【Funpack】低功耗蓝牙 BLE 协议架构

想要开发蓝牙应用，了解蓝牙协议架构是必不可少的。本文以低功耗蓝牙 BLE 为例，简要介绍 BLE 蓝牙协议架构，帮助开发者快速了解蓝牙协议概况。

BLE 协议分层

BLE 协议栈主要由如下几部分组成：

• PHY 层（Physical layer 物理层）。PHY层用来指定 BLE 所用的无线频段，调制解调方式和方法等。PHY层做得好不好，直接决定整个 BLE 芯片的功耗，灵敏度以及 selectivity 等射频指标。
• LL 层（Link Layer 链路层）。LL层是整个 BLE 协议栈的核心，也是 BLE 协议栈的难点和重点。像 Nordic 的 BLE 协议栈能同时支持 20 个 link（连接），就是 LL 层的功劳。LL 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，ACK 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。LL 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 GAP 或者 GATT。
• HCI（Host controller interface）。HCI 是可选的（具体请参考文章： 蓝牙技术 Q&A 蓝牙协议栈的三种工作方式），HCI 主要用于2颗芯片实现 BLE 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。
• GAP 层（Generic access profile）。GAP 是对 LL 层 payload（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。GAP 简单的对 LL payload 进行一些规范和定义，因此 GAP 能实现的功能极其有限。GAP 目前主要用来进行广播，扫描和发起连接等。
• L2CAP 层（Logic link control and adaptation protocol）。L2CAP 对 LL 进行了一次简单封装，LL 只关心传输的数据本身，L2CAP 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。
• SMP（Secure manager protocol）。SMP 用来管理 BLE 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 SMP 要考虑的工作。
• ATT（Attribute protocol）。简单来说，ATT 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。BLE 协议栈中，开发者接触最多的就是 ATT。BLE 引入了 attribute 概念，用来描述一条一条的数据。Attribute 除了定义数据，同时定义该数据可以使用的 ATT 命令，因此这一层被称为 ATT 层。
• GATT（Generic attribute profile ）。GATT 用来规范 attribute 中的数据内容，并运用 group（分组）的概念对 attribute 进行分类管理。没有 GATT，BLE 协议栈也能跑，但互联互通就会出问题，也正是因为有了 GATT 和各种各样的应用 profile，BLE 摆脱了 ZigBee 等无线协议的兼容性困境，成了出货量最大的 2.4G 无线通信产品。

GATT profile

Generic attribute profile 规定了一个 profile 并用 att protocol 来进行处理两边设备的交互。对于蓝牙应用开发者来说，通常只需要关心各种 profile 即可上手开发。

• 通常一个 Service 代表一个 Profile，比如电池服务，配网服务。（也有可能一个 Profile 包含多个 Service）
• 一个 Include 代表这个 service 需要包含其他服务才能工作。（这个用的不多）
• Characteristic 表示属性的真实值，profile 表中的每个属性被称为 characteristic，每个 characteristic 都会有一个 properites（就是属性的属性值，用于指示读写等属性）；value 则是用于存储该属性所定义的值；desriptor 也是可有可无的，用来描述该属性的，可理解为标签。（比如你自定义某个 uuid 的时候，蓝牙 SIG 没有规定这个 uuid 是哪个 profile。但是你又想要告诉对端这个 uuid 显示成哪个字符串，就可以加 一个 descriptor 来修饰一下上面的 characteristic。）

表：characteristic 的定义

对于蓝牙属性的读写操作，实际上只需要找到对应的 characteristic，然后根据数据定义读写 value 即可。

最后

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