ble协议栈

蓝牙核心规格中说明了蓝牙核心系统组成包含主机部分和控制器部分(一个主控制器和一 个或多个二级控制器)。主机和控制器的分离追溯到蓝牙 BR/EDR 设备时期，控制器和主机 通常分开实现。

  主机部分:所有非核心配置文件以下和主机控制接口以上层。  控制器部分:主机控制接口以下层。

ti公司的cc2540的结构，将ble协议栈的各个部分进行了详细的区分，这个结构对我们来说过于复杂。

TI 公司(CC2540)精简一下，大致分可分为以下几层。 所有 Profile (配置文件层)和应用都建构在 GAP 或 GATT 之上。TI 的 CC2540 器件可以单芯片实现 BLE 蓝牙协议栈结构图的所有组件，包括应用程序。

下面我们简单了解一下蓝牙协议栈的分层

下面解释一下我们会涉及到的一些专业名词：

物理层(Physical Layer):1Mbps 自适应跳频 GFSK(高斯频移键控调制)，运行在免征的 2.4GHz 频段。

链路层(Link Layer):此层为 RF 控制器，用于控制设备的射频状态，控制设备会处于 5 种状态之一:待机(Standby)、广播、监听/扫描(Scan)、初始化、连接。广播设备不需 要建立连接就可以发送数据;而扫描设备监听广播数据。发起设备响应一个连接请求给广播 设备。如果广播设备接受连接请求，发起者设备和广播设备将会进入连接状态。此时两个设 备的角色变了:主机和从机。发起连接的设备叫做主机，接受连接请求的设备称为从机。

主机控制接口层(Host Controller Interface):为主机和控制器之间提供一个标准通信接 口。这一层可以通过软件 API 或硬件接口实现，例如 UART、SPI、USB。

逻辑链路控制及自适应协议层(Logical link Control and Adaptation Protocol):为上层提 供数据封装服务，允许逻辑上的点对多点数据通信。

安全管理层(Security Manager):定义了配对和密钥分配方式。并为协议栈的其它层和 其它设备之间的安全连接和交换数据提供服务。

通用访问配置文件层(Generic Access Profile):GAP 是直接与应用程序或配置文件 (profiles)通信的接口，处理设备发现和连接相关服务。另外还处理安全特性的初始化。对 上级，提供应用程序接口;对下级，管理各级智能部门，尤其是指示 LL 层控制器 5 种状态 切换。

属性协议层(Attribute Protocol):允许设备向其它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”的设备称之为服务器，与之配对的设备称之为客户端。 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。从机设备可以是 ATT 客户端，也可以是 ATT 服务端。

通用属性配置文件层(Generic Attribute Profile):定义了使用 ATT 的服务框架。GATT 规定了配置文件(profiles)的结构。在 BLE 中，所有被 profile 或服务器用到的数据块都称之 为“特征”。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。应用程 序和 profiles 直接使用 GATT 层。GATT 负责处理向上与应用打交道，其关键工作是为检索工 作提供合适的 profile 结构，而 profile 由检索关键词(characteristics)组成。

再需要介绍的就是协议栈顶层的配置文件层

蓝牙 4.0BLE 协议栈配置文件层包括 GAP/安全配置文件、GATT 配置文件两部分，处于 协议栈的顶层部分，配置文件将协议栈和应用紧密地联系在一起。这使得开发者即使对协议 栈底层的原理没有深入的了解。也可以方便地进行应用的开发。

通用属性配置文件层(Generic Attribute Profile):定义了使用 ATT 的服务框架。GATT 规定了配置文件(profiles)的结构。在 BLE 中，所有被 profile 或服务器用到的数据块都称之 为“特征”。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。应用程 序和 profiles 直接使用 GATT 层。GATT 负责处理向上与应用打交道，其关键工作是为检索工 作提供合适的 profile 结构，而 profile 由检索关键词(characteristics)组成。

刚才也说到了最新的蓝牙规格采用基于属性协议(ATT)的服务结构，所有低功耗数据通信都是通过 通用属性配置文件(GATT)运行。从 GATT 角度来看，当连个设备建立连接后，他们处于 两个状态――GATT 服务器和 GATT 客户端。如果应用或另一个配置文件使用 GATT 配置文 件，那么客户端和服务器可以有序的方式进行互动。

GATT 服务器――它是为 GATT 客户端提供读写数据服务的设备。

GATT 客户端――它是从 GATT 服务器读写应用数据的设备。

特别注意的是，GATT 角色中的客户端和服务器与链路层角色的主机和从机是两个完全 独立的概念，与 GAP 的外设和集中器也是完全独立的。一个从机可以是 GATT 客户端或 GATT 服务器;主机也可以是 GATT 客户端和 GATT 服务器。

服务器包含一个或多个 GATT 服务，GATT 服务是完成特定功能的一系列数据的集合。 而 GATT 配置文件定义如何利用属性协议发现、读取、编写和获取指示。这些功能支持基于 服务的结构。所采用的服务在配置文件规格中有所界定。GATT 使你能了解配置文件规格所 界定的服务和特征。

GATT 结构使创建和实施新的配置文件更加容易。许多新的配置文件仍在开发过程中， 因为这一优势继续扩大。配置文件实施十分简单，有助应用和支持这些配置文件的嵌入式设 备迅速增加。

在 TI 公司的示例工程 SimpleBLEPeripheral 应用中，有三个服务:

强制的 GAP 服务――这一服务包含设备和访问信息，例如，设备名、供应商和产品 标示，它是 BLE 协议栈的一部分，是 BLE 规范对每一个 BLE 设备必须强制要求的， 这部分源码并没有提供，而是编译到协议栈库中了。

强制的 GATT 服务――这一服务包含 GATT 服务器的信息，是协议栈的一部分。是 BLE 规范对每一个 GATT 服务器设备的必须要求。这部分源码并不提供，而是编译 到协议栈库中。

SimpleGATTProfile 服务――这个服务是一个示例配置文件进行测试和示范。所有的 源码程序在 simpleGATTProfile.c 和 simpleGATTProfile.h 文件中。这个服务包含应用 数据的信息，与应用数据的传递密切相关。读者可以按照上面示例特定的格式编写 自己的 GATT 服务。

“特性”是服务用到的值，以及其内容和配置信息，GATT 定义了 BLE 连接中发现、读 取、写入属性的子过程。GATT 服务上的特性值，及其内容和配置信息(即描述符)存储于 属性表中。属性表是一个数据库，包含了小块数据被称之为属性。除了值本身，每个属性都 有与之相关的以下属性。

句柄——属性在表中的地址，每个属性有唯一的句柄。

类型——这表明数据所代表的含义，通常由 Bluetooth SIG 规定或用户自定义的 “UUID”(universal unique identifier)。

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。

GATT 定义了 GATT 服务器和客户端之间通信的若干个子进程。

下面是一些子进程:

l 读特性值——客户端设备请求读取特定句柄处的特性值，服务器将此值回应为客户端 (假设属性为可读权限)。

l 使用特性的 UUID 读——客户端请求一个特定类型的所有特性值，服务端将所有相匹 配类型的特性的句柄和值回应给客户端(假定属性有读权限)。客户端不需要知道 这些特性的句柄。

l 读多个特性值——客户端一次请求读取多个句柄的特性值，服务器将这些特性值回 应给客户端(假定属性有读权限)，客户端需要知道如何解析这些不同特性值的数 据。

l 读特性描述符——客户端请求读取特殊句柄的特性描述符，服务器将特性描述符的值 回应为客户端(假定属性有读权限)。

l UUID 发现特性值——客户端通过发送“特性”的类型(UUID)来请求发现这个“特 性”的句柄，服务器将特性的声明回应给客户端，其中包括特性值的句柄以及特性 的权限。

l 写特性值——客户端请求向服务器特定的句柄写入特性值，服务器将数据是否写入成 功的信息反馈给客户端。

l 写特性描述符——客户端请求向服务器特定的句柄写入特性描述符，服务器将数据是 否写入成功的信息反馈给客户端。

l 特性值通知——服务器将一个特性值通知给客户端。这个客户端无需向服务器请求这 个数据，当客户端接收到通知数据后 3，也不需要回应服务器。但必须首先配置特性 使能通知服务，profile 定义了什么时候服务器应该发送这个数据。

每个 profile 初始化其相应的服务并内在的通过 GATT 服务注册服务。GATT 服务添加整 个服务向属性列表，并给每个属性分配唯一句柄。

GATT 属性列表中有一些特殊属性类型，其值有蓝牙威廉希尔官方网站 联盟威廉希尔官方网站 定义:

GATT_PRIMARY_SERVICE_UUID——表示新服务的开始和提供的服务类型。

GATT_CHARACTER_UUID——称之为“特性声明”，表示紧跟其后的是 GATT 特 性值。

GATT_CLIENT_CHAR_CFG_UUID——这个属性代表特性描述符，它与属性表中它 前面最近的句柄处的特征值相关，它允许 GATT 客户端设备使能特性值通知。

GATT_CHAR_USER_DESC_UUID——这个属性代表特性描述符，它与属性表中它前 面最近的句柄处的特性值相关，包含一个 ASCII 字符串，是对相关特性的描述。

这些特定属性类型在 BLE 规范中包括，更多其他的详细属性类型请参考文档 BLE_API_Guide_main.htm。

下面是已经采用的基于 GATT 的蓝牙配置文件和服务:

基于 GATT 的规格 服务

(可进行资格认证)

已采纳 版本

ANP 警报通知配置文件

1.0

ANS 警报通知服务

1.0

CTS 当前时间服务

1.0

DIS 设备信息服务

1.0

FMP Find Me 配置文件

1.0

HTP 健康体温计配置文件

1.0

HTS 健康体温计服务

1.0

HRP 心率配置文件

1.0

HRS 心率服务

1.0

IAS 即时警报服务

1.0

LLS 链路丢失服务

1.0

NDCS 下个日光节约时间更改服务

1.0

PASP 电话警报状态配置文件

1.0

PASS 电话警报状态服务

1.0

PXP 近距传感配置文件

1.0

RTUS 参考时间更新服务

1.0

TIP 时间配置文件

1.0

TPS 发射功率服务

1.0

通用访问配置文件(Generic Access Profile)

BLE 协议栈中的 GAP 层负责处理设备访问模式和程序。包括设备发现、建立连接、终止

连接、初始化安全特写和设备配置。

GAP 层总是作为下面四种角色之一:

(1) 广播者------不可连续广播设备;

(2) 观察者------扫描广播，但不发起建立连接;

(3) 外部设备------可连接的广播设备，可以在单个链路层连接中作为从机;

(4) 集中器------扫描广播设备并发起连接，在单链路层或多链路层作为主机，目前，TI 的 BLE 协议栈支持一个集中器连接 3 个外设。