VesiScan-Basic_Zephyr/src/ble/ble_service.c

/*******************************************************************************
 * @file    ble_service.c
 * @brief   BLE NUS service module (Zephyr port)
 *
 * Original VesiScan-Basic BLE implementation ported to Zephyr/NCS:
 *   - NUS (Nordic UART Service) for data exchange
 *   - Advertising: 40ms interval, 3-min timeout
 *   - Connection: 30ms interval, 0 latency, 4s supervision timeout
 *   - TX power +8 dBm, 2M PHY preferred
 *   - Dev mode: no security / Production mode: bonding + passkey (TODO)
 ******************************************************************************/
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/bluetooth/bluetooth.h>
#include <zephyr/bluetooth/hci.h>
#include <zephyr/bluetooth/conn.h>
#include <zephyr/bluetooth/uuid.h>
#include <zephyr/bluetooth/gatt.h>
#if IS_ENABLED(CONFIG_SETTINGS)
#include <zephyr/settings/settings.h>
#endif
#include <zephyr/mgmt/mcumgr/transport/smp_bt.h>
#include <bluetooth/services/nus.h>
#include <errno.h>

#include "ble_service.h"
#include "main.h"
#include "debug_print.h"
#include "led_control.h"

LOG_MODULE_REGISTER(ble_svc, LOG_LEVEL_INF);

/*==============================================================================
 * Module variables
 *============================================================================*/
static struct bt_conn *current_conn;
static ble_data_rx_cb_t rx_callback;
static bool dfu_advertising_mode;

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
#define BLE_REQUIRED_SECURITY_LEVEL    BT_SECURITY_L4
static uint32_t pairing_passkey = BT_PASSKEY_RAND;
#endif

/*
 * NUS 전송은 "보냈다" 호출만 한다고 바로 끝나는 게 아니다.
 * 내부 TX 버퍼에 들어간 뒤 실제로 무선으로 나가고,
 * Zephyr가 sent 콜백을 줄 때 비로소 한 건이 끝났다고 볼 수 있다.
 *
 * 그래서 아래 2개를 같이 쓴다.
 * - mutex: 여러 곳에서 동시에 NUS 전송을 시작하지 못하게 막음
 * - sem  : "직전 전송이 정말 끝났는지" 기다리는 신호
 *
 * mbb?처럼 큰 패킷을 여러 개 연속으로 보내는 경우 이 보호가 없으면
 * - 중간에 -ENOMEM이 뜨거나
 * - 몇 개는 나가고 몇 개는 실패하거나
 * - 앱 쪽에서 응답이 꼬여 보일 수 있다.
 */
static struct k_mutex nus_tx_lock;
static struct k_sem nus_tx_done_sem;

/* BLE API는 ISR/콜백에서 직접 호출하면 안전하지 않을 수 있으므로 k_work 사용 */
static struct k_work adv_restart_work;
static const bt_addr_le_t fixed_identity_addr = {
    .type = BT_ADDR_LE_RANDOM,
    .a = {
        .val = { 0xF1, 0x8E, 0x81, 0xFA, 0x87, 0xC5 },
    },
};

static const char *ble_addr_type_str(uint8_t type)
{
    switch (type)
    {
    case BT_ADDR_LE_PUBLIC:
        return "public";
    case BT_ADDR_LE_RANDOM:
        return "random";
    case BT_ADDR_LE_PUBLIC_ID:
        return "public-id";
    case BT_ADDR_LE_RANDOM_ID:
        return "random-id";
    default:
        return "unknown";
    }
}

static void ble_log_local_identity(void)
{
    bt_addr_le_t addr = {0};
    size_t count = 1;
    char addr_str[BT_ADDR_LE_STR_LEN];

    bt_id_get(&addr, &count);
    if (count == 0U)
    {
        DBG_ERR("[BLE] No local identity address\r\n");
        return;
    }

    bt_addr_le_to_str(&addr, addr_str, sizeof(addr_str));
    DBG_CORE("[BLE] Local identity: %s (%s)\r\n",
             addr_str,
             ble_addr_type_str(addr.type));
}

static int ble_configure_fixed_identity(void)
{
    bt_addr_le_t addr = fixed_identity_addr;
    char addr_str[BT_ADDR_LE_STR_LEN];
    int id;

    bt_addr_le_to_str(&addr, addr_str, sizeof(addr_str));
    DBG_CORE("[BLE] Request fixed identity: %s\r\n", addr_str);

    id = bt_id_create(&addr, NULL);
    if (id < 0)
    {
        DBG_ERR("[BLE] bt_id_create failed (err %d)\r\n", id);
        return id;
    }

    if (id != BT_ID_DEFAULT)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Unexpected identity slot %d\r\n", id);
        return -EINVAL;
    }

    return 0;
}

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
static bool ble_conn_is_secure(const struct bt_conn *conn)
{
    return (conn != NULL) && (bt_conn_get_security(conn) >= BLE_REQUIRED_SECURITY_LEVEL);
}

static int ble_passkey_to_uint(const char *passkey, unsigned int *value)
{
    unsigned int parsed = 0U;

    if ((passkey == NULL) || (value == NULL))
    {
        return -EINVAL;
    }

    for (size_t i = 0; i < PASSKEY_LENGTH; i++)
    {
        if ((passkey[i] < '0') || (passkey[i] > '9'))
        {
            return -EINVAL;
        }

        parsed = (parsed * 10U) + (unsigned int)(passkey[i] - '0');
    }

    *value = parsed;
    return 0;
}

static int ble_security_configure(void)
{
    unsigned int passkey;
    int err = ble_passkey_to_uint(m_static_passkey, &passkey);

    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Invalid stored passkey, using default\r\n");
        memset(m_static_passkey, 0, sizeof(m_static_passkey));
        memcpy(m_static_passkey, DEFAULT_PASSKEY, PASSKEY_LENGTH);

        err = ble_passkey_to_uint(m_static_passkey, &passkey);
        if (err)
        {
            return err;
        }
    }

    pairing_passkey = passkey;
    DBG_CORE("[BLE] Fixed passkey configured\r\n");
    return 0;
}

static void auth_pairing_confirm(struct bt_conn *conn)
{
    int err = bt_conn_auth_pairing_confirm(conn);

    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Pairing confirm failed err=%d\r\n", err);
        return;
    }

    DBG_CORE("[BLE] Pairing confirmed\r\n");
}

static void auth_cancel(struct bt_conn *conn)
{
    ARG_UNUSED(conn);
    DBG_ERR("[BLE] Pairing cancelled\r\n");
}

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_APP_PASSKEY)
static uint32_t auth_app_passkey(struct bt_conn *conn)
{
    unsigned int passkey;

    ARG_UNUSED(conn);

    if (ble_passkey_to_uint(m_static_passkey, &passkey) == 0)
    {
        return passkey;
    }

    DBG_ERR("[BLE] Invalid runtime passkey, using configured fallback\r\n");
    return pairing_passkey;
}
#endif

static struct bt_conn_auth_cb auth_cb =
{
    .pairing_confirm = auth_pairing_confirm,
    .cancel = auth_cancel,
#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_APP_PASSKEY)
    .app_passkey = auth_app_passkey,
#endif
};

static void auth_pairing_complete(struct bt_conn *conn, bool bonded)
{
    ARG_UNUSED(conn);
    DBG_CORE("[BLE] Pairing complete bonded=%u\r\n", bonded ? 1U : 0U);
}

static void auth_pairing_failed(struct bt_conn *conn, enum bt_security_err reason)
{
    DBG_ERR("[BLE] Pairing failed reason=%u\r\n", reason);
    (void)bt_conn_disconnect(conn, BT_HCI_ERR_AUTH_FAIL);
}

static struct bt_conn_auth_info_cb auth_info_cb =
{
    .pairing_complete = auth_pairing_complete,
    .pairing_failed = auth_pairing_failed,
};

static int ble_security_init(void)
{
    int err = bt_conn_auth_cb_register(&auth_cb);

    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] auth cb register failed err=%d\r\n", err);
        return err;
    }

    err = bt_conn_auth_info_cb_register(&auth_info_cb);
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] auth info cb register failed err=%d\r\n", err);
        return err;
    }

    return ble_security_configure();
}
#endif

static void adv_restart_handler(struct k_work *work)
{
    ARG_UNUSED(work);
    ble_advertising_start();
    led_set_state(LED_STATE_ADVERTISING);
}

/*==============================================================================
 * Advertising data
 *============================================================================*/
static const struct bt_data ad[] =
{
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_FLAGS, (BT_LE_AD_GENERAL | BT_LE_AD_NO_BREDR)),
    BT_DATA(BT_DATA_NAME_COMPLETE, SERIAL_NUMBER, sizeof(SERIAL_NUMBER) - 1),
};

static const struct bt_data sd[] =
{
    /* 평상시 Web Bluetooth 앱이 찾을 수 있도록 NUS UUID 광고 */
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_UUID128_SOME, BT_UUID_NUS_VAL),
};

static const struct bt_data sd_dfu[] =
{
    /* DFU 진입 후 mcumgr 앱이 찾을 수 있도록 SMP UUID 광고 */
    BT_DATA_BYTES(BT_DATA_UUID128_SOME, SMP_BT_SVC_UUID_VAL),
};

/*==============================================================================
 * Connection callbacks
 *============================================================================*/
static void connected(struct bt_conn *conn, uint8_t err)
{
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Connect failed (err %d) -> re-adv\r\n", err);
        k_work_submit(&adv_restart_work);
        return;
    }

    current_conn = bt_conn_ref(conn);
    ble_connection_st = true;

    /* 연결 정보 출력 */
    char addr_str[BT_ADDR_LE_STR_LEN];
    bt_addr_le_to_str(bt_conn_get_dst(conn), addr_str, sizeof(addr_str));
    DBG_CORE("[BLE] Peer: %s\r\n", addr_str);

    /* Connection parameters (30ms interval) */
    struct bt_le_conn_param conn_param =
    {
        .interval_min = BLE_MIN_CONN_INTERVAL,
        .interval_max = BLE_MAX_CONN_INTERVAL,
        .latency = BLE_SLAVE_LATENCY,
        .timeout = BLE_CONN_SUP_TIMEOUT,
    };
    bt_conn_le_param_update(conn, &conn_param);

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
    err = bt_conn_set_security(conn, BLE_REQUIRED_SECURITY_LEVEL);
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Security request failed err=%d\r\n", err);
        (void)bt_conn_disconnect(conn, BT_HCI_ERR_AUTH_FAIL);
        return;
    }
    DBG_CORE("[BLE] Security requested level=%u\r\n", BLE_REQUIRED_SECURITY_LEVEL);
#endif

    led_set_state(LED_STATE_OFF);
    DBG_CORE("[BLE] Connected\r\n");
}

static void disconnected(struct bt_conn *conn, uint8_t reason)
{
    if (current_conn)
    {
        bt_conn_unref(current_conn);
        current_conn = NULL;
    }

    ble_connection_st = false;
    DBG_CORE("[BLE] Disconnected (reason 0x%02x)\r\n", reason);

    /* 워크큐에서 advertising 재시작 */
    k_work_submit(&adv_restart_work);
}

static void le_param_updated(struct bt_conn *conn, uint16_t interval,
                             uint16_t latency, uint16_t timeout)
{
    DBG_PRINTF("[BLE] Params: interval=%d latency=%d timeout=%d\r\n",
               interval, latency, timeout);
}

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
static void security_changed(struct bt_conn *conn, bt_security_t level,
                             enum bt_security_err err)
{
    ARG_UNUSED(conn);

    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Security failed level=%u err=%u\r\n", level, err);
        return;
    }

    DBG_CORE("[BLE] Security ready level=%u\r\n", level);
}
#endif

BT_CONN_CB_DEFINE(conn_callbacks) =
{
    .connected = connected,
    .disconnected = disconnected,
    .le_param_updated = le_param_updated,
#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
    .security_changed = security_changed,
#endif
};

/*==============================================================================
 * NUS callbacks
 *============================================================================*/
static void nus_received(struct bt_conn *conn, const uint8_t *data, uint16_t len)
{
#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
    if (!ble_conn_is_secure(conn))
    {
        DBG_ERR("[NUS RX] blocked until BLE security is ready\r\n");
        return;
    }
#else
    ARG_UNUSED(conn);
#endif

    DBG_CORE("[NUS RX] len=%u\r\n", len);
    if (rx_callback)
    {
        rx_callback(data, len);
    }
}

static void nus_sent(struct bt_conn *conn)
{
    ARG_UNUSED(conn);
    /* 이 시점이 "직전 NUS 패킷 전송이 끝났다"는 완료 신호다. */
    k_sem_give(&nus_tx_done_sem);
    DBG_CORE("[NUS TX] complete\r\n");
}

static struct bt_nus_cb nus_cb =
{
    .received = nus_received,
    .sent = nus_sent,
};

/*==============================================================================
 * Public functions
 *============================================================================*/
int ble_service_init(ble_data_rx_cb_t rx_cb)
{
    int err;

    rx_callback = rx_cb;
    k_mutex_init(&nus_tx_lock);
    k_sem_init(&nus_tx_done_sem, 0, 1);

    k_work_init(&adv_restart_work, adv_restart_handler);

    err = ble_configure_fixed_identity();
    if (err)
    {
        return err;
    }

    /* Enable BLE stack */
    err = bt_enable(NULL);
    if (err)
    {
    DBG_ERR("[BLE] bt_enable failed (err %d)\r\n", err);
        return err;
    }
    DBG_CORE("[BLE] Stack enabled\r\n");

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SETTINGS)
    err = settings_load_subtree("bt");
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] BT settings load failed err=%d\r\n", err);
        return err;
    }
    DBG_CORE("[BLE] BT settings loaded\r\n");
#endif

    ble_log_local_identity();

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
    err = ble_security_init();
    if (err)
    {
        return err;
    }
#endif

    /* Initialize NUS */
    err = bt_nus_init(&nus_cb);
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] NUS init failed (err %d)\r\n", err);
        return err;
    }
    DBG_CORE("[BLE] NUS initialized\r\n");

    return 0;
}

int ble_advertising_start(void)
{
    int err;
    const struct bt_data *scan_data = dfu_advertising_mode ? sd_dfu : sd;
    size_t scan_data_count = dfu_advertising_mode ? ARRAY_SIZE(sd_dfu) : ARRAY_SIZE(sd);

    struct bt_le_adv_param adv_param = BT_LE_ADV_PARAM_INIT(
        BT_LE_ADV_OPT_CONN,
        APP_ADV_INTERVAL,           /* min interval */
        APP_ADV_INTERVAL + 16,      /* max interval (slight window) */
        NULL                        /* undirected */
    );

    err = bt_le_adv_start(&adv_param, ad, ARRAY_SIZE(ad), scan_data, scan_data_count);
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Adv start failed (err %d)\r\n", err);
        return err;
    }

    DBG_PRINTF("[BLE] Advertising started (%s)\r\n", dfu_advertising_mode ? "SMP" : "NUS");
    return 0;
}

int ble_advertising_stop(void)
{
    int err = bt_le_adv_stop();
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[BLE] Adv stop failed (err %d)\r\n", err);
        return err;
    }

    DBG_PRINTF("[BLE] Advertising stopped\r\n");
    return 0;
}

int ble_dfu_advertising_enable(void)
{
    if (dfu_advertising_mode)
    {
        DBG_ERR("[BLE] DFU advertising already enabled\r\n");
        return -EALREADY;
    }

    /* mdf? 응답 전송 후 현재 연결을 끊고 SMP UUID 광고로 재시작 */
    dfu_advertising_mode = true;
    DBG_PRINTF("[BLE] DFU advertising mode enabled\r\n");

    if (current_conn)
    {
        int err = bt_conn_disconnect(current_conn, BT_HCI_ERR_REMOTE_USER_TERM_CONN);
        if (err)
        {
            DBG_ERR("[BLE] DFU disconnect failed err=%d\r\n", err);
            return err;
        }
        return 0;
    }

    (void)ble_advertising_stop();
    return ble_advertising_start();
}

bool ble_dfu_advertising_is_enabled(void)
{
    return dfu_advertising_mode;
}

int ble_data_send(const uint8_t *data, uint16_t len)
{
    int err;

    if (!current_conn)
    {
        DBG_ERR("[NUS TX] not connected\r\n");
        return -ENOTCONN;
    }

#if IS_ENABLED(CONFIG_BT_SMP)
    if (!ble_conn_is_secure(current_conn))
    {
        DBG_ERR("[NUS TX] blocked until BLE security is ready\r\n");
        return -EACCES;
    }
#endif

    /*
     * NUS는 한 번에 한 패킷씩 질서 있게 보내는 편이 안전하다.
     * 특히 mbb?는 rbb + reb x6 + raa처럼 여러 응답을 연속 전송하므로
     * 먼저 들어온 전송이 끝나기 전 다음 전송이 겹치지 않게 잠근다.
     */
    k_mutex_lock(&nus_tx_lock, K_FOREVER);

    /* 혹시 남아 있는 완료 신호가 있으면 비워서 "이번 전송 전용" 상태로 만든다. */
    while (k_sem_take(&nus_tx_done_sem, K_NO_WAIT) == 0) {
    }

    DBG_CORE("[NUS TX] send len=%u\r\n", len);
    for (int retry = 0; ; retry++)
    {
        err = bt_nus_send(current_conn, data, len);
        if (err != -ENOMEM || retry >= 20) {
            break;
        }

        /*
         * -ENOMEM은 지금 당장 보낼 자리(TX 버퍼)가 없다는 뜻이다.
         * 바로 포기하지 않고 짧게 쉬었다가 다시 시도한다.
         */
        DBG_ERR("[NUS TX] busy, retry=%d\r\n", retry + 1);
        k_msleep(5);
    }

    if (err)
    {
        DBG_ERR("[NUS TX] failed (err %d)\r\n", err);
        k_mutex_unlock(&nus_tx_lock);
        return err;
    }

    /*
     * bt_nus_send()가 성공했다고 해서 공중으로 다 나간 것은 아니다.
     * sent 콜백이 올 때까지 조금 기다려서 "다음 패킷을 보내도 되는 시점"을 맞춘다.
     */
    err = k_sem_take(&nus_tx_done_sem, K_MSEC(1000));
    if (err)
    {
        DBG_ERR("[NUS TX] completion timeout (err %d)\r\n", err);
    }

    k_mutex_unlock(&nus_tx_lock);
    return err;
}

bool ble_is_connected(void)
{
    return (current_conn != NULL);
}