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[16177] 2020-12-06_深入浅出低功耗蓝牙（BLE）协议栈

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2020-12-06_深入浅出低功耗蓝牙（BLE）协议栈 深 入 浅 出 低 功 耗 蓝 牙 （ B L E ） 协 议 栈 C h a r m v e   F r e e B u f   2 0 2 0 - 1 2 - 0 6 B L E 协 议 栈 为 什 么 要 分 层 ？ 怎 么 理 解 B L E “ 连 接 ” ？ 如 果 B L E 协 议 只 有 A T T 层 没 有 G A T T 层 会 发 生 什 么 ？ 1 .   协 议 栈 框 架 协 议 栈 框 架 一 般 而 言 ， 我 们 把 某 个 协 议 的 实 现 代 码 称 为 协 议 栈 （ p r o t o c o l   s t a c k ） ， B L E 协 议 栈 就 是 实 现 低 功 耗 蓝 牙 协 议 的 代 码 ， 理 解 和 掌 握 B L E 协 议 是 实 现 B L E 协 议 栈 的 前 提 。 在 深 入 B L E 协 议 栈 各 个 组 成 部 分 之 前 ， 我 们 先 看 一 下 B L E 协 议 栈 整 体 架 构 。 如 上 图 所 述 ， 要 实 现 一 个 B L E 应 用 ， 首 先 需 要 一 个 支 持 B L E 射 频 的 芯 片 ， 然 后 还 需 要 提 供 一 个 与 此 芯 片 配 套 的 B L E 协 议 栈 ， 最 后 在 协 议 栈 上 开 发 自 己 的 应 用 。 可 以 看 出 B L E 协 议 栈 是 连 接 芯 片 和 应 用 的 桥 梁 ， 是 实 现 整 个 B L E 应 用 的 关 键 。 那 B L E 协 议 栈 具 体 包 含 哪 些 功 能 呢 ？ 简 单 来 说 ， B L E 协 议 栈 主 要 用 来 对 你 的 应 用 数 据 进 行 层 层 封 包 ， 以 生 成 一 个 满 足 B L E 协 议 的 空 中 数 据 包 ， 也 就 是 说 ， 把 应 用 数 据 包 裹 在 一 系 列 的 帧 头 （ h e a d e r ） 和 帧 尾 （ t a i l ） 中 。 具 体 来 说 ， B L E 协 议 栈 主 要 由 如 下 几 部 分 组 成 ： P H Y 层 （ 层 （ P h y s i c a l   l a y e r 物 理 层 ） 物 理 层 ） 。 P H Y 层 用 来 指 定 B L E 所 用 的 无 线 频 段 ， 调 制 解 调 方 式 和 方 法 等 。 P H Y 层 做 得 好 不 好 ， 直 接 决 定 整 个 B L E 芯 片 的 功 耗 ， 灵 敏 度 以 及 s e l e c t i v i t y 等 射 频 指 标 。 L L 层 （ 层 （ L i n k   L a y e r 链 路 层 ） 链 路 层 ） 。 L L 层 是 整 个 B L E 协 议 栈 的 核 心 ， 也 是 B L E 协 议 栈 的 难 点 和 重 点 。 像 N o r d i c 的 B L E 协 议 栈 能 同 时 支 持 2 0 个 l i n k （ 连 接 ） ， 就 是 L L 层 的 功 劳 。 L L 层 要 做 的 事 情 非 常 多 ， 比 如 具 体 选 择 哪 个 射 频 通 道 进 行 通 信 ， 怎 么 识 别 空 中 数 据 包 ， 具 体 在 哪 个 时 间 点 把 数 据 包 发 送 出 去 ， 怎 么 保 证 数 据 的 完 整 性 ， A C K 如 何 接 收 ， 如 何 进 行 重 传 ， 以 及 如 何 对 链 路 进 行 管 理 和 控 制 等 等 。 L L 层 只 负 责 把 数 据 发 出 去 或 者 收 回 来 ， 对 数 据 进 行 怎 样 的 解 析 则 交 给 上 面 的 G A P 或 者 G A T T 。 H C I （ （ H o s t   c o n t r o l l e r   i n t e r f a c e 主 机 控 制 接 口 层 ） 主 机 控 制 接 口 层 ） 。 H C I 是 可 选 的 （ 具 体 请 参 考 文 章 ： 三 种 蓝 牙 架 构 实 现 方 案 （ 蓝 牙 协 议 栈 方 案 ） ） ， H C I 主 要 用 于 2 颗 芯 片 实 现 B L E 协 议 栈 的 场 合 ， 用 来 规 范 两 者 之 间 的 通 信 协 议 和 通 信 命 令 等 。
G A P 层 （ 层 （ G e n e r i c   a c c e s s   p r o f i l e ） ） 。 G A P 是 对 L L 层 p a y l o a d （ 有 效 数 据 包 ） 如 何 进 行 解 析 的 两 种 方 式 中 的 一 种 ， 而 且 是 最 简 单 的 那 一 种 。 G A P 简 单 的 对 L L   p a y l o a d 进 行 一 些 规 范 和 定 义 ， 因 此 G A P 能 实 现 的 功 能 极 其 有 限 。 G A P 目 前 主 要 用 来 进 行 广 播 ， 扫 描 和 发 起 连 接 等 。 L 2 C A P 层 （ 层 （ L o g i c   l i n k   c o n t r o l   a n d   a d a p t a t i o n   p r o t o c o l 逻 辑 链 路 控 制 及 自 适 应 协 议 层 ） 逻 辑 链 路 控 制 及 自 适 应 协 议 层 ） 。 L 2 C A P 对 L L 进 行 了 一 次 简 单 封 装 ， L L 只 关 心 传 输 的 数 据 本 身 ， L 2 C A P 就 要 区 分 是 加 密 通 道 还 是 普 通 通 道 ， 同 时 还 要 对 连 接 间 隔 进 行 管 理 。 S M P （ （ S e c u r e   m a n a g e r   p r o t o c o l 安 全 管 理 协 议 层 ） 安 全 管 理 协 议 层 ） 。 S M P 用 来 管 理 B L E 连 接 的 加 密 和 安 全 的 ， 如 何 保 证 连 接 的 安 全 性 ， 同 时 不 影 响 用 户 的 体 验 ， 这 些 都 是 S M P 要 考 虑 的 工 作 。 A T T （ （ A t t r i b u t e   p r o t o c o l 属 性 协 议 层 ） 属 性 协 议 层 ） 。 简 单 来 说 ， A T T 层 用 来 定 义 用 户 命 令 及 命 令 操 作 的 数 据 ， 比 如 读 取 某 个 数 据 或 者 写 某 个 数 据 。 B L E 协 议 栈 中 ， 开 发 者 接 触 最 多 的 就 是 A T T 。 B L E 引 入 了 a t t r i b u t e 概 念 ， 用 来 描 述 一 条 一 条 的 数 据 。 A t t r i b u t e 除 了 定 义 数 据 ， 同 时 定 义 该 数 据 可 以 使 用 的 A T T 命 令 ， 因 此 这 一 层 被 称 为 A T T 层 。 G A T T （ （ G e n e r i c   a t t r i b u t e   p r o f i l e   通 用 属 性 配 置 文 件 层 ） 通 用 属 性 配 置 文 件 层 ） 。 G A T T 用 来 规 范 a t t r i b u t e 中 的 数 据 内 容 ， 并 运 用 g r o u p （ 分 组 ） 的 概 念 对 a t t r i b u t e 进 行 分 类 管 理 。 没 有 G A T T ， B L E 协 议 栈 也 能 跑 ， 但 互 联 互 通 就 会 出 问 题 ， 也 正 是 因 为 有 了 G A T T 和 各 种 各 样 的 应 用 p r o f i l e ， B L E 摆 脱 了 Z i g B e e 等 无 线 协 议 的 兼 容 性 困 境 ， 成 了 出 货 量 最 大 的 2 . 4 G 无 线 通 信 产 品 。 我 相 信 很 多 人 看 了 上 面 的 介 绍 ， 还 是 不 懂 B L E 协 议 栈 的 工 作 原 理 ， 以 及 每 一 层 具 体 干 什 么 的 ， 为 什 么 要 这 么 分 层 。 下 面 我 以 如 何 发 送 一 个 数 据 包 为 例 来 讲 解 B L E 协 议 栈 各 层 是 如 何 紧 密 配 合 ， 以 完 成 发 送 任 务 的 。 2 .   如 何 通 过 无 线 发 送 一 个 数 据 包 如 何 通 过 无 线 发 送 一 个 数 据 包 假 设 有 设 备 A 和 设 备 B ， 设 备 A 要 把 自 己 目 前 的 电 量 状 态 8 3 % （ 十 六 进 制 表 示 为 0 x 5 3 ） 发 给 设 备 B ， 该 怎 么 做 呢 ？ 作 为 一 个 开 发 者 ， 他 希 望 越 简 单 越 好 ， 对 他 而 言 ， 他 希 望 调 用 一 个 简 单 的 A P I 就 能 完 成 这 件 事 ， 比 如 s e n d ( 0 x 5 3 ) ， 实 际 上 我 们 的 B L E 协 议 栈 就 是 这 样 设 计 的 ， 开 发 者 只 需 调 用 s e n d ( 0 x 5 3 ) 就 可 以 把 数 据 发 送 出 去 了 ， 其 余 的 事 情 B L E 协 议 栈 帮 你 搞 定 。 很 多 人 会 想 ， B L E 协 议 栈 是 不 是 直 接 在 物 理 层 就 把 0 x 5 3 发 出 去 ， 就 如 下 图 所 示 ： 这 种 方 式 初 看 起 来 挺 美 的 ， 但 由 于 很 多 细 节 没 有 考 虑 到 ， 实 际 是 不 可 行 的 。 首 先 ， 它 没 有 考 虑 用 哪 一 个 射 频 信 道 来 进 行 传 输 ， 在 不 更 改 A P I 的 情 况 下 ， 我 们 只 能 对 协 议 栈 进 行 分 层 ， 为 此 引 入 L L 层 ， 开 发 者 还 是 调 用 s e n d ( 0 x 5 3 ) ， s e n d ( 0 x 5 3 ) 再 调 用 s e n d _ L L ( 0 x 5 3 , 2 4 0 2 M ) （ 注 ： 2 4 0 2 M 为 信 道 频 率 ） 。 这 里 还 有 一 个 问 题 ， 设 备 B 怎 么 知 道 这 个 数 据 包 是 发 给 自 己 的 还 是 其 他 人 的 ， 为 此 B L E 引 入 a c c e s s   a d d r e s s 概 念 ， 用 来 指 明 接 收 者 身 份 概 念 ， 用 来 指 明 接 收 者 身 份 ， 其 中 ， 0 x 8 E 8 9 B E D 6 这 个 a c c e s s   a d d r e s s 比 较 特 殊 ， 它 表 示 要 发 给 周 边 所 有 设 备 ， 即 广 播 。 如 果 你 要 一 对 一 的 进 行 通 信 （ B L E 协 议 将 其 称 为 连 接 ） ， 即 设 备 A 的 数 据 包 只 能 设 备 B 接 收 ， 同 样 设 备 B 的 数 据 包 只 能 设 备 A 接 收 ， 那 么 就 必 须 生 成 一 个 独 特 的 随 机 a c c e s s   a d d r e s s 以 标 识 设 备 A 和 设 备 B 两 者 之 间 的 连 接 。 2 . 1   广 播 方 式 广 播 方 式 我 们 先 来 看 一 下 简 单 的 广 播 情 况 ， 这 种 情 况 下 ， 我 们 把 设 备 A 叫 a d v e r t i s e r （ 广 播 者 ） （ 广 播 者 ） ， 设 备 B 叫 s c a n n e r 或 者 o b s e r v e r （ 扫 描 者 ） （ 扫 描 者 ） 。 广 播 状 态 下 设 备 A 的 L L 层 A P I 将 变 成 s e n d _ L L ( 0 x 5 3 , 2 4 0 2 M ,   0 x 8 E 8 9 B E D 6 ) 。 由 于 设 备 B 可
以 同 时 接 收 到 很 多 设 备 的 广 播 ， 因 此 数 据 包 还 必 须 包 含 设 备 A 的 d e v i c e   a d d r e s s （ 0 x E 1 0 2 2 A A B 7 5 3 B ） 以 确 认 该 广 播 包 来 自 设 备 A ， 为 此 s e n d _ L L 参 数 需 要 变 成 ( 0 x 5 3 , 2 4 0 2 M ,   0 x 8 E 8 9 B E D 6 ,   0 x E 1 0 2 2 A A B 7 5 3 B ) 。 L L 层 还 要 检 查 数 据 的 完 整 性 ， 即 数 据 在 传 输 过 程 中 有 没 有 发 生 窜 改 ， 为 此 引 入 C R C 2 4 对 数 据 包 进 行 检 验   ( 假 设 为 0 x B 2 C 7 8 E )   。 同 时 为 了 调 制 解 调 电 路 工 作 更 高 效 ， 每 一 个 数 据 包 的 最 前 面 会 加 上 1 个 字 节 的 p r e a m b l e （ 前 导 帧 ） ， p r e a m b l e 一 般 为 0 x 5 5 或 者 0 x A A 。 这 样 ， 整 个 空 中 包 就 变 成 ： （ 注 ： 空 中 包 用 小 端 模 式 表 示 ！ ） 注 ： 空 中 包 用 小 端 模 式 表 示 ！ ） 上 面 这 个 数 据 包 还 有 如 下 问 题 ： 没 有 对 数 据 包 进 行 分 类 组 织 ， 设 备 没 有 对 数 据 包 进 行 分 类 组 织 ， 设 备 B 无 法 找 到 自 己 想 要 的 数 据 无 法 找 到 自 己 想 要 的 数 据 0 x 5 3 。 。 为 此 我 们 需 要 在 a c c e s s   a d d r e s s 之 后 加 入 两 个 字 段 ： L L   h e a d e r 和 长 度 字 节 。 L L   h e a d e r 用 来 表 示 数 据 包 的 L L 类 型 ， 长 度 字 节 用 来 指 明 p a y l o a d 的 长 度 设 备 设 备 B 什 么 时 候 开 启 射 频 窗 口 以 接 收 空 中 数 据 包 ？ 什 么 时 候 开 启 射 频 窗 口 以 接 收 空 中 数 据 包 ？ 如 上 图 c a s e 1 所 示 ， 当 设 备 A 的 数 据 包 在 空 中 传 输 的 时 候 ， 设 备 B 把 接 收 窗 口 关 闭 ， 此 时 通 信 将 失 败 ； 同 样 对 c a s e 2 来 说 ， 当 设 备 A 没 有 在 空 中 发 送 数 据 包 时 ， 设 备 B 把 接 收 窗 口 打 开 ， 此 时 通 信 也 将 失 败 。 只 有 c a s e 3 的 情 况 ， 通 信 才 能 成 功 ， 即 设 备 A 的 数 据 包 在 空 中 传 输 时 ， 设 备 B 正 好 打 开 射 频 接 收 窗 口 ， 此 时 通 信 才 能 成 功 ， 换 句 话 说 ， L L 层 还 必 须 定 义 通 信 时 序 。 当 设 备 当 设 备 B 拿 到 数 据 拿 到 数 据 0 x 5 3 后 ， 该 如 何 解 析 这 个 数 据 呢 ？ 后 ， 该 如 何 解 析 这 个 数 据 呢 ？ 它 到 底 表 示 湿 度 还 是 电 量 ， 还 是 别 的 意 思 ？ 这 个 就 是 G A P 层 要 做 的 工 作 ， G A P 层 引 入 了 L T V （ L e n g t h - T y p e - V a l u e ） 结 构 来 定 义 数 据 ， 比 如 0 2 0 1 0 5 ， 0 2 - 长 度 ， 0 1 - 类 型 （ 强 制 字 段 ， 表 示 广 播 f l a g ， 广 播 包 必 须 包 含 该 字 段 ） ， 0 5 - 值 。 由 于 广 播 包 最 大 只 能 为 3 1 个 字 节 ， 它 能 定 义 的 数 据 类 型 极 其 有 限 ， 像 这 里 说 的 电 量 ， G A P 就 没 有 定 义 ， 因 此 要 通 过 广 播 方 式 把 电 量 数 据 发 出 去 ， 只 能 使 用 供 应 商 自 定 义 数 据 类 型 0 x F F ， 即 0 4 F F 5 9 0 0 5 3 ， 其 中 0 4 表 示 长 度 ， F F 表 示 数 据 类 型 （ 自 定 义 数 据 ） ， 0 x 0 0 5 9 是 供 应 商 I D （ 自 定 义 数 据 中 的 强 制 字 段 ） ， 0 x 5 3 就 是 我 们 的 数 据 ( 设 备 双 方 约 定 0 x 5 3 就 是 表 示 电 量 ， 而 不 是 其 他 意 思 ) 。 最 终 空 中 传 输 的 数 据 包 将 变 成 ： A A D 6 B E 8 9 8 E 6 0 0 E 3 B 7 5 A B 2 A 0 2 E 1 0 2 0 1 0 5 0 4 F F 5 9 0 0 5 3 8 E C 7 B 2 A A   –   前 导 帧 ( p r e a m b l e ) D 6 B E 8 9 8 E   –   访 问 地 址 ( a c c e s s   a d d r e s s ) 6 0   –   L L 帧 头 字 段 ( L L   h e a d e r ) 0 E   –   有 效 数 据 包 长 度 ( p a y l o a d   l e n g t h ) 3 B 7 5 A B 2 A 0 2 E 1   –   广 播 者 设 备 地 址 ( a d v e r t i s e r   a d d r e s s ) 0 2 0 1 0 5 0 4 F F 5 9 0 0 5 3   –   广 播 数 据 8 E C 7 B 2   –   C R C 2 4 值
关 于 报 头 第 三 部 分 还 会 详 细 介 绍 。 有 了 P H Y ， L L 和 G A P ， 就 可 以 发 送 广 播 包 了 ， 但 广 播 包 携 带 的 信 息 极 其 有 限 ， 而 且 还 有 如 下 几 大 限 制 ： 无 法 进 行 一 对 一 双 向 通 信 无 法 进 行 一 对 一 双 向 通 信 （ 广 播 是 一 对 多 通 信 ， 而 且 是 单 方 向 的 通 信 ） 由 于 不 支 持 组 包 和 拆 包 ， 因 此 无 法 传 输 大 数 据 通 信 不 可 靠 及 效 率 低 下 通 信 不 可 靠 及 效 率 低 下 。 广 播 信 道 不 能 太 多 ， 否 则 将 导 致 扫 描 端 效 率 低 下 。 为 此 ， B L E 只 使 用 3 7 ( 2 4 0 2 M H z )   / 3 8 ( 2 4 2 6 M H z )   / 3 9 ( 2 4 8 0 M H z ) 三 个 信 道 进 行 广 播 和 扫 描 ， 因 此 广 播 不 支 持 跳 频 。 由 于 广 播 是 一 对 多 的 ， 所 以 广 播 也 无 法 支 持 A C K 。 这 些 都 使 广 播 通 信 变 得 不 可 靠 。 扫 描 端 功 耗 高 扫 描 端 功 耗 高 。 由 于 扫 描 端 不 知 道 设 备 端 何 时 广 播 ， 也 不 知 道 设 备 端 选 用 哪 个 频 道 进 行 广 播 ， 扫 描 端 只 能 拉 长 扫 描 窗 口 时 间 ， 并 同 时 对 3 7 / 3 8 / 3 9 三 个 通 道 进 行 扫 描 ， 这 样 功 耗 就 会 比 较 高 。 而 连 接 则 可 以 很 好 解 决 上 述 问 题 ， 下 面 我 们 就 来 看 看 连 接 是 如 何 将 0 x 5 3 发 送 出 去 的 。 2 . 2   连 接 方 式 连 接 方 式 到 底 什 么 叫 连 接 到 底 什 么 叫 连 接 ( c o n n e c t i o n ) ？ ？ 像 有 线 U A R T ， 很 容 易 理 解 ， 就 是 用 线 （ R x 和 T x 等 ） 把 设 备 A 和 设 备 B 相 连 ， 即 为 连 接 。 用 “ 线 ” 把 两 个 设 备 相 连 ， 实 际 是 让 2 个 设 备 有 共 同 的 通 信 媒 介 ， 并 让 两 者 时 钟 同 步 起 来 。 蓝 牙 连 接 有 何 尝 不 是 这 个 道 理 ， 所 谓 设 备 所 谓 设 备 A 和 设 备 和 设 备 B 建 立 蓝 牙 连 接 ， 就 是 指 设 备 建 立 蓝 牙 连 接 ， 就 是 指 设 备 A 和 设 备 和 设 备 B 两 者 一 对 一 两 者 一 对 一 “ 同 步 同 步 ” 成 功 成 功 ， 其 具 体 包 含 以 下 几 方 面 ： 设 备 A 和 设 备 B 对 接 下 来 要 使 用 的 物 理 信 道 达 成 一 致 设 备 A 和 设 备 B 双 方 建 立 一 个 共 同 的 时 间 锚 点 ， 也 就 是 说 ， 把 双 方 的 时 间 原 点 变 成 同 一 个 点 设 备 A 和 设 备 B 两 者 时 钟 同 步 成 功 ， 即 双 方 都 知 道 对 方 什 么 时 候 发 送 数 据 包 什 么 时 候 接 收 数 据 包 连 接 成 功 后 ， 设 备 A 和 设 备 B 通 信 流 程 如 下 所 示 ：
如 上 图 所 示 ， 一 旦 设 备 A 和 设 备 B 连 接 成 功 （ 此 种 情 况 下 ， 我 们 把 设 备 A 称 为 M a s t e r 或 者 C e n t r a l ， 把 设 备 B 称 为 S l a v e 或 者 P e r i p h e r a l ） ， 设 备 A 将 周 期 性 以 C I （ c o n n e c t i o n   i n t e r v a l ） 为 间 隔 向 设 备 B 发 送 数 据 包 ， 而 设 备 B 也 周 期 性 地 以 C I 为 间 隔 打 开 射 频 接 收 窗 口 以 接 收 设 备 A 的 数 据 包 。 同 时 按 照 蓝 牙 s p e c 要 求 ， 设 备 B 收 到 设 备 A 数 据 包 1 5 0 u s 后 ， 设 备 B 切 换 到 发 送 状 态 ， 把 自 己 的 数 据 发 给 设 备 A ； 设 备 A 则 切 换 到 接 收 状 态 ， 接 收 设 备 B 发 过 来 的 数 据 。 由 此 可 见 ， 连 接 状 态 下 ， 设 备 A 和 设 备 B 的 射 频 发 送 和 接 收 窗 口 都 是 周 期 性 地 有 计 划 地 开 和 关 ， 而 且 开 的 时 间 非 常 短 ， 从 而 大 大 降 低 系 统 功 耗 并 大 大 提 高 系 统 效 率 。 现 在 我 们 看 看 连 接 状 态 下 是 如 何 把 数 据 0 x 5 3 发 送 出 去 的 ， 从 中 大 家 可 以 体 会 到 蓝 牙 协 议 栈 分 层 的 妙 处 。 对 开 发 者 来 说 ， 很 简 单 ， 他 只 需 要 调 用 s e n d ( 0 x 5 3 ) G A T T 层 定 义 数 据 的 类 型 和 分 组 ， 方 便 起 见 ， 我 们 用 0 x 0 0 1 3 表 示 电 量 这 种 数 据 类 型 ， 这 样 G A T T 层 把 数 据 打 包 成 1 3 0 0 5 3   （ 小 端 模 式 ！ ） （ 小 端 模 式 ！ ） A T T 层 用 来 选 择 具 体 的 通 信 命 令 ， 比 如 读 / 写 / n o t i f y / i n d i c a t e 等 ， 这 里 选 择 n o t i f y 命 令 0 x 1 B ， 这 样 数 据 包 变 成 了 ： 1 B 1 3 0 0 5 3 L 2 C A P 用 来 指 定 c o n n e c t i o n   i n t e r v a l （ 连 接 间 隔 ） ， 比 如 每 1 0 m s 同 步 一 次 （ C I 不 体 现 在 数 据 包 中 ） ， 同 时 指 定 逻 辑 通 道 编 号 0 0 0 4 （ 表 示 A T T 命 令 ） ， 最 后 把 A T T 数 据 长 度 0 x 0 0 0 4 加 在 包 头 ， 这 样 数 据 就 变 为 ： 0 4 0 0 0 4 0 0 1 B 1 3 0 0 5 3 L L 层 要 做 的 工 作 很 多 ， 首 先 L L 层 需 要 指 定 用 哪 个 物 理 信 道 进 行 传 输 （ 物 理 信 道 不 体 现 在 数 据 包 中 ） ， 然 后 再 给 此 连 接 分 配 一 个 A c c e s s   a d d r e s s （ 0 x 5 0 6 5 5 D A B ） 以 标 识 此 连 接 只 为 设 备 A 和 设 备 B 直 连 服 务 ， 然 后 加 上 L L   h e a d e r 和 p a y l o a d   l e n g t h 字 段 ， L L   h e a d e r 标 识 此 p a c k e t 为 数 据 p a c k e t ， 而 不 是 c o n t r o l   p a c k e t 等 ， p a y l o a d l e n g t h 为 整 个 L 2 C A P 字 段 的 长 度 ， 最 后 加 上 C R C 2 4 字 段 ， 以 保 证 整 个 p a c k e t 的 数 据 完 整 性 。 所 以 数 据 包 最 后 变 成 ： A A A B 5 D 6 5 5 0 1 E 0 8 0 4 0 0 0 4 0 0 1 B 1 3 0 0 5 3 D 5 5 0 F 6 A A – 前 导 帧 ( p r e a m b l e ) 0 x 5 0 6 5 5 D A B – 访 问 地 址 ( a c c e s s   a d d r e s s ) 1 E – L L 帧 头 字 段 ( L L   h e a d e r ) 0 8 – 有 效 数 据 包 长 度 ( p a y l o a d   l e n g t h ) 0 4 0 0 0 4 0 0 – A T T 数 据 长 度 ， 以 及 L 2 C A P 通 道 编 号 1 B – n o t i f y   c o m m a n d 0 x 0 0 1 3 – 电 量 数 据 h a n d l e 0 x 5 3 – 真 正 要 发 送 的 电 量 数 据 0 x F 6 5 0 D 5 – C R C 2 4 值 虽 然 开 发 者 只 调 用 了   s e n d ( 0 x 5 3 ) ， 但 由 于 低 功 耗 蓝 牙 协 议 栈 层 层 打 包 ， 最 后 空 中 实 际 传 输 的 数 据 将 变 成 下 图 所 示 的 模 样 ， 这 就 既 满 足 了 低 功 耗 蓝 牙 通 信 的 需 求 ， 又 让 用 户 A P I 变 得 简 单 ， 可 谓 一 箭 双 雕 ！
关 于 报 头 第 三 部 分 还 会 详 细 介 绍 。 上 面 只 是 对 B L E 协 议 栈 实 现 原 理 做 了 一 个 简 单 概 述 ， 即 便 如 此 ， 由 于 都 是 关 于 B L E 协 议 栈 底 层 的 东 西 ， 很 多 开 发 者 还 是 会 觉 得 比 较 枯 燥 和 晦 涩 ， 而 且 对 很 多 开 发 者 来 说 ， 他 们 也 不 关 心 B L E 协 议 栈 是 如 何 实 现 的 ， 他 们 更 关 心 的 是 B L E 协 议 栈 的 使 用 ， 即 怎 么 开 发 一 个 B L E 应 用 。 B L E 应 用 是 实 打 实 的 东 西 ， 不 能 像 上 面 讲 述 协 议 栈 一 样 泛 泛 而 谈 ， 必 须 结 合 具 体 的 蓝 牙 芯 片 和 蓝 牙 协 议 栈 来 讲 解 ， 为 此 后 面 将 以 N o r d i c 芯 片 及 协 议 栈 作 为 范 例 ， 来 具 体 讲 解 如 何 开 发 B L E 应 用 ， 以 及 如 何 通 过 代 码 去 理 解 B L E 协 议 中 定 义 的 一 些 概 念 和 术 语 。 标 签 :   A T T ,   G A P ,   L i n k   l a y e r ,   G A T T ,   L 2 C A P ,   B L E   s t a c k ,   广 播 ,   连 接 ,   B L E 协 议 栈 ,   链 路 层 3 .   P H Y 和 和 L L 层 协 议 栈 编 写 层 协 议 栈 编 写 3 . 1   基 本 概 念 基 本 概 念 （ （ 1 ） 链 路 层 状 态 机 ） 链 路 层 状 态 机 共 有 5 种 状 态 ： 就 绪 态 ： 中 心 状 态 ， 任 何 状 态 都 可 以 转 换 为 它 ； 广 播 态 ： 使 用 广 播 报 文 扫 描 态 ： 使 用 广 播 报 文 ， 不 可 连 接 发 起 态 ： 使 用 广 播 报 文 ， 随 机 发 起 连 接 连 接 态 ： 使 用 数 据 报 文 ；
（ （ 2 ） 协 议 栈 ） 协 议 栈 协 议 栈 内 容 请 参 考 ： U n d e r s t a n d i n g   B l u e t o o t h   A d v e r t i s i n g   P a c k e t s 一 文 。 中 文 版 ： h t t p : / / b l o g . c s d n . n e t / o o a k k / a r t i c l e / d e t a i l s / 7 3 0 2 4 2 5
（ （ 3 ） 通 信 信 道 ） 通 信 信 道 B L E   工 作 在   I S M   频 带 ， 定 义 了 两 个 频 段 ， 2 . 4 G H z   频 段 和   8 9 6 / 9 1 5 M H z   频 带 。 在 I E E E 8 0 2 . 1 5 . 4   中 共 规 定 了   2 7   个 信 道 ： 在   2 . 4 G H z   频 段 ， 共 有   1 6   个 信 道 ， 信 道 通 信 速 率 为   2 5 0 k b p s ： 在   9 1 5 M H z   频 段 ， 共 有   1 0   个 信 道 ， 信 道 通 信 速 率 为   4 0 k b p s ： 在   8 6 8 M H z   频 段 ， 有   1   个 信 道 ， 信 道 通 信 速 率 为   2 0 k b p S 。 B L E   工 作 在   2 . 4 G H z   频 段 ， 仅 适 用   3   个 广 播 通 道 ， 适 用 所 有 蓝 牙 规 范 版 本 通 用 的 自 适 应 调 频 技 术 。 B l u e T o o t h   有 7 9 个 射 频 信 道 ， 按 0 - 7 8 排 序 ， 并 于 2 4 0 2   M H z 开 始 ， 以 1   M H z 分 隔 。 B T L E 有 4 0 个 频 道 （ 也 称 为 信 道 ） ， 按 3 7 在 第 一 个 ， 后 面 有 0 - 3 6 ， 然 后 是 第 3 9 信 道 。 由 于 篇 幅 限 制 ， 协 议 栈 的 具 体 实 现 将 在 后 续 内 容 中 进 行 讲 解 。 精 彩 推 荐 精 彩 推 荐
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