一篇文章，帶你總覽藍(lán)牙協(xié)議

我們前面主要去學(xué)習(xí)了藍(lán)牙開發(fā)所具備的基礎(chǔ)知識、常用的仿真手法，那么如何去分析我們抓到的藍(lán)牙通信包呢？

不去學(xué)習(xí)藍(lán)牙通信協(xié)議，只能把抓到的Log信息，交給能看懂的人，你也最終只能當(dāng)一個(gè)測試工程師了。

藍(lán)牙協(xié)議及其復(fù)雜，并非一文能夠道盡，本文主要在于對藍(lán)牙整體的協(xié)議架構(gòu)進(jìn)行梳理，文末官方協(xié)議附下載鏈接

藍(lán)牙的核心系統(tǒng)，由一個(gè)Host和一個(gè)或多個(gè)Controller組成。

• BT Host：一個(gè)邏輯實(shí)體，在HCI（Host Controller Interface）的上層。

• BT Controller：一個(gè)邏輯實(shí)體，在HCI（Host Controller Interface）的下層。

Bluetooth的主控制器，可能是以下幾種：

• BR/EDR Controller：內(nèi)部包含Radio,Baseband，Link Manager，可選的HCI。

• LE Controller：內(nèi)部包含LE PHY，Link Layer，可選的HCI

• BR/EDR & LE Controller：BR/EDR與LE的組合的控制器

• MAC/PHY (AMP) Controller：二級控制器，可替代的，內(nèi)部包含802.11 PAL (Protocol Adaptation Layer)，802.11 MAC，PHY，可選的HCI。

根據(jù)Host與Controller的組成關(guān)系，常見的藍(lán)牙芯片也分為以下幾種：

• 單模藍(lán)牙芯片：單一傳統(tǒng)藍(lán)牙的芯片，單一低功耗藍(lán)牙的芯片。即（1個(gè)Host結(jié)合1個(gè)Controller）

• 雙模藍(lán)牙芯片：同時(shí)支持傳統(tǒng)藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙的芯片。即（1個(gè)Host結(jié)合多個(gè)Controller）

因此，藍(lán)牙芯片就會有以下幾種架構(gòu)：

上圖為官方協(xié)議中所提及的圖片，由全局到局部來看

由下到上分析

Controller：

• BR/EDR Controller：由Link Manager、Link Controller、BR/EDR Radio組成

• LE Controller：由Link Manager、Link Controller、LE Radio組成

• AMP Controller：由AMP PAL,AMP MAC,AMP PHY組成

Host：

• BR/EDR Host：由L2CAP、SDP、GAP組成

• LE Host：由L2CAP、SMP、GAP、Attribute protocol、GATT組成

由上到下分析

Host層

• Channel Manager：通道管理，主要用于創(chuàng)建、管理、關(guān)閉L2CAP通道，用于服務(wù)協(xié)議和應(yīng)用數(shù)據(jù)的傳輸。

• L2CAP Resource Manage：L2CAP資源管理，主要負(fù)責(zé)管理分片的PDU的正確提交。

• Security Manager Protocol：SMP安全管理協(xié)議，主要負(fù)責(zé)生成加密密鑰和身份密鑰。

• Attribute Protocol：ATT，屬性協(xié)議，主要負(fù)責(zé)服務(wù)端與客戶端點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。

• AMP Manager Protocol：直接使用L2CAP與遠(yuǎn)程設(shè)備通信。

• Generic Attribute Profile：GATT，提供更多的功能，概要文件描述了屬性服務(wù)器中使用的服務(wù)層次結(jié)構(gòu)、特征和屬性，用于LE設(shè)備

• Generic Access Profile：GAP，標(biāo)識了基礎(chǔ)的藍(lán)牙設(shè)備的通用功能

Controller層

• Device Manager：控制藍(lán)牙設(shè)備的通用行為，負(fù)責(zé)與藍(lán)牙通信過程中，所有的與數(shù)據(jù)無關(guān)的操作，如查詢設(shè)備，連接設(shè)備

• Link Manager：鏈路管理，主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建，修改，釋放邏輯鏈路。

• Baseband Resource Manager：基帶資源管理，主要負(fù)責(zé)所有的訪問無線電媒體

• Link Controller：鏈路控制，主要負(fù)責(zé)從編碼和解碼藍(lán)牙數(shù)據(jù)包

• PHY：物理層，主要負(fù)責(zé)發(fā)送，接收物理通道的信息包

以上為官方手冊提供的視圖，Host通過HCI（Host Controll Interface）接口，來控制Controller執(zhí)行相應(yīng)的動作。

下面是參考網(wǎng)上的一位博主的文章，寫的較為詳細(xì)，遂分享出來。

以上架構(gòu)圖，將藍(lán)牙協(xié)議分為了HW層，Transport層，Host層。

HW層，指的是藍(lán)牙芯片層，也就是我們上面說的Controller，包括以下幾個(gè)部分：

• RF（RADIO）：射頻層，本地藍(lán)牙數(shù)據(jù)通過射頻發(fā)送給遠(yuǎn)端設(shè)備，并且通過射頻接收來自遠(yuǎn)端藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)據(jù)。

• BB（BASEBAND）：基帶層，進(jìn)行射頻信號與數(shù)字或語音信號的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)基帶協(xié)議和其它的底層連接規(guī)程。

• LMP（LINK MANAGER PROTOCOL）：鏈路管理層，負(fù)責(zé)管理藍(lán)牙設(shè)備之間的通信，實(shí)現(xiàn)鏈路的建立、驗(yàn)證、鏈路配置等操作

• HCI（HOST CONTROLLER INTERFACE）：主機(jī)控制器接口層，HCI層在芯片以及協(xié)議棧都有，芯片層面的HCI負(fù)責(zé)把協(xié)議棧的數(shù)據(jù)做處理，轉(zhuǎn)換為芯片內(nèi)部動作，并且接收到遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)，通過HCI上報(bào)給協(xié)議棧。

• BLE PHY：BLE的物理層

• BLE LL：BLE的鏈路層

Transport層，主機(jī)控制層接口，通過硬件接口UART/USB/SDIO把HOST協(xié)議層的數(shù)據(jù)發(fā)送給Controller層，并且接收Controller層的數(shù)據(jù)。

該部分有幾個(gè)協(xié)議：

• H2：基于USB的傳輸

• H4：基于UART的傳輸，最簡單的傳輸方式，只在HCI raw data前面加上一個(gè)type

• H5:  基于UART的傳輸

• BCSP: 基于UART的傳輸

• SDIO ：基于SDIO的傳輸

H4需要藍(lán)牙芯片的UART_TX/UART_RX/UART_CTS/UART_RTS/VCC/GND接到MCU；而H5只需要藍(lán)牙芯片的UART_TX/UART_RX/VCC/GND接到MCU就可以通信。

HOST層，此部分就是藍(lán)牙協(xié)議棧，該部分包括多個(gè)協(xié)議：

• L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）：邏輯鏈路控制與適配協(xié)議，將ACL數(shù)據(jù)分組，對高層應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，并提供協(xié)議復(fù)用和服務(wù)質(zhì)量交換等功能。通過協(xié)議多路復(fù)用、分段重組操作和組概念,向高層提供面向連接的和無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)

• SDP（SERVICE DISCOVERY PROTOCOL）：服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，為應(yīng)用程序提供發(fā)現(xiàn)可用服務(wù)，并確定服務(wù)特征的方法。

• RFCOMM（Serial Port Emulation）：串口仿真協(xié)議，上層協(xié)議藍(lán)牙電話，藍(lán)牙透傳SPP等協(xié)議都是直接走的RFCOMM

• OBEX：對象交換協(xié)議，藍(lán)牙電話本，藍(lán)牙短信，文件傳輸?shù)葏f(xié)議都是走的OBEX

• HFP（Hands-Free）：藍(lán)牙免提協(xié)議

• HSP：藍(lán)牙耳機(jī)協(xié)議，最開始的藍(lán)牙耳機(jī)協(xié)議，目前已經(jīng)沒有產(chǎn)品在用這個(gè)了吧，至少我沒有看到了。算是一個(gè)簡化版的HFP。

• SPP（SERIAL PORT PROFILE）：藍(lán)牙串口協(xié)議

• IAP：蘋果的特有協(xié)議，分為IAP1/IAP2，一般做Carplay或者iPod功能的人肯定接觸過這塊，有需要這塊的私下聯(lián)系我

• PBAP（Phone Book Access）：藍(lán)牙電話本訪問協(xié)議

• MAP（MESSAGE ACCESS PROFILE）：藍(lán)牙短信訪問協(xié)議

• HID（HUMAN INTERFACE DEVICE）：人機(jī)接口協(xié)議，HID還是有很多廣泛的用途的，比如藍(lán)牙鼠標(biāo)，藍(lán)牙鍵盤，藍(lán)牙自拍桿，藍(lán)牙手柄等。

• A2DP（Advanced Audio Distribution）: 藍(lán)牙音樂協(xié)議

• SM: 藍(lán)牙BLE安全管理協(xié)議

• GAP（GENERIC ACCESS PROFILE）：它定義了藍(lán)牙設(shè)備的基本要求。

  它聯(lián)系了所有的不同的層之間的交互，也描述了設(shè)備發(fā)現(xiàn)、建立連接、安全、認(rèn)證、關(guān)聯(lián)模型和發(fā)現(xiàn)服務(wù)的行為和方法。

• 對于BR/EDR，它定義了一個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，包括無線電、基帶、鏈路管理器、L2CAP和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議功能。

• 對于LE，它定義一個(gè)物理層，鏈路層，L2CAP，安全管理器，屬性協(xié)議和通用屬性配置文件。

• ATT（Attribute Protocol）：藍(lán)牙屬性協(xié)議,用于發(fā)現(xiàn)、讀、寫對端設(shè)備的協(xié)議(針對BLE設(shè)備),ATT允許設(shè)備作為服務(wù)端提供擁有關(guān)聯(lián)值的屬性集 ，讓作為客戶端的設(shè)備來發(fā)現(xiàn)、讀、寫這些屬性；同時(shí)服務(wù)端能主動通知客戶端。

• GATT（Generic Attribute Profile）：藍(lán)牙通用屬性協(xié)議，描述了一種使用ATT的服務(wù)框架 ，該框架定義了數(shù)據(jù)交換的格式。

藍(lán)牙芯片的架構(gòu)：根據(jù)Host與Controller的結(jié)合關(guān)系，可以分為單模芯片和雙模芯片。

藍(lán)牙協(xié)議的架構(gòu)：藍(lán)牙協(xié)議分為三層，即：Host層，Transport層，Controller層。每一層又由多種不同的協(xié)議組成。