Zephyr OS藍牙廣播（Advertising）功能實現

概述

1?Advertising功能介紹

1.1?實現原理

?1.2?廣播類型

?1.3?廣播數據格式

1.4?優化建議

?1.5?常見問題和解決方法

2?Nordic 藍牙廣播（Advertising）功能實現

2.1?環境準備與SDK基礎

2.2 廣播功能實現

2.3?廣播優化與最佳實踐

3?實際應用案例

3.1?iBeacon實現

3.2?環境傳感器廣播

3.3?功耗測量優化

3.4?廣播性能優化技巧

4?常見問題解決

4.1?廣播不可見

4.2?數據更新失敗

4.3?高功耗問題

概述

本文主要介紹Zephyr RTOS藍牙廣播（Advertising）功能實現，Zephyr RTOS為Nordic芯片提供了強大的藍牙支持，使開發者能夠高效實現BLE功能。下面我將詳細介紹在Zephyr OS上實現藍牙廣播的完整流程。

1?Advertising功能介紹

藍牙廣播是低功耗藍牙（BLE）中設備向外發送信息的主要方式，適用于信標、傳感器數據廣播、設備發現等場景。下面我將詳細介紹藍牙廣播的實現原理和具體方法。

1.1?實現原理

藍牙廣播的核心機制是：

設備周期性地在三個廣播信道（37, 38, 39）上發送廣播包

廣播包包含設備信息、服務標識和自定義數據

附近設備通過掃描接收這些廣播信息

設備可以設置廣播參數（間隔、類型、數據等）

?1.2?廣播類型

廣播類型	值	描述	適用場景
ADV_IND	0	可連接的非定向廣播	通用設備發現
ADV_DIRECT_IND	1	可連接的定向廣播	快速重連
ADV_SCAN_IND	2	可掃描的非定向廣播	廣播數據
ADV_NONCONN_IND	3	不可連接的非定向廣播	信標設備
ADV_DIRECT_IND_LOW	4	低占空比的定向廣播	節能設備

?1.3?廣播數據格式

1）合理組織AD結構：

// 推薦的廣播數據結構
[Flags][Service UUID][Device Name][Tx Power][Manufacturer Data]

2）控制數據長度

廣播數據：最大31字節掃描響應數據：最大31字節優先放置重要信息在廣播數據中

1.4?優化建議

1）功耗優化

適當增加廣播間隔（100ms-1s）

使用不可連接廣播類型(ADV_NONCONN_IND)

在不需要時停止廣播

2）?數據壓縮

使用緊湊的數據格式

避免重復信息

使用自定義二進制格式替代文本

?3）安全考慮：

避免廣播敏感信息

使用隨機設備地址

實現廣播數據加密（如Eddystone-EID）

?1.5?常見問題和解決方法

1）廣播數據被截斷

檢查數據長度是否超過31字節

優先放置重要數據在開頭

使用掃描響應數據補充信息

2）?設備無法被發現

確認使用了正確的廣播類型

檢查廣播信道是否被干擾

驗證廣播間隔設置是否合理

3）?功耗過高

增加廣播間隔

減少廣播數據量

使用更節能的廣播類型

?4）兼容性問題：

避免使用BLE 5.0特有功能與舊設備通信

包含基本的BLE 4.0兼容數據

提供多種廣播數據格式

2?Nordic 藍牙廣播（Advertising）功能實現

2.1?環境準備與SDK基礎

1)?開發環境

硬件：nRF52系列開發板（如nRF52832/nRF52840）

軟件：

nRF Connect SDK（最新版本）

Segger Embedded Studio 或 VSCode + nRF Connect插件

nRF Command Line Tools

2)?SDK關鍵組件

SoftDevice：藍牙協議棧

BLE Advertising Module：廣播功能核心模塊

BLE Services：GAP和GATT服務

2.2 廣播功能實現

1）基礎廣播實現

#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/bluetooth/bluetooth.h>
#include <zephyr/bluetooth/gap.h>/* 廣播參數配置 */
static const struct bt_le_adv_param *adv_param = BT_LE_ADV_PARAM(BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME, // 可連接且包含設備名800,   // 最小廣播間隔: 800*0.625ms=500ms1600,  // 最大廣播間隔: 1600*0.625ms=1000msNULL); // 對等設備地址(定向廣播使用)/* 廣播數據結構 */
static const struct bt_data ad[] = {BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR),BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, CONFIG_BT_DEVICE_NAME, sizeof(CONFIG_BT_DEVICE_NAME) - 1),
};/* 掃描響應數據 */
static const struct bt_data sd[] = {BT_DATA(BT_DATA_UUID16_ALL, BT_UUID_16_ENCODE(BT_UUID_DIS_VAL)),
};void main(void)
{int err;/* 初始化藍牙協議棧 */err = bt_enable(NULL);if (err) {printk("Bluetooth init failed (err %d)\n", err);return;}printk("Bluetooth initialized\n");/* 啟動廣播 */err = bt_le_adv_start(adv_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd, ARRAY_SIZE(sd));if (err) {printk("Advertising failed to start (err %d)\n", err);return;}printk("Advertising successfully started\n");/* 主循環 */while (1) {k_sleep(K_SECONDS(10));// 在此添加廣播更新邏輯}
}

2）高級廣播功能

- 2.1）?制造商特定數據廣播

/* 制造商特定數據結構 */
#define MANUFACTURER_ID 0x0059 // Nordic的廠商IDstatic uint8_t mfg_data[5] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05}; // 自定義數據static struct bt_data custom_ad[] = {BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR),BT_DATA(BT_DATA_MANUFACTURER_DATA, mfg_data, sizeof(mfg_data)),
};/* 更新廣播數據 */
void update_advertising_data(void)
{// 動態更新制造商數據mfg_data[0] = (k_uptime_get_32() >> 24) & 0xFF;mfg_data[1] = (k_uptime_get_32() >> 16) & 0xFF;// 停止當前廣播bt_le_adv_stop();// 使用新數據重新啟動廣播bt_le_adv_start(adv_param, custom_ad, ARRAY_SIZE(custom_ad), NULL, 0);
}

-2.2）擴展廣播 (BLE 5.0+)

#if defined(CONFIG_BT_EXT_ADV)
/* 擴展廣播參數 */
static const struct bt_le_adv_param ext_adv_param = {.id = 0,.sid = 0,.secondary_max_skip = 0,.options = BT_LE_ADV_OPT_EXT_ADV | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME |BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE,.interval_min = BT_GAP_ADV_FAST_INT_MIN_2, // 30ms.interval_max = BT_GAP_ADV_FAST_INT_MAX_2, // 50ms.peer = NULL,
};/* 配置擴展廣播 */
void start_extended_advertising(void)
{struct bt_le_ext_adv *ext_adv;int err;/* 創建擴展廣播實例 */err = bt_le_ext_adv_create(&ext_adv_param, NULL, &ext_adv);if (err) {printk("Failed to create extended advertising set (err %d)\n", err);return;}/* 設置廣播數據 */err = bt_le_ext_adv_set_data(ext_adv, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd, ARRAY_SIZE(sd));if (err) {printk("Failed to set advertising data (err %d)\n", err);return;}/* 啟動擴展廣播 */err = bt_le_ext_adv_start(ext_adv, BT_LE_EXT_ADV_START_DEFAULT);if (err) {printk("Failed to start extended advertising (err %d)\n", err);return;}printk("Extended advertising started\n");
}
#endif /* CONFIG_BT_EXT_ADV */

3. 動態廣播間隔調整

/* 動態調整廣播間隔 */
void adjust_advertising_interval(uint16_t min_interval, uint16_t max_interval)
{// 創建新的廣播參數const struct bt_le_adv_param *new_param = BT_LE_ADV_PARAM(BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE | BT_LE_ADV_OPT_USE_NAME,min_interval,max_interval,NULL);// 停止當前廣播bt_le_adv_stop();// 使用新參數啟動廣播bt_le_adv_start(new_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd, ARRAY_SIZE(sd));printk("Advertising interval adjusted to %d-%d ms\n",min_interval * 5 / 8, max_interval * 5 / 8);
}/* 在低功耗模式下延長廣播間隔 */
void enter_low_power_mode(void)
{// 設置長間隔：2000-4000 msadjust_advertising_interval(3200, 6400);
}/* 在活躍模式下縮短廣播間隔 */
void enter_active_mode(void)
{// 設置短間隔：100-200 msadjust_advertising_interval(160, 320);
}