低功耗蓝牙（BLE）学习记录

低功耗蓝牙（BLE）学习记录
低功耗蓝牙(BLE)学习记录
RW_BLE_CORE记录
传输信道
BLE的传输信道在2.4G频段有40个channel。

包括2种物理信道：广播信道和数据信道。

数据帧中设置Access Address用于标识该信道，防止信道碰撞。

Channel MAP如下：
数据帧通信
蓝牙帧结构如下：
Preamble：根据Access Address而定，假如AA的LSB（最右bit）bit为1，则前导便是
10101010b，反之则为01010101b。

Access Address：广播帧的AA为：0x8E89BED6。

其他情况可以是一个32bit的随机数。

AA需满足以下条件
·不超过连续6个1或者0。

·与广播帧的AA不同bit超过1个。

·不能4byte相同。

·0 1跳变不能超过24次
·MSB 6bit 0 1跳变超过2次。

以下逐个介绍PDU。

一、Advertising Channel PDU
蓝牙广播帧帧结构
其中Header的帧格式如下：
其中，
a、广播帧类型（PDU Type）分为以下几类：
ADV_IND: connectable
undirected advertising event
ADV_DIRECT_IND: connectable directed advertising event
ADV_NONCONN_IND: non-connectable undirected advertising event
ADV_SCAN_IND: scannable undirected advertising event
b、Length：3~37bytes
广播帧分为很多种，其区别就是payload所代表的意义不同，以下分别对几种广播帧作分别阐释：
1、ADV_IND
ADV_IND的payload格式如下：
在广播帧帧头中的TxAdd位是广播地址的标示位：
TxAdd==0：AdvA地址为公用地址；
TxAdd==1：AdvA地址为随机地址。

AdvData则是广播HOST的广播数据。

2、ADV_DIRECT_IND
这种帧用于直接接入的广播事件。

ADV_DIRECT_IND的payload帧格式如下：
其中AdvA的意义与ADV_IND相同。

InitA为广播发起者地址：
RxAdd==0：发起者地址是公用地址；
RxAdd==1：发起者地址是随机地址。

注意：该帧不包含任何HOST数据。

3、ADV_NONCONN_IND
用于不可接入不直达（non-connectable undirected）的网络。

其payload意义与ADV_IND 类似。

4、ADV_SCAN_IND
用于可扫描不直达网络。

Payload意义与ADV_IND类似。

二、Scaning PDUs
1）SCAN_REQ：
这是扫描请求帧，处于广播状态的接收设备接收这种帧。

此处，
ScanA为扫描者的地址，其地址由TxAdd控制是公共地址还是随机地址。

AdvA为该扫描帧的目的地址。

由RxAdd控制意义。

2）SCAN_RSP
扫描确认。

处于广播状态的设备在收到扫描请
求后，需要回复扫描确认帧。

AdvA地址意义由TxAdd确定。

ScanRspData为广播端的附带数据。

三、Initiating PDU
该部分为连接发起协议。

发起的帧格式仅一种：CONNECT_REQ。

由发起方发送该帧，广播方接收该帧。

1）CONNECT_REQ
CONNECT_REQ帧格式如下：
TxAdd确认InitA地址为公共地址还是随机地址；
RxAdd确认AdvA地址为公共地址还是随机地址。

LLData的数据格式如下：
AA：AccessAddress
CRCInit：CRC校验的初始值，它应该是LinkLayer产生的一个随机值。

WinSize：发送窗长度参数。

transmitWindowSize=WinSize*1.25ms。

WinOffset：发送窗起始偏移量。

TransmitWindowOffset=WinOffset*1.25ms。

上述两个window意义如下：
Interval：确定connect interval的时间长度。

connInterval = Interval * 1.25 ms。

Latency：connSlaveLatency =Latency。

TimeOut：connSupervisionTimeout= Timeout * 10 ms
（100ms~32s之间），当两帧数据之间的时间间隔超过6*connInterval或者connSupervisionTimeout时，则认为连接丢失。

ChM：即ChannelMAP，一共0~36个信道。

LSB代
表channel0，哪一个是1，则哪一个信道有效。

Channel 37~39保留。

Hop：5~16之间的随机值，用于设置HopIncrement。

用于计算不使用的信道编号。

unmappedChannel = (lastUnmappedChannel + hopIncrement) mod 37
如果计算结果是属于保留信道，则通过下式计算：
remappingIndex = unmappedChannel mod numUsedChannels SCA：设置Master睡眠时钟精确度的最大值。

对应表如下：
四、Data Channel PDU
数据信道的帧格式如下：
其中包括16bit Header，长度可变的Payload，和一个信号完整性确认字段（MIC）。

1、关于Header和MIC
Header的数据格式如下：
每个字段的意义如下：
MIC字段使用的时候，有两个条件：1、不能使用于非加密的数据帧；2、数据帧payload长度不能为0。

字长为4byte。

2、关于Payload
Payload分为两类，LL Data PDU和LL Control PDU （LLID==11b）。

LL Data PDU里面又分为两类，一类是完整数据帧或帧碎片起始帧
（LLID==10b），另一类是帧碎片（LLID==01b）。

其中，帧碎片帧的帧长度可以为0，而完整（起始）帧的长度不可以为0。

下面具体介绍LL Control PDU：
LL Control PDU的帧格式如下：
其帧长度不能为0，其中包含两个字段：Opcode和CtrData。

Opcode用于确定控制帧类型：
假如收到的LLC PDU格式不支持或者是无用帧，则回复
LL_UNKNOWN_RSP PDU，此时的Type 字段需设置成收到的无用的opcode。

LL_CONNECTION_UPDATA_REQ：
该帧的帧格式如下：
这些信息的意义在下一章的四中有详述。

LL_CHANNEL_MAP_REQ：
LL_TERMINATE_IND:
这个ErrorCode在蓝牙协议中有具体制定意义。

[Vol2 Part D]
LL_ENC_REQ:
和加密相关的请求帧
LL_ENC_RSP:
和加密相关的回复帧
LL_START_ENC_REQ:
没有CtrData字段
LL_START_ENC_RSP:
没有CtrData字段
LL_UNKNOWN_RSP:
LL_FEATURE_REQ:
LL_FEATURE_RSP:
LL_PAUSE_ENC_REQ: 没有CtrData字段LL_PAUSE_ENC_RSP: 没有CtrData字段LL_VERSION_IND:
LL_REJECT_IND:
关于蓝牙通信协议的理解
一、时钟要求
Active状态下小于±50ppm。

Sleep Mode下小于±500ppm。

二、设备过滤
除了仅支持不可连接的广播系统（non-connectable advertising），其他模式均需支持设备过滤。

广播、扫描、连接发起均具有各自独立的过滤机制。

如果芯片不支持这几种模式的话，那就
可以不支持设备过滤。

设备过滤是为了尽量减少不必要的数据通信。

设备过滤时需要具备一个白名单，白名单内容包括不过滤设备的地址和地址类型（公共或随机）。

白名单内容由HOST设置。

以下对各种过滤模式作一个介绍：
1、广播过滤
支持过滤方式如下，一次仅支持一种方式：·广播设备仅处理来自白名单的设备的扫描、连接请求。

·广播设备处理一切设备的扫描、连接请求。

（复位值）
·广播设备处理所有设备的扫描请求，仅处理白名单的连接请求。

·广播设备处理所有设备的连接请求，仅处理白名单的扫描请求。

2、扫描过滤
支持过滤方式如下：
·扫描设备仅处理来自白名单设备的广播帧。

·扫描设备处理一切设备的广播帧。

假如广播方已经过滤该扫描设备的话，通信不能成功。

3、发起过滤
支持过滤方式如下：
·被发起设备处理来自白名单内所有设备的连接发起请求。

·被发起设备忽略白名单，仅处理host给出设备的连接发起请求。

三、非连接状态简述
1、standby
Standby是复位后的芯片初始状态，由它可以进入广播、扫描和连接状态。

2、advertising
进入广播状态后，便开始发送广播帧。

在发送完一帧广播帧以后，advertising event将被关闭，来适应其他功能。

广播事件有以下几种类型：
第一帧广播帧应该在channel index中的最低的广播信道发送。

广播事件是否有回复帧由广播帧类型决定，具体如下表：
当收到错误的返回帧时，广播端会在下一个广播信道发送广播帧，
或直接停止广播事件。

广播事件间隔必须是625us的倍数，范围在20ms~10.24s，其设置方式如下：
T_advEvent = advInterval + advDelay scannable undirected 和non-connectable undirected事件，advInterval长度必须大于100ms；connectable
undirected事件，advInterval长度必须大于等于20ms 。

advDelay是0~10ms的伪随机数。

连续广播帧发送示意图如下：a）Connectabl e Undirected Event Type
如图4.5接收到CONNECT_REQ之后，广播方便退出广播状态，进入Slave状态。

b）Connectabl e Directed Event Type
c）Scannabl e Undirected Event Type
d）Non-connectabl e Undirected Event Type。