Rdzleo/Baji_Rtc_Toy

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Rdzleo 03496efecb 1、初始化代码，待适配中....

2026-02-24 15:28:34 +08:00

14 KiB

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BLE JSON 通讯模块开发计划

新增功能，保留原有 BluFi 配网等全部功能不变。

一、功能定位

在现有 BluFi 蓝牙配网基础上，新增一个自定义 BLE GATT Service，使用 JSON 格式进行设备与 App 之间的双向通讯。

BluFi 配网模块（bluetooth_provisioning.*）：完全保留，不做任何修改
新 BLE JSON 通讯模块（ble_service.*）：独立注册 GATTS App，与 BluFi 共存

共存原理

Bluedroid GATTS 栈（已配置 max_profiles=8）
  ├── App 0: BluFi Service (UUID: 0xFFFF)    ← 已有，不动
  └── App 1: JSON Service  (UUID: 0xAB00)    ← 新增

两个 App 独立回调、独立 handle，共享同一个 Bluedroid 栈和 BLE 连接。

二、底层传输参数约束

参数	值	说明
默认 MTU	23 bytes	BLE 标准默认值
协商目标 MTU	512 bytes	`esp_ble_gatt_set_local_mtu(512)`
ATT 协议头开销	3 bytes	固定开销
单包最大有效载荷	509 bytes	512 - 3
广播包最大长度	31 + 31 bytes	ADV + SCAN RSP
BLE 协议版本	4.2	BLE 5.0 已关闭（BluFi 兼容）
最大连接数	4 (CONFIG_BT_ACL_CONNECTIONS)	当前 BluFi 占 1

三、GATT Service 设计

Custom JSON Communication Service
│
├── Service UUID: 0xAB00 (Primary Service)
│
├── Characteristic 1: JSON_WRITE (App → 设备)
│   ├── UUID:        0xAB01
│   ├── Properties:  WRITE
│   ├── Permissions: ESP_GATT_PERM_WRITE
│   └── Max Value:   512 bytes
│
├── Characteristic 2: JSON_NOTIFY (设备 → App)
│   ├── UUID:        0xAB02
│   ├── Properties:  NOTIFY | READ
│   ├── Permissions: ESP_GATT_PERM_READ
│   ├── Max Value:   512 bytes
│   └── Descriptor:  CCCD (0x2902, 2 bytes, 用于开启/关闭 NOTIFY)
│
└── Characteristic 3: JSON_STATUS (设备状态被动读取，可选)
    ├── UUID:        0xAB03
    ├── Properties:  READ
    ├── Permissions: ESP_GATT_PERM_READ
    └── Max Value:   512 bytes

四、JSON 消息格式

4.1 公共格式

请求（App → 设备）：

{"cmd":"xxx","id":1,"data":{...}}

响应（设备 → App）：

{"cmd":"xxx","id":1,"code":0,"data":{...}}

主动推送（设备 → App，无 id）：

{"cmd":"event","data":{"type":"xxx",...}}

4.2 固定开销

字段	占用	说明
`{"cmd":""}`	10 bytes	命令名空壳
`,"id":1`	7 bytes	消息 ID（1~999）
`,"data":{}`	10 bytes	数据域空壳
`,"code":0`	9 bytes	响应码（仅响应）
请求固定开销	~27 bytes	留给 data 约 482 bytes
响应固定开销	~36 bytes	留给 data 约 473 bytes

五、逐条命令参数与大小计算

5.1 set_wifi — WiFi 配置

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"set_wifi","id":1,"data":{"ssid":"MyHomeWiFi_5G","pass":"myP@ssw0rd123"}}

字段	类型	最大长度	来源
ssid	string	32 bytes	IEEE 802.11 标准
pass	string	64 bytes	WPA2 标准

最大请求大小： 55(框架) + 32(ssid) + 64(pass) = 151 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"set_wifi","id":1,"code":0,"data":{"status":"connecting"}}

大小： ~60 bytes → 单包 ✅

5.2 wifi_list — 获取 WiFi 列表

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"wifi_list","id":2}

大小： 24 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"wifi_list","id":2,"code":0,"data":{"list":[{"s":"MyWiFi","r":-40},{"s":"Office","r":-55}]}}

字段	类型	最大长度	说明
s	string	32 bytes	SSID 名称
r	number	4 bytes	RSSI 值 (-100~0)

单条记录最大： ~46 bytes（SSID 32字符时）

容量计算（可用空间 = 509 - 58 = 451 bytes）：

场景	每条大小	单包可容纳
典型（SSID ~10字符）	~25 bytes	~17 条
最坏（SSID 32字符）	~46 bytes	~9 条
设计限制	—	最多返回 8 条

最大响应大小： 58(框架) + 8 × 46 = 426 bytes → 单包 ✅

5.3 dev_info — 获取设备信息

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"dev_info","id":3}

大小： 23 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"dev_info","id":3,"code":0,"data":{"model":"Kapi_Rtc","fw":"1.0.0","mac":"AA:BB:CC:DD:EE:FF","board":"movecall-moji-esp32s3","uuid":"xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx"}}

字段	类型	最大长度	说明
model	string	20 bytes	产品型号
fw	string	12 bytes	固件版本 x.x.x
mac	string	17 bytes	MAC 地址 AA:BB:CC:DD:EE:FF
board	string	30 bytes	板型名称
uuid	string	36 bytes	设备 UUID

最大响应大小： ~180 bytes → 单包 ✅

5.4 status — 获取设备运行状态

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"status","id":4}

大小： 21 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"status","id":4,"code":0,"data":{"state":"idle","bat":85,"chg":false,"rssi":-45,"vol":70}}

字段	类型	最大长度	说明
state	string	11 bytes	设备状态（见状态枚举表）
bat	number	3 bytes	电池电量 0~100
chg	boolean	5 bytes	是否充电中
rssi	number	4 bytes	WiFi 信号 -100~0
vol	number	3 bytes	音量 0~100

设备状态枚举对照：

DeviceState 枚举	JSON 值	字节数
kDeviceStateUnknown	`"unknown"`	7
kDeviceStateStarting	`"starting"`	8
kDeviceStateWifiConfiguring	`"wifi_config"`	11
kDeviceStateIdle	`"idle"`	4
kDeviceStateConnecting	`"connecting"`	10
kDeviceStateListening	`"listening"`	9
kDeviceStateSpeaking	`"speaking"`	8
kDeviceStateDialog	`"dialog"`	6
kDeviceStateUpgrading	`"upgrading"`	9
kDeviceStateActivating	`"activating"`	10
kDeviceStateFatalError	`"error"`	5

最大响应大小： ~105 bytes → 单包 ✅

5.5 set_vol — 设置音量

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"set_vol","id":5,"data":{"vol":80}}

字段	类型	范围	说明
vol	number	0~100	音量百分比

最大请求大小： 37 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"set_vol","id":5,"code":0}

大小： 30 bytes → 单包 ✅

5.6 iot — 控制 IoT 设备属性

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"iot","id":6,"data":{"thing":"lamp","prop":"brightness","val":50}}

字段	类型	最大长度	说明
thing	string	20 bytes	IoT 设备名 (speaker/lamp/screen 等)
prop	string	20 bytes	属性名
val	number/string/bool	20 bytes	属性值

最大请求大小： ~95 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"iot","id":6,"code":0}

大小： 27 bytes → 单包 ✅

5.7 reboot — 重启设备

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"reboot","id":7}

大小： 22 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"reboot","id":7,"code":0}

大小： 29 bytes → 单包 ✅

5.8 ota — 检查固件更新

方向： App → 设备

请求：

{"cmd":"ota","id":8}

大小： 19 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"ota","id":8,"code":0,"data":{"cur":"1.0.0","new":"1.1.0","has_update":true}}

字段	类型	最大长度	说明
cur	string	12 bytes	当前版本
new	string	12 bytes	最新版本
has_update	boolean	5 bytes	是否有更新

最大响应大小： ~78 bytes → 单包 ✅

5.9 ping — 心跳保活

方向： 双向

请求：

{"cmd":"ping","id":9}

大小： 20 bytes → 单包 ✅

响应：

{"cmd":"ping","id":9,"code":0}

大小： 28 bytes → 单包 ✅

5.10 event — 设备主动推送

方向： 设备 → App（通过 NOTIFY，无 id）

WiFi 连接成功：

{"cmd":"event","data":{"type":"wifi_connected","ssid":"Home","ip":"192.168.1.100","rssi":-40}}

最大大小： ~125 bytes → 单包 ✅

WiFi 断开：

{"cmd":"event","data":{"type":"wifi_disconnected","reason":201}}

大小： ~58 bytes → 单包 ✅

电池低电量：

{"cmd":"event","data":{"type":"low_battery","bat":10}}

大小： ~51 bytes → 单包 ✅

设备状态变化：

{"cmd":"event","data":{"type":"state_changed","state":"listening"}}

大小： ~62 bytes → 单包 ✅

六、总览表

#	命令	方向	请求最大	响应最大	单包?
1	`set_wifi`	App→设备	151 B	60 B	✅
2	`wifi_list`	App→设备	24 B	426 B (限8条)	✅
3	`dev_info`	App→设备	23 B	180 B	✅
4	`status`	App→设备	21 B	105 B	✅
5	`set_vol`	App→设备	37 B	30 B	✅
6	`iot`	App→设备	95 B	27 B	✅
7	`reboot`	App→设备	22 B	29 B	✅
8	`ota`	App→设备	19 B	78 B	✅
9	`ping`	双向	20 B	28 B	✅
10	`event`	设备→App	—	≤125 B	✅

结论：MTU=512 时，所有命令均可单包传输，不需要分包机制。

七、错误码定义

code	含义	示例场景
0	成功	所有正常响应
1	参数错误	JSON 格式错误 / 缺少必要字段
2	命令不支持	未知的 cmd
3	设备忙	正在 OTA / 正在配网
4	WiFi 连接失败	SSID 不存在 / 密码错误
5	超时	操作超时
6	内部错误	设备内部异常

错误响应示例：

{"cmd":"set_wifi","id":1,"code":4,"msg":"wrong password"}

八、通讯时序示例

场景：App 配置 WiFi

App                                          设备
 │                                            │
 │──── BLE Connect ──────────────────────────>│
 │<─── MTU Exchange (512) ───────────────────>│
 │──── Enable NOTIFY (write CCCD=0x0001) ───>│
 │                                            │
 │──── WRITE: {"cmd":"status","id":1}        │
 │<─── NOTIFY: {"cmd":"status","id":1,       │
 │       "code":0,"data":{"state":"idle",    │
 │       "bat":85,"chg":false,"rssi":0,      │
 │       "vol":70}}                           │
 │                                            │
 │──── WRITE: {"cmd":"wifi_list","id":2}     │
 │                                   [设备扫描WiFi]
 │<─── NOTIFY: {"cmd":"wifi_list","id":2,    │
 │       "code":0,"data":{"list":[           │
 │       {"s":"Home","r":-40},               │
 │       {"s":"Office","r":-55}]}}           │
 │                                            │
 │──── WRITE: {"cmd":"set_wifi","id":3,      │
 │       "data":{"ssid":"Home",              │
 │       "pass":"123456"}}                   │
 │<─── NOTIFY: {"cmd":"set_wifi","id":3,     │
 │       "code":0,"data":{                   │
 │       "status":"connecting"}}             │
 │                                   [设备连接WiFi]
 │<─── NOTIFY: {"cmd":"event","data":        │
 │       {"type":"wifi_connected",           │
 │       "ssid":"Home",                      │
 │       "ip":"192.168.1.100","rssi":-40}}   │
 │                                            │

九、实现文件清单

文件	动作	说明
`main/ble_service.h`	新增	BleJsonService 类定义
`main/ble_service.cc`	新增	GATT Server 实现 + JSON 收发
`main/ble_service_config.h`	新增	UUID / MTU / 超时等配置宏
`main/application.cc`	修改	集成 BleJsonService，注册命令处理回调
`main/application.h`	修改	添加 BleJsonService 成员指针
`main/CMakeLists.txt`	修改	添加 ble_service.cc 到编译列表
`sdkconfig.defaults`	可能修改	若需调整 GATT profile 数量
`bluetooth_provisioning.*`	不动	BluFi 配网保持原样
`bluetooth_provisioning_config.h`	不动	BluFi 配置保持原样

十、备用分包协议（当前不需要实现）

若未来某条消息超过 509 字节，可启用以下分包协议：

分包头 (2 bytes):
  Byte 0: [7:4] 总包数(1~15), [3:0] 当前包号(0~14)
  Byte 1: 0x00=中间包, 0x01=最后一包
  Byte 2~N: JSON 片段

单包判断: 首字节为 '{' (0x7B) → 完整 JSON，无分包头
          首字节非 '{' → 分包数据，需重组

当前设计下 WiFi 列表限制 8 条，所有消息均 ≤509 字节，无需实现分包。

十一、依赖与约束

JSON 库： cJSON（项目已有，无需引入新依赖）
BLE 栈： Bluedroid（已启用，与 BluFi 共用）
GATT 资源： max_profiles=8（BluFi 占 1，新模块占 1，富余 6 个）
内存： 8MB PSRAM + 320KB DRAM（JSON 解析开销可忽略）
输出格式： 使用 cJSON_PrintUnformatted() 紧凑输出，无空格无换行
BLE 回调线程安全： GATTS 回调中不直接解析 JSON，通过 FreeRTOS 队列转发到应用任务处理

14 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape

BLE JSON 通讯模块开发计划

一、功能定位

共存原理

二、底层传输参数约束

三、GATT Service 设计

四、JSON 消息格式

4.1 公共格式

4.2 固定开销

五、逐条命令参数与大小计算

5.1 set_wifi — WiFi 配置

5.2 wifi_list — 获取 WiFi 列表

5.3 dev_info — 获取设备信息

5.4 status — 获取设备运行状态

5.5 set_vol — 设置音量

5.6 iot — 控制 IoT 设备属性

5.7 reboot — 重启设备

5.8 ota — 检查固件更新

5.9 ping — 心跳保活

5.10 event — 设备主动推送

六、总览表

七、错误码定义

八、通讯时序示例

场景：App 配置 WiFi

九、实现文件清单

十、备用分包协议（当前不需要实现）

十一、依赖与约束

14 KiB

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