[應用] 藍芽 BLE client/server 架構：BLE remote controller

- 4月 20, 2022

實作目的

本文要實現一個藍芽 BLE client/server 的架構，以 Filogic 130A 開發板做為智慧音箱的 BLE server 端，另外 ESP32 的藍芽遙控器做為 BLE client 端，架構圖如下所示。在先前的文章https://han-ya.blogspot.com/2022/04/smart-speaker-on-filogic-130a-kit.html 已經實現智慧音箱的功能，不只是聲控方式，我們還希望能再增加無線遙控的功能。然而， MT7933 晶片(Cortex-M33)本身有語音運算且具有藍芽連接的能力，所以採用 BLE 來達到這項目的。本文的最後一段，有影片呈現實現的結果。

架構中，做為 BLE server 的設備，就是等待其他周邊設備的連接請求，所以連線之前需要發出廣播與配對 (advertising) 的訊號到空中。另一方面，做為 BLE client 的設備，本身要進入掃描模式，查看空中有哪些 server 設備，然後再對特定的 server 提出連線的請求。等連線成功後，client 便可以取得 server 端的 GATT 各種屬性。

圖一：BLE client / server 架構圖

ESP32 client

在 Arduino IDE 開發環境中，ESP32 提供不少範例程式，其中打開範例 ESP32 BLE Arduino\BLE_client，這是一個 client 端的應用，它會開啟 scan 模式，掃描周圍能提供服務的藍芽設備，並將名稱顯示在 COM port 上，如下圖所示，這個範例能掃描到藍芽位址，設備名稱，以及服務的 UUID。一般來說，client 設備上會有顯示資訊，讓我們選擇連線哪一個藍芽設備，在 ESP32 BLE 模組就先用 COM port 充當顯示囉！

圖二：BLE client 掃描設備的結果

如果 client 端要連線某一指定的設備，要先知道設備名稱，比如我們這個實驗打算連線的是 Filogic 130A 開發板，它廣播的名稱為 "BLE_SMTCN"，那 client 端的程式被我改寫成，只要一掃瞄到這個名稱後，便向這設備進行連線的請求。連線成功後，我們看到 COM port 訊息如下，接著就可以透過 BLE 的服務 UUID 通道傳送資料到 server 端。

圖三：BLE 連線成功

在 ESP32 板子上，拉出四個GPIO，當作按鈕之用(分別是 Next, Previous, Stop, Play)，並將按鈕的狀態發送到 BLE server 上，做到藍芽遙控的功能。

BLE server

在藍芽 server 端是 Filogic 130A 開發板，它本身就具備多個無線連結的功能(WiFi 和 BT)，底下說明如何啟用 BLE server 的功能。首先，初始化並開啟 BLE 的程式碼，如下：

printf("BT INIT MODE\n");

if ( bt_get_init_mode() != BT_BOOT_INIT_MODE_GATTS ) // 開機模式為 GATT

{

if ( bt_save_init_mode((uint8_t)BT_BOOT_INIT_MODE_GATTS) )

bt_reboot_system();

}

printf("BT INIT\n");

init_connection_info(); // 初始化

bt_create_task(); // 開啟藍芽功能

雖然 Filogic 130A 開啟了藍芽，但是這個 BLE server 還沒廣播本身服務 UUID，因此需要調用底下的函數，讓這個設備進入廣播，也就是 pairing (advertising)，等待 BLE client 的連線。

printf("BLE SMTCN INIT\n");

ble_smtcn_init(); // 初始化 pair 數據

ble_smtcn_start_adv(NULL, 0); // 開始 pairing

在 SDK 的原始碼中，我們可以修改 server 設備的名稱，ble_smtcn.c 檔案裡面已經定義名稱，還有定義服務的 UUID 以及屬性的 UUID，如下所示。目前 SDK 定義的服務 UUID: 0x18AA，屬性 UUID 為 0x2AAA

手機連線 (client 端)

手機上的 APP (BLE Scanner) 也可以做為 BLE client 端的測試工具，當連線到 Filogic 130A 板子後，呈現的畫面如下圖四，我們可以清楚看到 server 端所提供的服務與 UUID，服務的屬性。該板子有提供 "Write" 屬性，代表 client 端可以上傳資料到 server 端，server 端收到資料後，便能做處理達到藍芽遙控器的功能。

圖四：手機 app -- BLE Scanner 連線畫面

最後，我們將實現的結果拍成影片，影片中不只用藍芽來遙控音樂的播放，也可以使用聲控的方式控制音樂播放與停止。YouTube 影片連結如下：

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