【NRF52810编程速成课】：快速精通BLE通信协议


参考资源链接：[nRF52810低功耗蓝牙芯片技术规格详解](https://wenku.csdn.net/doc/645c391cfcc53913682c0f4c?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. BLE通信协议概述

在现代无线通信技术领域，蓝牙低能耗（Bluetooth Low Energy，简称BLE）技术因其低功耗、低成本和高效的数据传输特性，在物联网（IoT）设备中扮演着越来越重要的角色。BLE最初由蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG）设计，旨在简化蓝牙技术，使其能够适用于小型设备，如健康监测设备、智能手表、家居自动化等。BLE通信协议基于蓝牙4.0规范，其设计充分利用了现有蓝牙技术的优势，同时为低功耗应用提供了支持。

本章节我们将从BLE的基本概念讲起，概述其工作原理和协议栈结构，为后续章节深入探讨NRF52810平台上的BLE开发奠定基础。我们将讨论BLE的核心功能、主要特点以及它如何在各种设备之间建立稳定的通信连接。此外，还将探讨BLE的一些高级特性，例如广播、连接事件以及其与传统蓝牙技术的比较。通过本章的学习，读者应能够理解BLE在物联网设备中的应用场景及潜在优势。

# 2. NRF52810基础开发环境搭建

### 2.1 硬件准备与配置
#### 2.1.1 NRF52810开发板简介
NRF52810是Nordic Semiconductor推出的一款高性能蓝牙低功耗(BLE)SoC。它集成了强大的ARM Cortex-M4处理器，具有丰富的外设接口，适用于各种物联网(IoT)项目。NRF52810不仅支持BLE，还具备优秀的无线通信能力，是智能家居、健康监测设备以及各种便携式应用的理想选择。

NRF52810的特性包括：
- ARM Cortex-M4处理器，主频高达64MHz
- 256KB闪存和32KB RAM，提供足够的程序和数据存储空间
- 集成2.4GHz射频收发器，支持BLE协议栈
- 多个GPIO、ADC、UART等外设接口，方便连接各种传感器和执行器
- 低功耗模式，适用于电池供电的便携式设备

#### 2.1.2 配套硬件和外设清单
为了搭建NRF52810的基础开发环境，以下是一些必备的硬件组件：
- 1 x NRF52810开发板
- 1 x USB数据线，用于开发板与PC的连接
- 1 x 虚拟串口转接板（如果开发板支持）
- 若干跳线，用于连接开发板上的引脚
- 1 x 电脑，安装有Windows或macOS/Linux操作系统

这些硬件确保了你可以开始开发和测试NRF52810项目。接下来的章节将介绍软件开发工具的安装和配置。

### 2.2 软件开发工具安装与配置
#### 2.2.1 SDK的下载与安装
Nordic Semiconductor提供了NRF52810的SDK（软件开发工具包），其中包含了一系列用于BLE开发的工具和库。以下是SDK的下载与安装步骤：

1. 访问Nordic Semiconductor官方网站或GitHub获取NRF52810 SDK的下载链接。
2. 下载SDK的压缩包文件。
3. 解压缩文件到指定目录（例如：`C:\nRF52810`）。
4. 在解压的目录中，找到并运行安装程序或脚本。
5. 根据安装向导提示，完成SDK的安装。

确保在安装过程中添加SDK路径到系统的环境变量中，以便能够从任何目录运行SDK提供的工具。

#### 2.2.2 开发环境与编译工具链
为了编译和上传代码到NRF52810开发板，我们需要安装一个编译器和集成开发环境(IDE)。Nordic Semiconductor推荐使用 SEGGER J-Link 作为编程器以及安装以下工具：

1. 安装J-Link驱动程序，它提供了与开发板通信的底层支持。
2. 下载并安装nRF5x Command Line Tools，这包括了编译和烧录工具。
3. 安装一个支持nRF52810的IDE，比如Keil、IAR、Eclipse或Visual Studio Code。

大多数IDE都要求额外安装一些插件或扩展，以支持nRF52810开发。

#### 2.2.3 驱动程序安装与测试
驱动程序是确保你的计算机可以正确识别和与NRF52810开发板通信的关键。以下是安装和测试驱动程序的步骤：

1. 使用USB数据线将NRF52810开发板连接到PC。
2. 确认系统设备管理器中是否识别到新的硬件。如果没有，重新启动计算机或尝试使用其他USB端口。
3. 运行J-Link驱动程序安装程序，并根据提示完成安装。
4. 测试驱动程序是否正常工作，可以使用nRF Connect或nRF Doctor等Nordic提供的工具来检测开发板的连接状态。

确保所有步骤均正确执行后，你就具备了一个可以开始编程和测试的基础开发环境。

### 2.3 开发板与PC的通信连接
#### 2.3.1 虚拟串口驱动的配置
在开发过程中，通常需要通过串口来监视开发板的调试信息。NRF52810开发板通常会包含一个虚拟串口功能，它需要通过特定的驱动程序来实现。以下是配置虚拟串口驱动的步骤：

1. 连接NRF52810开发板到PC的USB端口。
2. 安装虚拟串口驱动程序，这些驱动通常随开发板提供。
3. 配置驱动程序参数，例如选择正确的COM端口和波特率。
4. 使用串口监视工具（如PuTTY、Tera Term或RealTerm）来测试通信是否正常。

#### 2.3.2 调试接口与调试会话设置
NRF52810开发板支持使用J-Link调试器进行程序的调试。以下是设置调试接口和启动调试会话的步骤：

1. 确保已经安装了J-Link驱动程序和相关的调试软件，如J-Link Commander或SEGGER Embedded Studio。
2. 启动调试软件，并连接到NRF52810开发板。
3. 配置调试会话参数，比如选择目标芯片型号和正确的调试接口。
4. 启动调试会话，并加载你的项目程序文件(.elf或.hex)到开发板。
5. 开始调试，使用断点、单步执行和变量监视等调试功能来检查程序运行情况。

完成上述步骤后，你就可以开始NRF52810开发板上的程序开发和调试了。下面的章节将讨论如何编写第一个BLE应用。

# 3. NRF52810编程基础

NRF52810是Nordic Semiconductor推出的高性能蓝牙低能耗（BLE）芯片，为BLE应用的开发提供了强大的硬件基础。本章节将介绍NRF52810编程的各个方面，旨在为读者构建扎实的BLE编程基础，并通过实践案例加深理解。

## 3.1 从Hello World开始

### 3.1.1 第一个BLE应用的创建

在Nordic提供的开发环境中，开发一个BLE应用的第一步是创建一个新项目。使用nRF5x系列的开发工具链，开发者需要安装nRF5x Command Line Tools和相应的IDE（如Keil uVision、Eclipse）。

# 创建新项目命令示例
nrfjprog -- Nordic Semiconductor Command Line Tool

`nrfjprog`是一个用于编程和调试nRF5x系列设备的命令行工具。使用该工具可以初始化开发环境，烧录固件到芯片等操作。

创建新项目的具体步骤如下：

1. 打开命令行工具，进入nRF5x系列开发工具链的目录。
2. 执行`nrfjprog -f nrf52 --eraseall`命令清空芯片的所有内容。
3. 执行`nrfjprog --program <firmware.hex>`命令烧录固件。

接下来，在IDE中配置项目，并开始编写代码。首先是初始化BLE堆栈和设置广播数据。

#include <stdint.h>
#include "nrf_sdm.h"
#include "ble_hci.h"
#include "ble_gap.h"
#include "ble_advdata.h"

void ble_stack_init(void) {
    // 初始化BLE堆栈的代码
}

int main(void) {
    // 系统初始化
    // ...
    ble_stack_init();
    // 创建并发送广播
    ble_advdata_t advdata;
    // 设置广播参数
    // ...
    // 发送广播
    // ...
}

### 3.1.2 BLE广播数据的设置与发送

BLE设备进行广播时需要设置广播数据包的内容，主要包括广播间隔、广播数据以及广播事件的时长等。

void ble_stack_init(void) {
    uint32_t err_code;
    ble_stack_init_t stack_init;
    memset(&stack_init, 0, sizeof(stack_init));
    // 配置广播参数
    ble_gap_conn_params_t gap_conn_params;
    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;
    // 初始化堆栈
    stack_init.common_param.pWithIdentifier            = IDENTIFIER;
    stack_init.common_param.eirk主权                  = EIRK;
    stack_init.common_param.eui48Identifier            = EUI48IDENTIFIER;
    stack_init.common_param.pAdvertisingData          = &advdata;
    stack_init.common_param.pScanResponseData         = NULL;
    stack_init.common_param.bleAdvertiseParams.type   = BLE_ADVERTISING_PARAMS_TYPE;
    stack_init.common_param.bleAdvertiseParams.flags  = BLE_ADVERTISING_FLAGS;
    stack_init.common_param.bleAdvertiseParams.interval = BLE_ADVERTISING_INTERVAL;
    err_code = sd_ble_stack_init(&stack_init, &stack_init_event_handler);
    APP_ERROR