BLE 高吞吐传输

WS53 作为 BLE Peripheral（外设）建立 GATT Server。默认启用 CONFIG_BLE_SPEED_TEST 时，设备在连接建立后通过 Notification 持续向 BLE Central（中心设备）发送测试数据；关闭该配置后，案例切换为 Write Without Response 到 Indication 的回环模式。

WS53 不支持 BLE Central（中心设备）/GATT Client（客户端）功能，验证本案例需要使用 WS63 Speed Client、手机、PC 或其他支持 GATT Client 的外部设备。

学习目标

理解 PHY、Data Length Extension、MTU 和连接参数对吞吐量的影响。
掌握 WS53 高吞吐 Server 的 Service、Characteristic 和 CCCD 配置。
使用 BLE Client 订阅 Notification，验证 220 字节数据包和递增序号。
区分默认吞吐模式与可选回环模式的特征属性和数据方向。
区分 WS53 当前实现与理想高吞吐参数，正确解读测试结果。

基本概念

默认吞吐数据经过哪些层

flowchart LR
    A[应用数据<br/>220 字节] --> B[GATT Characteristic<br/>0xCDEF]
    B --> C[Notification]
    C --> D[ATT MTU<br/>请求 247]
    D --> E[Link Layer<br/>Data Length 251B]
    E --> F[PHY<br/>请求 2M]
    F --> G[BLE Client]

MTU 决定 GATT 层一次可承载的数据大小，Data Length 决定链路层数据包上限，PHY 决定空口速率。三者不会自动保证应用吞吐量，连接间隔、协议栈缓存、对端能力和射频环境同样重要。

WS53 源码参数

参数	源码值	说明
PHY	TX/RX 均请求 `GAP_BLE_PHY_2M`	`gap_ble_set_phy()` 请求 2M，最终值取决于协商
Data Length	`251` 字节	`maxtxoctets`
Data Length 时间	`2000` µs	`maxtxtime`
ATT MTU	`247` 字节	连接参数更新回调中请求
连接间隔	`0x50`	BLE 单位为 1.25 ms，即 100 ms
从机延迟	`0`	不跳过连接事件
监督超时	`0x1f4`	BLE 单位为 10 ms，即 5 s
应用数据包	`220` 字节	`DATA_LEN`

Notification 与 CCCD

Client 必须在 CCCD（UUID 0x2902）中写入 Notification Enable。WS53 在连接成功回调中创建发送任务，任务完成 PHY 和 Data Length 请求后等待 5 秒，再开始循环发送。源码不会检查 CCCD 是否已经使能，因此 Client 应在这段等待时间内完成服务发现和订阅。

广播：让 Client 找到测试设备

位置	内容
广播包	通用广播标志、Appearance（Keyboard）、完整设备名 `ble_uuid_server`
扫描响应	Tx Power，源码配置值为 `0`
扫描响应	完整设备名 `ble_uuid_server`

广播间隔范围为 0x30～0x60。BLE 广播间隔单位为 0.625 ms，因此对应 30～60 ms；广播持续时间为永久。源码设置的测试本地地址为 11:22:33:63:88:63，地址类型为 Public。

GATT Service 设计

项目	UUID / 属性	用途
Service	`0xABCD`	吞吐测试服务
Report Characteristic	`0xCDEF`	承载吞吐数据或回环数据
吞吐模式属性	Read、Notify、Write Without Response	持续发送 Notification；写入仅记录日志，不回传
回环模式属性	Read、Indicate、Write Without Response	将 Client 写入的数据通过 Indication 原样返回
CCCD	`0x2902`	吞吐模式开启 Notification；回环模式开启 Indication

源码通过 gatts_notify_indicate_by_uuid() 按 UUID 查找 0xCDEF，Client 不需要依赖固定 Attribute Handle。

数据格式

默认吞吐模式下，每个 Notification 固定为 220 字节：

偏移	长度	内容
`0`	2 字节	发送序号，大端序，范围 `0`～`99`，循环递增
`2`	218 字节	吞吐测试填充数据

data 是全局数组，除序号外没有写入特定模式，因此剩余字节初始为 0。序号到 99 后回到 0，不能作为全局唯一 ID。

关闭 CONFIG_BLE_SPEED_TEST 后，不再使用上述固定格式。Client 应先向 CCCD 写入 02 00 开启 Indication，再向 0xCDEF 执行 Write Without Response；Server 将收到的有效载荷按原长度和内容通过 0xCDEF Indication 返回。

默认吞吐模式发送流程

sequenceDiagram
    participant Client as BLE Client（Central）
    participant Dev as WS53（Peripheral）
    Dev->>Client: 广播 ble_uuid_server
    Client->>Dev: 建立连接
    Dev->>Client: 请求连接参数 interval=100ms
    Dev->>Dev: 创建 SpeedTask
    Dev->>Client: 请求 2M PHY 和 Data Length=251
    Dev->>Client: 连接参数更新后请求 MTU=247
    Dev->>Dev: 等待 5 秒
    Client->>Dev: 服务发现并写 CCCD 0x2902
    loop 发送任务
        Dev->>Dev: 检查 TX Buffer 数量 > 2
        Dev-->>Client: Notification 220B
        Dev->>Dev: 每 100 次发送尝试打印内存并等待 330 ms
    end
    Client->>Dev: 断开连接
    Dev->>Dev: 重新开始广播

SpeedTask 只在首次连接时创建一次，并持续运行。断开连接后源码重新开始广播；再次连接时更新全局连接句柄，已有发送任务继续工作，不会重复创建任务。

涉及 API

API	阶段	用途
`enable_ble()`	初始化	使能 BLE
`gap_ble_register_callbacks()`	初始化	注册连接、配对和连接参数回调
`gatts_register_callbacks()`	初始化	注册服务启动、读写请求和 MTU 回调
`gatts_register_server()`	初始化	注册 GATT Server
`gatts_add_service_sync()`	初始化	添加 `0xABCD` Service
`gatts_add_characteristic_sync()`	初始化	添加 `0xCDEF` Characteristic
`gatts_add_descriptor_sync()`	初始化	添加 CCCD
`gap_ble_set_adv_data()`	广播	设置广播和扫描响应
`gap_ble_start_adv()`	广播	开始广播
`gap_ble_set_phy()`	连接后	请求 2M PHY
`gap_ble_set_data_length()`	连接后	设置 Data Length=251
`gap_ble_connect_param_update()`	连接后	请求连接参数
`gatts_exchange_mtu_req()`	参数回调	请求 MTU=247
`gatts_notify_indicate_by_uuid()`	发送任务	按 UUID 发送 Notification
`gatts_notify_indicate()`	回环模式	按 Handle 返回 Indication
`ble_get_tx_number_by_handle()`	发送任务	查询发送缓存数量

案例说明

设备启动后广播 ble_uuid_server。首次建立连接后，Server 创建发送任务；任务请求 2M PHY 和 251 字节 Data Length，连接参数更新回调请求 247 字节 MTU。任务随后等待 5 秒，为 Client 发现 0xCDEF 并写入 CCCD 预留时间。协议栈 TX Buffer 数量大于 2 时，任务尝试发送一包 220 字节 Notification；每进行 100 次发送尝试，打印一次内存状态并等待 330 ms。源码没有根据 Notification 接口的返回值回退序号或发送计数，因此接收端可能观察到序号跳变。

规格项	WS53 实现
角色	Peripheral / GATT Server
Service / Characteristic	`0xABCD` / `0xCDEF`
单包长度	220 字节
序号	0～99 循环，大端序
PHY / Data Length / MTU	请求 2M / 251 字节 / 247 字节
连接间隔	请求 100 ms
发送任务启动条件	首次建立连接
发送前等待	5 秒，用于服务发现和 CCCD 订阅
流控条件	`ble_get_tx_number_by_handle() > 2`
周期退避	每 100 次发送尝试等待 330 ms
断开行为	重新广播；已创建的发送任务继续运行

案例操作指导

第一步：配置案例

CONFIG_SAMPLE_ENABLE=y
CONFIG_ENABLE_BT_SAMPLE=y
CONFIG_SAMPLE_SUPPORT_BLE_SAMPLE=y
CONFIG_SAMPLE_SUPPORT_BLE_SPEED_SERVER_SAMPLE=y
CONFIG_BLE_SPEED_TEST=y

CONFIG_BLE_SPEED_TEST=y 选择本文主要说明的持续 Notification 吞吐模式。将其设为 n 时，0xCDEF 切换为 Write Without Response/Indication 回环模式，Client 和验证步骤也需要相应调整。

第二步：编译和烧录

fbb build ws53_liteos_app
fbb flash ws53_liteos_app

完整步骤请参考快速入门。

第三步：连接和订阅

打开串口日志，确认出现 init status:0x0 和广播启动成功回调。
使用支持配对和自定义 GATT 操作的 BLE Client 扫描 ble_uuid_server。
建立连接并完成配对。
发现 Service 0xABCD 和 Characteristic 0xCDEF。
写入 CCCD 0x2902 的 Notification Enable 值 01 00。
确认串口出现：
```
start send notify info.
```

第四步：验证数据

检查每包长度是否为 220 字节。
检查前两个字节的序号是否在 0～99 之间循环。
统计 Client 实际接收的应用数据字节数和持续时间，计算 接收字节数 × 8 ÷ 秒数。该结果是应用层有效载荷吞吐率，不是包含 ATT、链路层和空口开销的物理层速率。
每进行 100 次 Notification 发送尝试，串口会打印一次内存使用情况，并暂停发送约 330 ms；该日志不表示 Client 已成功接收 100 包。
对比不同 Client、距离和 PHY 协商结果时，应记录实际连接参数，而不是只记录源码请求值。

第五步：断开和重连

断开后源码调用 gap_ble_start_adv() 重新广播。发送任务不会退出或重复创建；重新连接后全局连接句柄更新，任务也不会再次等待 5 秒。Client 需要尽快重新完成 CCCD 订阅，订阅完成前的发送尝试不会形成有效的应用接收数据。

关键配置

CONFIG_BLE_SPEED_TEST 是 Kconfig 模式开关；其余参数固定定义在 ble_speed_server.c 中：

宏	值	作用
`CONFIG_BLE_SPEED_TEST`	`y`	`y` 为持续 Notification；`n` 为 Write/Indication 回环
`DATA_LEN`	`220`	单个数据包长度
`SEND_PKT_CNT`	`100`	发送尝试计数和内存日志周期
`DEFAULT_BLE_SPEED_MTU_SIZE`	`247`	请求 MTU
`GAP_MAX_TX_OCTETS`	`251`	请求 Data Length
`GAP_MAX_TX_TIME`	`2000`	请求 TX 时间（µs）
`WAIT_DISCOVERY_MS`	`5000`	开始持续发送前的等待时间（ms）
`FLOW_CONTROL_TIME_MS`	`330`	每 100 包后的退避时间（ms）
`SPEED_DEFAULT_CONN_INTERVAL`	`0x50`	连接间隔（100 ms）
`SPEED_DEFAULT_SLAVE_LATENCY`	`0`	从机延迟
`SPEED_DEFAULT_TIMEOUT_MULTIPLIER`	`0x1f4`	监督超时（5 s）
`BLE_SPEED_TASK_PRIO`	`26`	初始化任务优先级；`SpeedTask` 实际设置为 `27`
`BLE_SPEED_STACK_SIZE`	`0x2000`	初始化任务和发送任务栈大小

代码详解

1. 文件结构

src/application/samples/bt/ble/ble_speed_server/
├── inc/
│   ├── ble_speed_server.h       # UUID、属性和发送接口
│   └── ble_speed_server_adv.h   # 广播结构和参数
├── src/
│   ├── ble_speed_server.c       # GATT Server、回调和发送任务
│   ├── ble_speed_server_adv.c   # 广播包和扫描响应
│   └── CMakeLists.txt
└── CMakeLists.txt

2. GATT Service 创建

stream_data_to_uuid(BLE_UUID_UUID_SERVER_SERVICE, &service_uuid);
gatts_add_service_sync(BLE_UUID_SERVER_ID, &service_uuid, true, &handle);
stream_data_to_uuid(BLE_UUID_UUID_SERVER_REPORT, &server_uuid);
character.properties = UUID_SERVER_PROPERTIES;
gatts_add_characteristic_sync(server_id, srvc_handle, &character, &result);
stream_data_to_uuid(BLE_UUID_CLIENT_CHARACTERISTIC_CONFIGURATION, &ccc_uuid);
gatts_add_descriptor_sync(server_id, srvc_handle, &descriptor, &handle);

ccc_uuid 是栈上定义的 bt_uuid_t 对象，其 uuid 成员是结构体内嵌数组。当前源码在添加 CCCD 后直接结束函数，不会对 ccc_uuid.uuid 执行释放操作。

3. 链路参数设置

吞吐模式下，连接参数回调请求 MTU，发送任务请求 PHY 和 Data Length：

gap_ble_set_phy(&phy_param);
gap_ble_set_data_length(&data_param);
gatts_exchange_mtu_req(conn_id, DEFAULT_BLE_SPEED_MTU_SIZE);

这些 API 是协商请求，最终值需要 Client 和控制器共同支持。

4. 发送循环和流控

while (1) {
    data[0] = (i >> 8) & 0xFF;
    data[1] = i & 0xFF;
    uint8_t buffer_num = ble_get_tx_number_by_handle(g_conn_hdl);
    if (buffer_num > 2) {
        i++;
        ble_uuid_server_send_report_by_uuid(data, DATA_LEN);
    }
    if (i == SEND_PKT_CNT) {
        i = 0;
        /* 打印内存状态 */
        osal_msleep(FLOW_CONTROL_TIME_MS);
    }
}

发送循环不等待单包 Notification 完成，也不检查发送接口返回值；每进行 100 次发送尝试会主动等待 330 ms。实际应用层有效载荷吞吐率由该退避策略、协议栈缓存、连接参数、对端能力和射频环境共同决定。