基于 Yocto 的蓝牙 Peripheral 设备实战：初始化、连接与数据传输全流程解析

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基于 Yocto 的蓝牙 Peripheral 设备实战：初始化、连接与数据传输全流程解析

本文以 Rockchip 平台 + Yocto 系统 为背景，结合你当前使用的蓝牙设备，从 Peripheral（从设备）视角，完整讲清楚：

• 蓝牙 Peripheral 在系统中的角色定位
• 如何在 Yocto 中配置蓝牙的初始信息
• Peripheral 如何被 Central 发现并建立连接
• 连接建立后如何进行数据传输
• 实战中真正重要的协议与接口
• 推荐的资料与调试方法

全文以 工程实战为主线，不做无关扩展，目标是：你看完就能在自己的板子上跑起来，并知道每一步在干什么。

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一、从工程视角重新理解蓝牙角色模型

在任何蓝牙系统中，首先必须明确 角色（Role），否则后续配置一定会混乱。

1. Central 与 Peripheral 的工程含义

角色	常见设备	工程职责
Central	手机、PC、工控主机	发起扫描、建立连接、读取/写入数据
Peripheral	传感器、嵌入式板卡	广播自身信息、等待连接、提供数据服务

👉 你当前的 Rockchip + Yocto 设备，典型就是 Peripheral。

也就是说：

• 你的设备 不主动扫描别人

• 而是：

  • 周期性广播（Advertising）
  • 等待 Central 连接
  • 提供可被访问的数据接口

这决定了我们后面所有配置的方向。

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二、蓝牙 Peripheral 的整体软件架构（Yocto + Rockchip）

在 Yocto 系统中，一个典型的蓝牙 Peripheral 软件栈如下：

应用层（你的程序）
  └── 使用 D-Bus / socket / GATT 接口

BlueZ（bluetoothd）
  ├── GAP（设备发现 / 连接管理）
  ├── GATT Server（数据服务）
  └── 安全 / 配对策略

Linux Kernel
  └── HCI 驱动（UART / USB）

蓝牙控制器（BT 芯片）

核心结论：

在 Yocto 中做蓝牙 Peripheral，99% 的工作都在 user space（BlueZ + 应用），不是内核驱动。

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三、第一步：在 Yocto 中配置 Peripheral 的“初始信息”

所谓“初始信息”，从 Peripheral 角度，核心只有四类：

1. 设备名（Central 扫描时看到的名字）
2. 是否自动上电（power on）
3. 是否可被发现（discoverable）
4. 支持的蓝牙模式（BLE / BR-EDR）

3.1 BlueZ 的核心配置文件：main.conf

路径：

/etc/bluetooth/main.conf

这是 Peripheral 行为的根配置文件。

3.2 一个适合 Rockchip Peripheral 的实战配置示例

[General]
Name = RK-Peripheral
Class = 0x000100
DiscoverableTimeout = 0
PairableTimeout = 0
ControllerMode = dual
AutoEnable = true

[Policy]
AutoEnable = true

配置项逐条解释（工程意义）

• Name

  • Central 扫描时看到的设备名
  • 等同于“蓝牙对外身份”

• DiscoverableTimeout = 0

  • 永久可发现
  • 对嵌入式 Peripheral 非常重要

• ControllerMode = dual

  • 同时支持 BLE + 经典蓝牙

• AutoEnable = true

  • bluetoothd 启动即打开控制器

👉 这一份配置，已经定义了 Peripheral 的“开机形态”。

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四、第二步：确保 Peripheral 在系统启动后处于“可连接状态”

仅有 main.conf 在工程上往往不够稳妥，实际项目中，一定会再加一层 systemd 兜底。

4.1 为什么要加 systemd 初始化服务？

因为在 Rockchip 平台上：

• 蓝牙固件加载
• UART 设备就绪
• bluetoothd 启动顺序

存在时序不确定性。

4.2 一个工程常用的 Peripheral 初始化服务

[Unit]
Description=Bluetooth Peripheral Init
After=bluetooth.service

[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/bluetoothctl power on
ExecStart=/usr/bin/bluetoothctl discoverable on
ExecStart=/usr/bin/bluetoothctl pairable on
RemainAfterExit=yes

[Install]
WantedBy=multi-user.target

这一步的效果是：

无论系统怎么启动，最终你的设备一定是一个“可发现、可连接的 Peripheral”。

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五、第三步：Peripheral 是如何被 Central 发现的？（GAP）

5.1 广播（Advertising）在做什么？

当 Peripheral 没有连接时，会周期性发送广播包，内容包括：

• 设备地址（MAC）
• 设备名（Name）
• 支持的服务 UUID（可选）

Central 做的事情很简单：

扫描 → 显示 → 用户选择 → 发起连接

5.2 用手机验证 Peripheral 是否正确工作

这是最基础、也是最重要的一步。

• Android / iOS 打开蓝牙
• 搜索设备
• 是否能看到：

RK-Peripheral

如果这一步失败：

• 问题一定在 初始化 / 广播阶段
• 不要继续往下查

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六、第四步：Peripheral 与 Central 的连接建立过程

连接建立由 Central 主动发起，Peripheral 只是被动响应。

6.1 连接阶段发生了什么？

1. Central 发送 Connection Request
2. Peripheral 接受连接
3. 双方进入 Connected 状态
4. 建立 L2CAP 信道

你在系统中能看到的典型现象：

bluetoothctl
> devices
> info XX:XX:XX:XX:XX:XX

状态从：

Connected: no

变为：

Connected: yes

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七、真正的数据传输核心：GATT（重点）

如果你只记住一个协议，那一定是 GATT。

7.1 为什么 GATT 是 Peripheral 的核心？

因为：

• Peripheral ≠ socket server
• Peripheral 提供的是 属性（Attribute）

Central 做的事情只有三种：

• Read（读）
• Write（写）
• Notify / Indicate（订阅）

7.2 GATT 的层级结构（非常重要）

GATT Server（在 Peripheral 上）
 └── Service（服务）
      └── Characteristic（特征）
           ├── Value
           └── Properties（读/写/通知）

你要传输的数据，最终都体现在 Characteristic 的 value 上。

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八、实战：在 Yocto 设备上实现一个最小 GATT Server

下面给你一个 工程可用、逻辑清晰的最小示例。

8.1 使用 BlueZ 的 D-Bus GATT 接口（推荐方式）

BlueZ 官方推荐：

• Peripheral → 实现 GATT Server
• 通过 D-Bus 向 bluetoothd 注册

8.2 示例：一个自定义数据 Service

1️⃣ 定义 Service UUID

12345678-1234-5678-1234-56789abcdef0

2️⃣ 定义 Characteristic

87654321-4321-6789-4321-fedcba987654

属性：

• Read
• Write
• Notify

8.3 Python 示例（清晰、适合 Yocto）

class DataCharacteristic(Characteristic):
    def __init__(self, bus, index, service):
        super().__init__(bus, index,
            '87654321-4321-6789-4321-fedcba987654',
            ['read', 'write', 'notify'], service)
        self.value = [0x00]

    def ReadValue(self, options):
        return self.value

    def WriteValue(self, value, options):
        self.value = value
        print("Received data:", value)

    def notify_data(self, data):
        self.value = data
        self.PropertiesChanged(GATT_CHRC_IFACE,
            {'Value': self.value}, [])

8.4 数据流向说明（非常关键）

• Central 写数据 → WriteValue()
• Peripheral 主动推送 → notify_data()
• Central 订阅后即可实时接收

👉 这就是蓝牙 Peripheral 数据传输的本质。

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九、协议重点总结（只保留工程必要部分）

协议	是否必须	工程作用
GAP	✅	发现 / 连接管理
GATT	✅	数据模型与传输
ATT	⭕	GATT 底层实现
SMP	⚠️	配对 / 加密（可选）
L2CAP	⭕	底层信道

记住一句话：

Peripheral 工程开发，90% 的精力都在 GATT 设计上。

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十、调试与验证（非常实用）

10.1 在 Peripheral 端

bluetoothctl
show
info

10.2 在 Central 端

• nRF Connect（Android / iOS）
• 查看 Service / Characteristic
• 读 / 写 / 订阅数据

这是 验证 GATT Server 是否正确的最佳工具。

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十一、推荐参考资料（不多，但够用）

• BlueZ 官方文档（GATT）：

  • https://git.kernel.org/pub/scm/bluetooth/bluez.git/tree/doc

• Bluetooth Core Specification（只查 GATT / GAP）：

  • Volume 3, Part G

• BlueZ 示例代码：

  • test/example-gatt-server

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十二、工程级总结

在 Yocto + Rockchip 平台上实现蓝牙 Peripheral，本质是：

• 用 BlueZ 定义好设备的“对外形态”（Name / Discoverable）
• 通过 systemd 保证启动稳定
• 使用 GATT Server 向 Central 提供数据接口
• 所有数据交互，最终都映射到 Characteristic 上

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