基于nRF7002-DK实现的蓝牙鼠标+键盘复合设备

内容介绍

项目介绍：

该项目是利用nRF Connect SDK平台，并运用C语言在VS Code环境下，对nRF7002-DK进行控制开发。我的目标是赋予nRF7002-DK基本的蓝牙键盘和鼠标功能，通过这个项目，我希望能够提升我的个人开发技能。

项目亮点和目标：

个人技术提升：在这个项目中，我将有机会深入了解嵌入式开发、C语言编程以及硬件控制。这将为我在嵌入式领域的技术水平提供显著的提升。

蓝牙键鼠功能：通过开发出nRF7002-DK的蓝牙键盘和鼠标功能，我将能够实际探索如何在物理设备上模拟这些输入行为。

独立项目管理：在这个项目中，我将自行管理开发的各个阶段，从需求分析到最终实现，这将锻炼我的独立项目管理能力。

技术实践：通过实际开发过程，我将能够将之前学到的理论知识转化为实际操作，加深对技术原理的理解。

项目带来的价值：

实际项目经验：通过亲自参与开发，我将获得宝贵的实际项目经验，对嵌入式系统和硬件控制有更深入的认识。

技术扩展：这个项目将使我涉足多个技术领域，包括嵌入式开发、蓝牙通信和硬件控制。这将拓展我的技术广度。

通过这个独立项目，我将能够在一个小而具体的任务中实践我的技能，提升自己的技术水平，并为未来的开发之路积累宝贵的经验。

设计思路：

按任务一的要求，用板卡的蓝牙连接，设计了一个蓝牙鼠标+键盘复合设备，按键1作为鼠标点击，按键2作为键盘输入按下时输入“eetree”字符，电脑开启大写锁定时，板卡的LED亮起

硬件介绍：

此次借助nRF Connect SDK平台对nRF7002-DK进行控制开发

控制器：

nRF Connect SDK，简称NCS，是Nordic最新的SDK平台，该平台将支持Nordic所有产品线，包括低功耗蓝牙，蜂窝网，WiFi，GPS，2.4G，Homekit, FindMy等。

nRF Connect SDK内嵌Zephyr RTOS，并沿用了Zephyr project的编译系统。Zephyr Project是Linux基金会推出的一个Apache2.0开源项目，版权非常友好，适合用于商业项目开发。

nRF7002 DK 是 nRF7002 和 nRF7001 Wi-Fi 6 协同 IC 的开发套件。它包含在单个板上开始开发所需的一切。DK 采用 nRF5340 多协议系统级芯片（SoC）作为 nRF7002 的主机处理器。

该DK 支持低功耗 Wi-Fi 应用的开发，并支持 Wi-Fi 6 功能，如 OFDMA、波束成形和目标唤醒时间。

nRF7002 是一款 Wi-Fi 6 协同 IC，提供无缝连接和基于 Wi-Fi 的定位（本地 Wi-Fi 集线器的 SSID 嗅探）。它旨在与Nordic现有的nRF52®和nRF53®系列蓝牙系统级芯片（SoC）以及nRF91®系列蜂窝物联网系统级封装（SiP）一起使用。nRF7002 还可以与非Nordic主机设备结合使用。

为了与主机通信，可以使用SPI或QSPI，并且额外的共存功能允许与其他协议（如蓝牙，线程或Zigbee）无缝共存。nRF7002已被Nordic nRF Connect SDK集成并支持，nRF7002 Dk也可用于模拟nRF7001。

nRF7002是Nordic独特Wi-Fi产品组合中的第一款设备，它将与Nordic现有的超低功耗技术无缝结合。Nordic 将其数十年的超低功耗无线物联网和硅设计专业知识带到 Wi-Fi 中。Wi-Fi 6 为物联网应用带来了更多优势，包括进一步提高效率，支持长寿命的电池供电 Wi-Fi 操作。

借助 Wi-Fi 6，Nordic 支持用于 Matter 的所有无线协议、用于调试的蓝牙 LE、用于低功耗网状网络的 Thread 以及用于高吞吐量的 Wi-Fi。Matter是苹果、亚马逊、谷歌、Nordic、三星和消费者物联网中数百家其他公司倡导的协议。

外设：

nRF7002-DK是用于nRF7002 Wi-Fi 6双频辅助IC开发的套件。它支持多协议蓝牙和Wi-Fi应用开发，以及Wi-Fi 6功能如OFDMA和波束成形。适用于智能家居、工业物联网和媒体设备等，提供稳定连接和高速性能。

软件流程图及主要代码片段的介绍：

初始化阶段：

导入所需的头文件。

定义一些常量、宏和数据结构。

初始化HID服务的报告结构。

定义广告数据和扫描响应数据。

初始化连接模式和状态变量。

主循环阶段：

初始化按钮和LED。

注册认证回调函数。

初始化HID服务并启用蓝牙。

启动广播。

按钮状态变化处理：

监听按钮状态的变化。

处理配对按钮按下的情况，确认或拒绝配对。

处理文本按钮状态的变化，模拟键盘按键发送。

处理Shift按钮状态的变化，模拟鼠标右键按下。

连接、断开连接和安全相关的回调处理。

键盘状态维护和发送：

根据按键的状态维护键盘状态。

发送键盘状态报告给连接的客户端。

输入、输出报告的处理：

处理HID输入报告的处理，模拟键盘按键和鼠标事件的发送。

处理HID输出报告的处理，如大写锁定的状态更新。

基础服务（Battery Service）的处理：

更新电池电量，并通知连接的客户端。

配对过程相关的处理：

在配对过程中，显示配对的Passkey。

处理用户确认或拒绝配对的操作。

NFC和广播相关的处理（根据条件是否编译）。

主要代码片段及说明：

以下是代码中与蓝牙连接相关的部分：

static const struct bt_data ad[] = {
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_GAP_APPEARANCE,
                  (CONFIG_BT_DEVICE_APPEARANCE >> 0) & 0xff,
                  (CONFIG_BT_DEVICE_APPEARANCE >> 8) & 0xff),
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, (BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR)),
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_UUID16_ALL, BT_UUID_16_ENCODE(BT_UUID_HIDS_VAL),
                  BT_UUID_16_ENCODE(BT_UUID_BAS_VAL)),
};

static const struct bt_data sd[] = {
    BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, DEVICE_NAME, DEVICE_NAME_LEN),
};

static struct conn_mode {
    struct bt_conn *conn;
    bool in_boot_mode;
} conn_mode[CONFIG_BT_HIDS_MAX_CLIENT_COUNT];

/* HIDs instance. */
BT_HIDS_DEF(hids_obj,
            OUTPUT_REPORT_MAX_LEN,
            INPUT_REPORT_KEYS_MAX_LEN,
            INPUT_REPORT_BUTTONS_MAX_LEN);

static volatile bool is_adv;

static void advertising_start(void)
{
    int err;
    struct bt_le_adv_param *adv_param = BT_LE_ADV_PARAM(
                    BT_LE_ADV_OPT_CONNECTABLE |
                    BT_LE_ADV_OPT_ONE_TIME,
                    BT_GAP_ADV_FAST_INT_MIN_2,
                    BT_GAP_ADV_FAST_INT_MAX_2,
                    NULL);

    err = bt_le_adv_start(adv_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), sd,
                          ARRAY_SIZE(sd));
    if (err) {
        if (err == -EALREADY) {
            printk("Advertising continued\n");
        } else {
            printk("Advertising failed to start (err %d)\n", err);
        }

        return;
    }

    is_adv = true;
    printk("Advertising successfully started\n");
}

static void connected(struct bt_conn *conn, uint8_t err)
{
    char addr[BT_ADDR_LE_STR_LEN];

    bt_addr_le_to_str(bt_conn_get_dst(conn), addr, sizeof(addr));

    if (err) {
        printk("Failed to connect to %s (%u)\n", addr, err);
        return;
    }

    printk("Connected %s\n", addr);
    dk_set_led_on(CON_STATUS_LED);

    err = bt_hids_connected(&hids_obj, conn);

    if (err) {
        printk("Failed to notify HID service about connection\n");
        return;
    }

    for (size_t i = 0; i < CONFIG_BT_HIDS_MAX_CLIENT_COUNT; i++) {
        if (!conn_mode[i].conn) {
            conn_mode[i].conn = conn;
            conn_mode[i].in_boot_mode = false;
            break;
        }
    }
    
    /* ... */
}

这些代码片段展示了蓝牙连接和HID服务的初始化、连接、断开等操作。ad 和 sd 是用于广播的数据，conn_mode 数组用于跟踪连接状态，hids_obj 是HID服务的实例。advertising_start() 用于启动蓝牙广播，connected() 函数在连接建立时调用。

以下是模拟键盘输入 eetree 部分：

static const uint8_t eetree_str[] = {
    0x08, /* Key e */
    0x08, /* Key e */
    0x17, /* Key t */
    0x15, /* Key r */
    0x08, /* Key e */
    0x08, /* Key e */
    0x28, /* Key Return */
};

在上述代码片段中，eetree_str 数组中的每个元素都表示一个模拟键盘输入操作。例如，0x08 表示键盘上的 Backspace 键，0x17 表示键盘上的 "t" 键，0x15 表示键盘上的 "r" 键，0x28 表示键盘上的 Enter 键。这些值按顺序排列，以模拟输入字符串 "eetree"。

以下是模拟鼠标右键部分代码片段：

static void button_shift_changed(bool down)
{
    for (size_t i = 0; i < CONFIG_BT_HIDS_MAX_CLIENT_COUNT; i++) {
        if (conn_mode[i].conn) {
            int err;
            uint8_t buffer[INPUT_REPORT_BUTTONS_MAX_LEN];
            memset(buffer, 0, INPUT_REPORT_BUTTONS_MAX_LEN);
            if (down) {
                buffer[0] = 0b000010; // 设置 buffer[0] 的二进制的第 2 位为 1，表示鼠标右键按下
            } else {
                buffer[0] = 0b000000; // 设置 buffer[0] 的二进制的第 2 位为 0，表示鼠标右键释放
            }
            bt_hids_inp_rep_send(&hids_obj, conn_mode[i].conn,
                                INPUT_REP_BUTTONS_IDX,
                                buffer, sizeof(buffer), NULL);
            if (err) {
                printk("Key report send error: %d\n", err);
                return err;
            }
        }
    }
}

这部分代码通过设置一个特定的字节来模拟鼠标右键的按下和释放。在函数button_shift_changed中，根据参数down的值，将对应的二进制位设置为1或者0，然后使用bt_hids_inp_rep_send函数发送鼠标按钮的状态报告。这样，当down为true时，表示鼠标右键按下，会发送一个对应的状态报告；当down为false时，表示鼠标右键释放，同样会发送一个对应的状态报告。

功能展示及说明：

使用板卡的蓝牙连接，设计一个蓝牙鼠标+键盘复合设备，按键1作为鼠标点击，按键2作为键盘输入按下时输入“eetree”字符，电脑开启大写锁定时，板卡的LED亮起

FmC8fZLGUrOuyjB8Ibe97KpMVru1

对本活动的心得体会：

通过这个独立项目，我将能够在一个小而具体的任务中实践我的技能，提升自己的技术水平，并为未来的开发之路积累宝贵的经验。