len;
return sd_ble_gatts_hvx(conn_handle, ¶ms);
}
/**@brief Function for handling events from the button handler module.
*
* @param[in] pin_no The pin that the event applies to.
* @param[in] button_action The button action (press/release).
*/
static void button_event_handler(uint8_t pin_no, uint8_t button_action)
{
ret_code_t err_code;
switch (pin_no)
{
case LEDBUTTON_BUTTON:
NRF_LOG_INFO("Send button state change.");
err_code = ble_lbs_on_button_change(m_conn_handle, &m_lbs, button_action);
if (err_code != NRF_SUCCESS &&
err_code != BLE_ERROR_INVALID_CONN_HANDLE &&
err_code != NRF_ERROR_INVALID_STATE &&
err_code != BLE_ERROR_GATTS_SYS_ATTR_MISSING)
{
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
break;
default:
APP_ERROR_HANDLER(pin_no);
break;
}
}
static void buttons_init(void)
{
ret_code_t err_code;
//The array must be static because a pointer to it will be saved in the button handler module.
static app_button_cfg_t buttons[] =
{
{LEDBUTTON_BUTTON, false, BUTTON_PULL, button_event_handler}
};
err_code = app_button_init(buttons, ARRAY_SIZE(buttons),
BUTTON_DETECTION_DELAY);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
ble_stack_init 함수를 호출해 BLE 스택을 설정하고 블루투스 이벤트 핸들러로 ble_evt_handler 함수를 선언한다.
페어링이 되면 BLE_GAP_EVT_CONNECTED 이벤트가 발생해 LED1을 끄고 LED2를 켠다.
페어링이 끊어지면 BLE_GAP_EVT_DISCONNECTED 이벤트가 발생해 LED2를 끄고 advertising_start 함수를 호출한다.
/**@brief Function for handling BLE events.
*
* @param[in] p_ble_evt Bluetooth stack event.
* @param[in] p_context Unused.
*/
static void ble_evt_handler(ble_evt_t const * p_ble_evt, void * p_context)
{
ret_code_t err_code;
switch (p_ble_evt->header.evt_id)
{
case BLE_GAP_EVT_CONNECTED:
NRF_LOG_INFO("Connected");
bsp_board_led_on(CONNECTED_LED);
bsp_board_led_off(ADVERTISING_LED);
m_conn_handle = p_ble_evt->evt.gap_evt.conn_handle;
err_code = nrf_ble_qwr_conn_handle_assign(&m_qwr, m_conn_handle);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
err_code = app_button_enable();
APP_ERROR_CHECK(err_code);
break;
case BLE_GAP_EVT_DISCONNECTED:
NRF_LOG_INFO("Disconnected");
bsp_board_led_off(CONNECTED_LED);
m_conn_handle = BLE_CONN_HANDLE_INVALID;
err_code = app_button_disable();
APP_ERROR_CHECK(err_code);
advertising_start();
break;
case BLE_GAP_EVT_SEC_PARAMS_REQUEST:
// Pairing not supported
err_code = sd_ble_gap_sec_params_reply(m_conn_handle,
BLE_GAP_SEC_STATUS_PAIRING_NOT_SUPP,
NULL,
NULL);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
break;
case BLE_GAP_EVT_PHY_UPDATE_REQUEST:
{
NRF_LOG_DEBUG("PHY update request.");
ble_gap_phys_t const phys =
{
.rx_phys = BLE_GAP_PHY_AUTO,
.tx_phys = BLE_GAP_PHY_AUTO,
};
err_code = sd_ble_gap_phy_update(p_ble_evt->evt.gap_evt.conn_handle, &phys);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
} break;
case BLE_GATTS_EVT_SYS_ATTR_MISSING:
// No system attributes have been stored.
err_code = sd_ble_gatts_sys_attr_set(m_conn_handle, NULL, 0, 0);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
break;
case BLE_GATTC_EVT_TIMEOUT:
// Disconnect on GATT Client timeout event.
NRF_LOG_DEBUG("GATT Client Timeout.");
err_code = sd_ble_gap_disconnect(p_ble_evt->evt.gattc_evt.conn_handle,
BLE_HCI_REMOTE_USER_TERMINATED_CONNECTION);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
break;
case BLE_GATTS_EVT_TIMEOUT:
// Disconnect on GATT Server timeout event.
NRF_LOG_DEBUG("GATT Server Timeout.");
err_code = sd_ble_gap_disconnect(p_ble_evt->evt.gatts_evt.conn_handle,
BLE_HCI_REMOTE_USER_TERMINATED_CONNECTION);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
break;
default:
// No implementation needed.
break;
}
}
/**@brief Function for initializing the BLE stack.
*
* @details Initializes the SoftDevice and the BLE event interrupt.
*/
static void ble_stack_init(void)
{
ret_code_t err_code;
err_code = nrf_sdh_enable_request();
APP_ERROR_CHECK(err_code);
// Configure the BLE stack using the default settings.
// Fetch the start address of the application RAM.
uint32_t ram_start = 0;
err_code = nrf_sdh_ble_default_cfg_set(APP_BLE_CONN_CFG_TAG, &ram_start);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
// Enable BLE stack.
err_code = nrf_sdh_ble_enable(&ram_start);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
// Register a handler for BLE events.
NRF_SDH_BLE_OBSERVER(m_ble_observer, APP_BLE_OBSERVER_PRIO, ble_evt_handler, NULL);
}
gap_params_init 함수는 GAP를 설정하는 부분이다.
sd_ble_gap_device_name_set 함수를 통해 Advertising 되는 장치 이름을 설정한다.
sd_ble_gap_ppcp_set 함수를 통해 nRF52 DK가 PPCP로 동작하도록 설정한다.
/**@brief Function for the GAP initialization.
*
* @details This function sets up all the necessary GAP (Generic Access Profile) parameters of the
* device including the device name, appearance, and the preferred connection parameters.
*/
static void gap_params_init(void)
{
ret_code_t err_code;
ble_gap_conn_params_t gap_conn_params;
ble_gap_conn_sec_mode_t sec_mode;
BLE_GAP_CONN_SEC_MODE_SET_OPEN(&sec_mode);
err_code = sd_ble_gap_device_name_set(&sec_mode,
(const uint8_t *)DEVICE_NAME,
strlen(DEVICE_NAME));
APP_ERROR_CHECK(err_code);
memset(&gap_conn_params, 0, sizeof(gap_conn_params));
gap_conn_params.min_conn_interval = MIN_CONN_INTERVAL;
gap_conn_params.max_conn_interval = MAX_CONN_INTERVAL;
gap_conn_params.slave_latency = SLAVE_LATENCY;
gap_conn_params.conn_sup_timeout = CONN_SUP_TIMEOUT;
err_code = sd_ble_gap_ppcp_set(&gap_conn_params);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
gatt_init 함수를 호출해 GATT를 사용할 수 있도록 활성화한다.
/**@brief Function for initializing the GATT module.
*/
static void gatt_init(void)
{
ret_code_t err_code = nrf_ble_gatt_init(&m_gatt, NULL);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
services_init 함수를 호출해 BLE 서비스를 설정하는데 ble_lbs_init 함수로 Nordic_Blinky 서비스를 등록한다.
서비스 핸들러로 led_write_handler 함수가 호출된다.
/**@brief Function for handling write events to the LED characteristic.
*
* @param[in] p_lbs Instance of LED Button Service to which the write applies.
* @param[in] led_state Written/desired state of the LED.
*/
static void led_write_handler(uint16_t conn_handle, ble_lbs_t * p_lbs, uint8_t led_state)
{
if (led_state)
{
bsp_board_led_on(LEDBUTTON_LED);
NRF_LOG_INFO("Received LED ON!");
}
else
{
bsp_board_led_off(LEDBUTTON_LED);
NRF_LOG_INFO("Received LED OFF!");
}
}
/**@brief Function for initializing services that will be used by the application.
*/
static void services_init(void)
{
ret_code_t err_code;
ble_lbs_init_t init = {0};
nrf_ble_qwr_init_t qwr_init = {0};
// Initialize Queued Write Module.
qwr_init.error_handler = nrf_qwr_error_handler;
err_code = nrf_ble_qwr_init(&m_qwr, &qwr_init);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
// Initialize LBS.
init.led_write_handler = led_write_handler;
err_code = ble_lbs_init(&m_lbs, &init);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
LED와 버튼 서비스가 등록되는 ble_lbs_init 함수를 살펴보도록 하자.
sd_ble_uuid_vs_add 함수를 통해 서비스의 기본 UUID를 등록한다.
서비스 UUID는 1523이며 LED의 UUID는 1525이고 버튼의 UUID는 1524이다.
sd_ble_gatts_service_add 함수를 통해 Nordic_Blinky 서비스가 등록된다.
characteristic_add 함수를 통해 LED와 버튼에 대한 Characteristics를 추가한다.
uint32_t ble_lbs_init(ble_lbs_t * p_lbs, const ble_lbs_init_t * p_lbs_init)
{
uint32_t err_code;
ble_uuid_t ble_uuid;
ble_add_char_params_t add_char_params;
// Initialize service structure.
p_lbs->led_write_handler = p_lbs_init->led_write_handler;
// Add service.
ble_uuid128_t base_uuid = {LBS_UUID_BASE};
err_code = sd_ble_uuid_vs_add(&base_uuid, &p_lbs->uuid_type);
VERIFY_SUCCESS(err_code);
ble_uuid.type = p_lbs->uuid_type;
ble_uuid.uuid = LBS_UUID_SERVICE;
err_code = sd_ble_gatts_service_add(BLE_GATTS_SRVC_TYPE_PRIMARY, &ble_uuid, &p_lbs->service_handle);
VERIFY_SUCCESS(err_code);
// Add Button characteristic.
memset(&add_char_params, 0, sizeof(add_char_params));
add_char_params.uuid = LBS_UUID_BUTTON_CHAR;
add_char_params.uuid_type = p_lbs->uuid_type;
add_char_params.init_len = sizeof(uint8_t);
add_char_params.max_len = sizeof(uint8_t);
add_char_params.char_props.read = 1;
add_char_params.char_props.notify = 1;
add_char_params.read_access = SEC_OPEN;
add_char_params.cccd_write_access = SEC_OPEN;
err_code = characteristic_add(p_lbs->service_handle,
&add_char_params,
&p_lbs->button_char_handles);
if (err_code != NRF_SUCCESS)
{
return err_code;
}
// Add LED characteristic.
memset(&add_char_params, 0, sizeof(add_char_params));
add_char_params.uuid = LBS_UUID_LED_CHAR;
add_char_params.uuid_type = p_lbs->uuid_type;
add_char_params.init_len = sizeof(uint8_t);
add_char_params.max_len = sizeof(uint8_t);
add_char_params.char_props.read = 1;
add_char_params.char_props.write = 1;
add_char_params.read_access = SEC_OPEN;
add_char_params.write_access = SEC_OPEN;
return characteristic_add(p_lbs->service_handle, &add_char_params, &p_lbs->led_char_handles);
}
advertising_init 함수를 호출해 Advertising 설정을 한다.
ble_advdata_encode 함수를 통해 Advertising 및 스캔 응답 데이터 포맷을 설정한다.
sd_ble_gap_adv_set_configure 함수로 Advertising 되는 GAP 타입을 설정한다.
/**@brief Function for initializing the Advertising functionality.
*
* @details Encodes the required advertising data and passes it to the stack.
* Also builds a structure to be passed to the stack when starting advertising.
*/
static void advertising_init(void)
{
ret_code_t err_code;
ble_advdata_t advdata;
ble_advdata_t srdata;
ble_uuid_t adv_uuids[] = {{LBS_UUID_SERVICE, m_lbs.uuid_type}};
// Build and set advertising data.
memset(&advdata, 0, sizeof(advdata));
advdata.name_type = BLE_ADVDATA_FULL_NAME;
advdata.include_appearance = true;
advdata.flags = BLE_GAP_ADV_FLAGS_LE_ONLY_GENERAL_DISC_MODE;
memset(&srdata, 0, sizeof(srdata));
srdata.uuids_complete.uuid_cnt = sizeof(adv_uuids) / sizeof(adv_uuids[0]);
srdata.uuids_complete.p_uuids = adv_uuids;
err_code = ble_advdata_encode(&advdata, m_adv_data.adv_data.p_data, &m_adv_data.adv_data.len);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
err_code = ble_advdata_encode(&srdata, m_adv_data.scan_rsp_data.p_data, &m_adv_data.scan_rsp_data.len);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
ble_gap_adv_params_t adv_params;
// Set advertising parameters.
memset(&adv_params, 0, sizeof(adv_params));
adv_params.primary_phy = BLE_GAP_PHY_1MBPS;
adv_params.duration = APP_ADV_DURATION;
adv_params.properties.type = BLE_GAP_ADV_TYPE_CONNECTABLE_SCANNABLE_UNDIRECTED;
adv_params.p_peer_addr = NULL;
adv_params.filter_policy = BLE_GAP_ADV_FP_ANY;
adv_params.interval = APP_ADV_INTERVAL;
err_code = sd_ble_gap_adv_set_configure(&m_adv_handle, &m_adv_data, &adv_params);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
conn_params_init 함수를 호출해 연결에 관련된 설정을 한다.
/**@brief Function for initializing the Connection Parameters module.
*/
static void conn_params_init(void)
{
ret_code_t err_code;
ble_conn_params_init_t cp_init;
memset(&cp_init, 0, sizeof(cp_init));
cp_init.p_conn_params = NULL;
cp_init.first_conn_params_update_delay = FIRST_CONN_PARAMS_UPDATE_DELAY;
cp_init.next_conn_params_update_delay = NEXT_CONN_PARAMS_UPDATE_DELAY;
cp_init.max_conn_params_update_count = MAX_CONN_PARAMS_UPDATE_COUNT;
cp_init.start_on_notify_cccd_handle = BLE_GATT_HANDLE_INVALID;
cp_init.disconnect_on_fail = false;
cp_init.evt_handler = on_conn_params_evt;
cp_init.error_handler = conn_params_error_handler;
err_code = ble_conn_params_init(&cp_init);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
}
마지막으로 advertising_start 함수를 호출해 장치를 Advertising 해주면 애플리케이션 목록에 나타나게 된다.
/**@brief Function for starting advertising.
*/
static void advertising_start(void)
{
ret_code_t err_code;
err_code = sd_ble_gap_adv_start(m_adv_handle, APP_BLE_CONN_CFG_TAG);
APP_ERROR_CHECK(err_code);
bsp_board_led_on(ADVERTISING_LED);
}
이제 nRF Connect 애플리케이션을 통해 블루투스 동작이 어떤 식으로 이루어지는지 알아보자.
목록에서 NORDIC_BLINKY를 선택해서 연결하면 사진과 같이 Nordic LED Button Service 항목이 나타나며 이를 선택하면 Button과 LED 서비스가 있는 것을 확인할 수 있다.
ble_lbs_init 함수를 통해 설정한 서비스들의 UUID를 살펴보자.
기본이 되는 PRIMARY 서비스 UUID는 1523이고 Button 서비스 UUID는 1524, LED 서비스 UUID는 1525로 적혀있는 것을 알 수 있다.
characteristic_add 함수로 Button 서비스를 설정할 때 매개 변수로 add_char_params.char_props.read = 1, notify = 1로 설정한 부분이 Button 서비스의 Properties에 NOTIFY, READ로 나와 있는 것을 알 수 있다.
즉, Button 서비스는 알림과 읽기가 가능하다.
Descriptors를 보면 Client Characteristic Configuration이 있는데 [⬇] 버튼을 눌러보면 Value 항목이 나타난다.
Notifications and indications disabled라고 되어 있는데 이렇게 되어 있는 경우 알림 기능이 꺼져 있어 버튼 1을 눌러도 Button 서비스에 버튼 1 상태에 대한 정보가 나타나지 않는다.
Button 서비스에 [⬇⬇⬇] 버튼을 눌러보면 Notifications enabled로 변경된다.
이제 버튼 1을 눌러보면 Button 서비스에 Value 항목이 나타나고 버튼 1 상태가 값으로 나타나게 된다.
LED 서비스의 Properties를 보면 READ, WRITE로 나와있다.
[⬇] 버튼을 눌러보면 Value 항목에 LED Disabled로 나타날 것이다.
[⬆] 버튼을 눌러보면 Wirte value 창이 나타나고 OFF 또는 ON을 선택해 보낼 수 있다.
ON을 선택하고 SEND를 누르면 led_write_handler 함수가 호출되면서 LED3을 켜고 Value 항목의 값이 LED enabled로 나타난다.
앞으로
ble_app_blinky 예제를 통해 블루투스 첫 개발을 시작해보았다.
블루투스 스택에 대한 기본적인 지식이 없어 GATT라던지 GAP 같은 설정값에 어떤 것들이 필요한지 등에 대한 이해가 부족하다.
하지만 노르딕에서 제공하는 예제를 통해 하나씩 하다 보면 언젠가 알게 될 거라고 계속 진행하도록 하자.
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