协议栈基础 - 蓝牙4.0协议详解

协议栈基础

蓝牙4.0BLE协议栈的结构图如下：

详细介绍如下：

1.物理层（Physical Layer，简写 PHY）：

是1Mbps自适应跳频的GFSK射频，工作于免许可证的2.4GHz ISM（工业、科学与医疗）频段。

2.链路层（Link Layer，简写 LL）：

用于控制设备的射频状态，设备将处于五种状态之一：等待、广告、扫描、初始化、连接。广播设备不需要建立连接就可以发送数据，而扫描设备接收广播设备发送的数据；发起连接的设备通过发送连接请求来回应广播设备，如果广播设备接受连接请求，那么广播设备与发起连接的设备将会进入连接状态。发起连接的设备称为主机，接受连接请求的设备称为从机。

3.主机控制接口层（Host Controller Interface，简写 HCI）：

为主机和控制器之间提供标准通信接口。这一层可以是软件或者硬件接口，如UART、SPI、USB等。

4.逻辑链路控制及自适应协议层（Logical Link Control and Adaptation Protocol，简写 L2CAP）：

为上层提供数据封装服务，允许逻辑上的点对点数据通信。

5.安全管理层（Security Manager，简写 SM）：

定义了配对和秘钥分配方式，并为协议栈其他层与另一个设备之间的安全连接和数据交换提供服务。

6.属性协议层（Attribute protocol，简写 ATT）：

允许设备向另外一个设备展示一块特定的数据，称之为“属性”。在ATT环境中，展示“属性”的设备称为服务器，与之配对的设备称为客户端。链路层状态（主机和从机）与设备的ATT角色是相互独立的。例如：主机设备既可以是ATT服务器，也可以是ATT客户端；从机设备既可以是ATT服务器，也可以是ATT客户端。

7.通用属性配置文件层（Generic Attribute profile，简写 GATT）：

定义了使用ATT的服务框架。GATT规定配置文件（profile）的结构。在BLE中，所有被profile或者服务用到的数据块称为“特性”，两个建立连接的设备之间的所有数据通信都是通过GATT子程序处理。GATT层用于已连接的蓝牙设备之间的数据通信，应用程序和profile直接使用GATT层。

当两个设备建立连接之后，它们就处于下面两种角色之一：

GATT服务器：为GATT客户端提供数据服务的设备。

GATT客户端：从GATT服务器读写应用数据的设备。

注意：GATT角色中的客户端和服务器的概念与链路层的主机和从机的概念完全独立，与GAP层角色中的外设和集中器的概念也是完全独立。 主机既可以是GATT客户端也可以是GATT服务器；从机既可以是GATT客户端也可以是GATT服务器。

一个GATT服务器中可包含一个或多个GATT服务，GATT服务是完成特定功能的一系列数据的集合。每一个应用工程大致包含下列三种服务：

（1）强制的GAP服务。这一服务包含了设备和访问信息。例如，设备、设备供应商和产品标示。它是协议栈的一部分，是BLE规范对每一个BLE设备的强制要求。这部分没有提供源代码，而是直接编译到协议栈库文件中了。

（2）强制的GATT服务。这一服务包含了GATT服务器的信息，是协议栈的一部分，同样也是BLE规范对每一个BLE设备的要求。这部分同样没有提供源代码而是直接编译到协议栈库文件中了。

（3）自定义服务。这部分服务包含应用数据的信息，与应用数据的传递密切相关，我们可以按照特定的格式编写自己的GATT服务。

“特性”（Characteristic）是服务用到的值，以及其内容和配置信息。GATT定义了在BLE连接中发现、读取和写入属性的子过程。GATT服务器上的特性值及其内容和配置信息（称为描述符）存储于属性表中。属性表是一个数据库，包含了成为属性的小块数据，除了值本身，每个属性都包含下列属性：

（1）句柄：属性在表中的地址，每个属性有唯一的句柄。

（2）类型：表示数据代表的事物，通常是蓝牙技术联盟规定或用户自定义的UUID（Universally Unique Identifier）。

（3）权限：规定了GATT客户端设备对属性的访问权限，包括是否能访问和怎样访问。