蓝牙协议栈的整个架构以及协议作用你真的了解吗？_蓝牙框架

在介绍架构之前我们先介绍下两个名词

BT Controller：此部分指的是蓝牙芯片，包括BR/EDR芯片（蓝牙2.1芯片），AMP芯片（蓝牙3.0芯片），LE芯片（蓝牙4.0芯片），后续我们把4.0以下统称为传统蓝牙，4.0以上称为低功耗蓝牙，芯片层面会有2种模式，包括

单模蓝牙芯片：单一传统蓝牙芯片或者单一低功耗蓝牙芯片

双模蓝牙芯片：同时支持传统蓝牙跟低功耗蓝牙的芯片

BT Host：蓝牙协议栈

所以蓝牙产品会有以下几种架构

我自己把这个架构展开，如下：

以上架构图从最底下开始大概说明，在后续章节也会逐一展开

HW层：这里就是蓝牙芯片层，包含以下几个部分

1）RF（RADIO）：射频层，本地蓝牙数据通过射频发送给远端设备，并且通过射频接收来自远端蓝牙设备的数据

2）BB（BASEBAND）：基带层，进行射频信号与数字或语音信号的相互转化，实现基带协议和其它的底层连接规程。

3）LMP（LINK MANAGER PROTOCOL）：链路管理层，负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作

4）HCI（HOST CONTROLLER INTERFACE）：主机控制器接口层，HCI层在芯片以及协议栈都有，芯片层面的HCI负责把协议栈的数据做处理，转换为芯片内部动作，并且接收到远端的数据，通过HCI上报给协议栈。

5）BLE PHY：BLE的物理层

6）BLE LL：BLE的链路层

TRANSPORT层：此部分在硬件接口（UART/USB/SDIO）实现HOST跟CONTROLLER的交互，此部分会分为以下几个协议，在后续章节会对transport协议做详细的说明

1）H2：USB的transport

2）H4: UART的transport

3）H5: UART的transport

4）BCSP: UART的transport

5）SDIO:SDIO transport

其中2,3,4的主要差别在于H4需要BT CHIP UART_TX/UART_RX/UART_CTS/UART_RTS/VCC/GND接到MCU，而H5,BCSP只需要BT CHIP的UART_TX/UART_RX/VCC/GND接到MCU就可以通信。

HOST层：此部分就是蓝牙协议栈，是我们本书的重点

1）HCI（HOST CONTROLLER INTERFACE）：主机控制层接口，主要负责透过transport把协议栈的数据发送给蓝牙芯片，并且接受来自蓝牙芯片的数据，数据主要分为HCI COMMAND(HOST->CONTROLLER),HCI EVENT(HOST<-CONTROLLER),HCI ACL(HOST<->CONTROLLER),HCI SCO(这个有点些微差异，因为部分芯片的SCO数据不是透过TRANSPORT直接跟HOST沟通，而是通过特殊的引脚，PCM IN/OUT/SYNC/CLK脚来传输数据),core文档HCI的架构如下：

2）L2CAP（Logical Link Control and Adaptation Protocol）：逻辑链路控制与适配协议，将ACL数据分组交换为便于高层应用的数据分组格式，并提供协议复用和服务质量交换等功能。

通过协议多路复用、分段重组操作和组概念,向高层提供面向连接的和无连接的数据服务,L2CAP还屏蔽了低层传输协议中的很多特性，使得高层协议应用开发人员可以不必了解基层协议而进行开发。架构如下:

3）SDP（SERVICE DISCOVERY PROTOCOL）：服务发现协议，服务发现协议(SDP)为应用程序提供了一种方法来发现哪些服务可用，并确定这些可用服务的特征

4）RFCOMM（Serial Port Emulation）：串口仿真协议，上层协议蓝牙电话，蓝牙透传SPP等协议都是直接走的RFCOMM

5）OBEX：对象交换协议，蓝牙电话本，蓝牙短信，文件传输等协议都是走的OBEX

6）HFP（Hands-Free）：蓝牙免提协议

一共分为两个角色：AG跟HF，举一个例子你一下就会懂，蓝牙耳机跟手机连接，那么手机的角色就是AG，蓝牙耳机的角色是HF

7）HSP：蓝牙耳机协议，最开始的蓝牙耳机协议，目前已经没有产品在用这个了吧，至少我没有看到了。算是一个简化版的HFP。

8）SPP（SERIAL PORT PROFILE）：蓝牙串口协议，架构如下：

角色没有啥新奇古怪的，就是Device A/Device B

9）IAP：苹果的特有协议，分为IAP1/IAP2，一般做Carplay或者iPod功能的人肯定接触过这块，有需要这块的私下联系我

10）PBAP（Phone Book Access）：蓝牙电话本访问协议,架构如下：

此部分尤其注意，PBAP在V1.2跟V1.1架构变化很大，V1.1 PBAP直接走的RFCOMM，在V1.2的时候如果GOEP是V2.0版本，那么PBAP是直接走的L2CAP，并且是L2CAP ERTM mode，不是basic mode.

角色如下：同样举例说明，我们车载蓝牙跟手机连接，车载蓝牙下载手机的电话本，那么手机的角色就是PSE，车载蓝牙就是PCE，多嘴提一句，我刚进公司的时候第一个协议是PBAP，所以对PBAP有额外的亲切感。

11）MAP（MESSAGE ACCESS PROFILE）：蓝牙短信访问协议，架构如下：

MAP跟PBAP很像，都是在V1.2的时候架构有变化，V1.1 MAP直接走的RFCOMM，在V1.2的时候如果GOEP是V2.0版本，那么MAP是直接走的L2CAP，并且是L2CAP ERTM mode，不是basic mode.

角色如下：

12）OPP（OBJECT PUSH PROFILE）：对象推送协议，架构如下

角色如下：

13）AVCTP（AUDIO/VIDEO CONTROL TRANSPORT PROTOCOL）：音视频控制传输协议，是AVRCP的地方，架构如下：

14）AVDTP（AUDIO/VIDEO DISTRIBUTION TRANSPORT PROTOCOL）：音视频分布传输协议，是A2DP的底层，架构如下

15）HID（HUMAN INTERFACE DEVICE）：人机接口协议，架构如下：

HID还是有很多广泛的用途的，比如蓝牙鼠标，蓝牙键盘，蓝牙自拍杆，蓝牙手柄等，学好HID还是能做很多产品的

16）A2DP（Advanced Audio Distribution）: 蓝牙音乐协议，架构如下：

角色如下：举一个例子说明，还是拿蓝牙耳机跟手机连接，手机传输音乐给蓝牙耳机，那么手机就是A2DP source端，蓝牙耳机是A2DP sink端

17）AVRCP（AUDIO/VIDEO REMOTE CONTROL PROFILE）：蓝牙音乐控制协议

角色如下:举例说明，哈哈，继续拿手机跟蓝牙耳机举例（前提是蓝牙耳机有上一首下一首的功能），那么蓝牙耳机就是controller(CT),手机就是target(TG)

18）ATT：蓝牙BLE属性协议

ATT，Attribute Protocol，用于发现、读、写对端设备的协议(针对BLE设备),ATT允许设备作为服务端提供拥有关联值的属性集 ，让作为客户端的设备来发现、读、写这些属性；同时服务端能主动通知客户端。

说到属性协议，我们就不得不提属性是什么，在ATT中属性分为3个内容：

1）属性类型(attribute type)，用UUID的形式来表现

2）属性句柄(attribute handle)，用于标识一个属性

3）属性权限(permissions), 控制是否该Attribute可读、可写、属性值是否通过加密链路发送！

ATT分为两个角色：Server/Client

19）GATT：蓝牙BLE通用属性协议

GATT(Generic Attribute Profile)，描述了一种使用ATT的服务框架 ，该框架定义了服务(Server)和服务属性(characteristic)的过程(Procedure)及格式 。Procedure定义了characteristic的发现、读、写、通知(Notifing)、指示(Indicating)及配置characteristic的广播。

GATT可以被Application或其他Profile使用，其协议栈如下图

GATT可以配置为如下两种角色(Role)，原文如下：

其中PC就是做GATT client,温度计Sensor做GATT server

20）SM: 蓝牙BLE安全管理协议

APP层:蓝牙应用层，比如要做耳机，做蓝牙HID设备，做车载，做蓝牙防丢器，做蓝牙穿戴设备等等