蓝牙架构（4）—— 2 蓝牙系统架构 （2.0 核心系统架构）

Vol 1架构和术语概述

Part A 2 蓝牙系统架构

Agenda：

2.0 核心系统架构. 

2.0.1 蓝牙BR/EDR最小系统. 

2.0.3 蓝牙BR/EDR/LE最小系统. 

2.0.4 蓝牙核心规范描述内容. 

2.0.5 蓝牙核心系统中的服务. 

2.0.6 蓝牙核心系统的一些可选功能. 

2.0.7 一致性测试. 

Part A 2 蓝牙系统架构

2.0 核心系统架构

（181页）蓝牙核心系统包括一个主机，一个主要控制器和零到多个次要控制器。

2.0.1 蓝牙BR/EDR最小系统

蓝牙BR/EDR最小核心系统包括：

• 控制器中四个最底层，BR/EDR射频物理层（PHY），链路控制层（LC），基带资源管理器（RM），链路管理器（LM）
• HCI接口
• L2CAP(逻辑链路控制和适配层)
• SDP profile
• GAP profile

如果蓝牙BR/EDR最小核心系统带有AMP控制器，还会包括：

• AMP射频物理层（AMP PHY）
• AMP媒体访问控制层(AMP MAC)
• AMP适配层(AMP PAL)
• AMP管理器(AMP Resource Manager)

2.0.3 蓝牙BR/EDR/LE最小系统

如果蓝牙系统包括BR/EDR和LE技术，那么最小核心系统就是上面两个最小核心系统的叠加。完整的蓝牙应用需要更多附加的服务和上层协议。蓝牙的应用场景非常多，所以如果包含所有的协议，系统会非常庞大。目前蓝牙芯片或设备只是针对不同的场景，集成不同的上层服务和协议，不会集成所有的蓝牙协议。在本章中，只讨论蓝牙最小系统中包括的层次和协议。

以下是捆绑BR/EDR/LE技术的蓝牙最小核心系统图（182页）：

2.0.4 蓝牙核心规范描述内容

（183页）图中显示了蓝牙最小核心系统的功能模块、控制流和数据流。图中的功能模块只是参考，一般情况下蓝牙规范不会定义实现细节。但是蓝牙规范会定义模块之间的交互。因此图中显示的功能模块是为了帮助描述系统行为。实现方式各个厂商自己定，可能与上图有些差别。

蓝牙规范为所有设备间操作定义标准交互，蓝牙设备根据蓝牙规范交换协议信令。蓝牙核心系统协议包括：

• Radio (PHY) protocol
• Link Control (LC)
• Link Manager (LM) protocol
• Link Layer (LL) protocol
• AMP PAL
• Logical Link Control and Adaptation protocol (L2CAP)
• AMP Manager Protocol

以上协议都会在蓝牙核心规范中定义。

以下协议会被一些蓝牙应用使用，属于服务层协议。因为使用比较广泛，所以也会在蓝牙核心协议中描述：

• Service Discovery Protocol (SDP)
• Attribute Protocol (ATT)

2.0.5 蓝牙核心系统中的服务

图中椭圆的图形表示蓝牙核心系统提供的服务的访问点。这些访问点提供基本原语去控制蓝牙核心系统（原语：可以理解为系统调用）。蓝牙核心系统提供三种服务：

• 设备控制服务：控制蓝牙设备的行为和模式
• 通信控制服务：创建、修改、释放连接和通道
• 数据服务：在通道中传输数据

前两项服务属于控制面（C-plane），后两项服务属于用户面（U-plane）。

在图中，蓝牙控制器的服务接口被定义，使得控制器是一种标准的组件加入到蓝牙系统中。在这种组织方式中，蓝牙控制器管理最低四个层次，蓝牙主机管理L2CAP及以上层次。蓝牙控制器和蓝牙主机之间的标准接口叫做主机控制器接口（Host Controller Interface，HCI）。（但HCI接口是可选的。意思是假如蓝牙系统的用另外一种方式组织，蓝牙主机和蓝牙控制器运行在同一个芯片或硬件上，他们之间就不需要HCI接口）

2.0.6 蓝牙核心系统的一些可选功能

因为蓝牙主机和控制器很可能会分开，主机和控制器之间使用HCI接口进行通信。蓝牙主机和控制器之间都需要buffer存储HCI的命令和数据，而且buffer是有限的。

（184页）基于这种假定，在L2CAP层上需要负担一些资源管理的责任。当L2CAP的PDU（Packet Data Unit）提交给蓝牙控制器发送到对方设备时，L2CAP需要把PDU分段，转变成更多粒度更小、适合存放在控制器buffer的数据包。并且根据通道的质量情况（因为通道可能会被干扰），控制buffer的流量。（因为通道被干扰的时候可能需要重发，这时候数据流变慢，如果主机一直塞数据给控制器，会出现buffer溢出。L2CAP需要根据实际情况，控制数据包提交速度）

蓝牙BR/EDR基带、LE的连接层和AMP的MAC层支持基础的应答/重发请求（ARQ）机制。L2CAP层可以支持一种错误检测和重传的机制（这个机制是可选的，意思是厂商可能提供也可能不提供）。这个功能对于纠正一些低概率和不能检测的数据错误非常有用（因为底层的误码大多数是1位，1位误码能被底层传输纠正。2位或多位的错误底层可能检测不出来，即使检测出来也不能纠正。但多位错误概率比较低）。另外一个L2CAP可选的功能是基于窗口流控，这个功能可以管理接收buffer的申请。以上两种功能在特定场景下的服务通信质量（QoS）进行讨论。并非所有的L2CAP功能在LE系统中都可用。

尽管各个厂家生产的蓝牙嵌入系统不会把所有功能层次都整合进去，因此有些假设并不需要。然而蓝牙总体架构和QoS模型在定义的时候会把这些假设考虑进去。

2.0.7 一致性测试

自动化一致性测试是蓝牙核心系统中必备的功能。允许测试器通过控制PHY接口去实现。测试的接口包括：

• Direct Test Mode (DTM)
• Generic Test Methodology (GTM)
• Test Control Interface (TCI)
• HCI测试命令和HCI测试事件

测试器使用执行测试单元（IUT），通过PHY接口确保从远端设备获得正确的请求应答。测试器通过HCI、DTM、GTM或者TCI接口控制IUT，使得IUT通过PHY接口与远端产生交互。通过这种方法验证一致性。（蓝牙核心规范理解起来有点困难，原理其实比较简单，就是本地设备和远端设备都是由IUT控制，两端的信息IUT都能收集到。IUT枚举各种测试用例，从而观察设备的运行是否正常。）

TCI使用不同的命令集去测试架构中不同的层次和协议。HCI指令集中的子集用作BR/EDR控制器子系统中各层次协议的TCI服务接口。一个独立的服务接口用来测试L2CAP层和协议。它没有在《蓝牙核心规范》中描述，在另一个叫《测试控制接口规范》中描述。L2CAP测试接口仅仅用作一致性测试。

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参考

1 BT specification Core 4.2，Bluetooth SIG.

2  https://blog.csdn.net/cocavon/article/details/78726273

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作者按：蓝牙从业者，潜心学习BT stack，蓝牙协议奇多无比，概述只是开始，网上资料还比较多，学到后面的各种spec就只剩下英文原版可以参考了，遂把自己的笔记发出来，互相交流，互相交流。