BLE 设备三态工作机制：HID 自动连接、GATT 通信与DFU 固件升级

一、总体架构设计

二、连接状态切换流程图

三、关键模块技术实现

1. HID 服务动态启用/禁用（设备端）

A. 初始化时加载 HID 服务或跳过

B. 断开系统层 HID 连接

2. GATT 服务：App 与设备通讯控制接口

3. OTA 升级切换（DFU 模式）

四、App 交互逻辑建议

五、注意事项

六、设备端建议架构

七、总结方案结构图

在智能挂锁中，BLE HID + GATT + OTA/DFU 协议切换设计是一种常见的多协议复用方案，适用于低功耗智能设备，需要在 HID 输入、标准 BLE 服务通讯（如 GATT）与 OTA 固件升级之间灵活切换。

设计目标：一套 BLE HID + GATT + DFU 的三态工作机制，且通过 App 控制 HID 的启用与关闭，同时支持靠近自动连接、App 唤醒（只支持Android）、连接状态切换和固件升级。

以下是完整的设计解析、切换逻辑、系统实现建议。

一、总体架构设计

1.系统模块角色划分

模块	说明
BLE HID Profile	提供与手机/iOS/macOS 进行输入交互（如自动连接、模拟按键、触摸输入）
BLE GATT Profile	提供挂锁专属数据通信通道（如身份验证、开锁命令、状态上报）
OTA/DFU 模块	提供 BLE 下固件升级能力（nRF OTA、ESP OTA、DFU Service）

2.协议架构设计

模式	用途	蓝牙协议	特性
快速靠近连接	唤醒设备，自动连接	BLE + HID Profile	iOS /Andriod可自动连接并显示连接状态(系统设置-手机蓝牙列表显示）
应用通信	App 打开并控制设备	GATT 自定义服务	支持配网、开锁、状态上报
OTA 升级	固件更新	DFU OTA 专用服务	进入后需断开现有连接再重连

二、连接状态切换流程图

前提：在APP端设置HID开启/关闭.以下为已开启HID流程图

【1】靠近广播（启用HID）─────┐
                               ↓（系统自动连接）
                     【2】系统层 BLE HID 连接
                               ↓（打开App）
【3】App连接GATT】───→ GATT 握手（认证、控制）
                               ↓（App设置关闭HID）
【4】关闭HID并断开】←──── 设备断开系统BLE HID连接
                               ↓
                     仅保留App GATT通信
                               ↓（App触发升级）
【5】重启并切DFU】────→ 进入OTA广播 → DFU连接 → 升级完成
                               ↓
                         重启回广播状态。

三、关键模块技术实现

1. HID 服务动态启用/禁用（设备端）

支持 App 控制是否启用 BLE HID 服务

实现方式：

A. 初始化时加载 HID 服务或跳过

设备端维护一个非易失性标志位（如 Flash 标志）：

bool isHIDEnabled = read_setting_from_flash();
if (isHIDEnabled) {
    ble_add_hid_service(); // 注册 HID 服务
}

App 通过 GATT 写入 disable_hid 指令 → 保存标志 → 重启设备。

B. 断开系统层 HID 连接

外设调用 GAP 断开连接：

esp_ble_gap_disconnect(remote_bda);

这将在 iOS/Android 上断开 BLE HID 连接，但不影响 GATT。

2. GATT 服务：App 与设备通讯控制接口

定义如下 GATT Characteristic：

Characteristic	类型	用途
auth_control	write	认证/开锁指令
hid_toggle	write	打开/关闭 HID 标志（写入后重启）
dfu_request	write	切换至 DFU 模式请求

3. OTA 升级切换（DFU 模式）

接收到 dfu_request 后，立即：

存储 DFU 标志到 Flash

调用断电/重启接口

启动时判断 DFU 标志，跳转到 OTA bootloader

ESP32 示例：

write_flag(DFU_MODE);
esp_restart();  // 重启

nRF 示例：

sd_power_gpregret_set(BOOTLOADER_DFU_START);
NVIC_SystemReset();

四、App 交互逻辑建议

场景	App 操作
靠近自动连接（HID）	App 被唤醒（只有Android可以主动唤醒，iOS不支持）
App 打开后	主动扫描连接 GATT 服务
用户关闭 HID 功能	写入 GATT：disable_hid=true，设备断开 HID
用户升级固件	写入 GATT：enter_dfu=true，设备重启 DFU 模式

五、注意事项

事项	说明
系统限制	App 无法主动断开 BLE HID，需设备端主动断开
广播策略	启用 HID 时广播 HID UUID；进入 DFU 模式时改为 DFU UUID
隐私性设计	HID 开启可作为靠近识别，GATT 控制实际安全事务（如开锁）
多手机互斥连接	可通过广播中绑定 App ID 或认证后 GATT 通信维持唯一连接

六、设备端建议架构

main.c
├── ble_init()
│   ├── check_hid_flag()
│   ├── add_hid_service()   // 动态加载
│   ├── add_gatt_services()
├── gatt_event_handler()
│   ├── on_hid_toggle()
│   ├── on_dfu_request()
│   ├── on_auth()
├── dfu.c / bootloader.c
    ├── enter_dfu_mode()
    ├── reset_to_ota_bootloader()

七、总结方案结构图

┌─────靠近连接─────┐
│  [HID广播+配对]  │
└────────┬────────┘
         ↓（打开 App）
     [App连接GATT]
         ↓（切换）
   ┌────App关闭HID────┐
   │  写入hid_flag关闭 │
   └────────┬─────────┘
            ↓（断开HID）
        只保留GATT通信
            ↓
        App请求DFU升级
            ↓
         DFU模式广播
            ↓
         OTA完成→重启
            ↓
          GATT复位

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