Bluetooth技术学习笔记 ——蓝牙核心系统架构

参考：蓝牙协议 core_v5.0

PALs：Protocol Adaptation Layers ，协议适配层。
AMPs：Alternate MAC/PHYs。
L2CAP：Logical Link Control and Adaptation protocol ，逻辑链路控制与适配协议。
HCI：Host Controller Interface，主机控制器接口。

1. 蓝牙核心系统架构

    蓝牙核心系统由主机、主控制器，零个或多个辅控制器组成。
    蓝牙核心系统架构如下图所示：
 

2. 最小配置

（1）BR/EDR核心系统的最小配置包括：

• 四个底层：BR/EDR射频物理层（PHY）、链路控制器（LC）、基带资源管理器、链路管理器。
• Service Discovery Protocol ：服务发现协议
• Generic Access Profile：通用访问规范
• 若BR/EDR支持AMPs，则配置中需包括：AMPs和协议适配层 (PALs)。

（2）LE核心系统的最小配置包括：

• 四个底层：BR/EDR射频物理层（PHY）、链路控制器（LC）、基带资源管理器、链路管理器。
• Security Manage：安全管理
• Attribute Protocol ：属性协议
• Generic Attribute Profile：通用属性规范
• Generic Access Profile：通用访问规范
   

3. 主机(Host)架构模块

（1）Channel Manager：信道管理器，主要负责创建、管理和关闭用于传输服务协议和应用层数据流的L2CAP信道。

• 信道管理器利用L2CAP协议与远程（对端）终端上的信道管理器进行交互，以创建L2CAP信道。
• 信道管理器与本地链路管理器或AMP PAL进行交互，以创建新的逻辑链路和配置这些链路，从而为传输数据提供所需的服务质量。

（2）L2CAP Resource Manager：L2CAP资源管理器。

• 主要负责管理传递给基带PDU片段的有序性和信道之间的调度， 以确保具有QoS承诺的L2CAP通道不会因为控制器资源耗尽而被拒绝访问物理通道。
• 还可能执行流量一致性政策，以保证提交的L2CAP SDU在协商的QoS范围内。

（3）Security Manager Protocol：安全管理协议，端对端协议。

• 生成加密秘钥和身份标识秘钥，并存储。
• 使用专有的固有的L2CAP信道。
• 生成随机地址，并将随机地址解析为已知设备标识。
• 直接与控制器交互，在加密和配对过程中提供加密和鉴权的秘钥。

（4）Attribute Protocol：属性协议，端对端协议，服务器和客户端之间的协议。

• ATT客户端通过专用的固定L2CAP通道与远程设备上的ATT服务端通信。
• ATT客户端向ATT服务端发送命令、请求和确认。
• ATT服务端向客户端发送响应、通知和指示。
• ATT客户端的命令和请求提供了在ATT服务端的对等设备上读、写属性值的方法。

（5）Generic Attribute Profile：通用属性规范，描述属性服务器的功能，选择性地描述属性客户端的功能。

• 描述了服务层次、特点，以及属性服务器的属性。
• 提供发现、读、写以及服务特点和属性的接口。

（6）AMP Manager Protocol，AMP管理协议。

• 使用专有的L2CAP信号信道与远程设备的AMP管理器进行通信。
• 直接与AMP PAL交互，以便于AMP控制。
• 发现远程AMP，并确定其有效性。
• 收集远程AMP信息，以便于建立和管理AMP物理链路。

（7）Generic Access Profile：通用访问规范，描述所有蓝牙设备的通用基本功能。

• GAP服务包括：设备发现、连接模式、安全、鉴权、服务发现、关联模型。
   

4. BR/EDR/LE控制器架构模块（主控制器）

（1）Device Manager：设备管理器，用于控制蓝牙设备的行为，负责除数据传输外的所有蓝牙系统的操作，包括：

• 搜索附近的蓝牙设备、连接蓝牙设备、标记本地蓝牙设备为可发现的、可连接的等。
• 为了执行相应的功能，设备管理器需要访问基带资源管理器的传输媒介。
• 设备资源管理器通过一系列HCI命令控制本地设备的行为，如管理设备名字，存储链路秘钥等。

（2）Link Manager：链路管理器，负责创建、修改或释放逻辑链路，以及更新设备之间的相关物理链路参数。

• 链路管理器利用链路管理协议（LMP, ER/EDR）或链路层协议（LL，LE）与远程蓝牙设备的链路管理器通信。
• LM、LL协议允许在设备之间创建新的逻辑链路和逻辑通道，控制逻辑链路和通道的属性，如使能链路安全、调整BR/EDR物理链路的发送功率、逻辑链路的QoS设置。

（3）Baseband Resource Manager：基带资源管理器，负责所有无线媒介的访问，它主要有两个功能：

• 时间调度器，负责给已协商约定的所有访问实体分配物理信道时间。
• 协商约定，与访问实体协商访问参数，以便于给用户程序提供一个确定的QoS质量。
• 时间调度和协商约定必须考虑到需要主控制器的所用行为，包括已连接设备在逻辑链路和逻辑通道上的所有数据交互，执行查询、连接、可被发现、可连接、可读等的无线媒介使用情况。

（4）Link Controller：链路控制器。

• 编解码蓝牙数据包。蓝牙数据包为物理信道、逻辑传输和逻辑链路的相关数据负载和参数。
• 携带链路控制协议信令（ BR/EDR）或链路层协议（LE），包括流控、确认、重传请求信令。

（5）PHY：物理层，负责物理信道上数据的发送和接收。
 

5. AMP控制器架构模块（辅控制器）

（1）AMP HCI：AMP主机控制器接口，AMP控制器与主机之间的逻辑接口。

• 支持AMPs需要额外的与AMP物理信号和逻辑信道管理、QoS、流控相关的HCI命令和事件。
• 一个AMP控制器对应一个HCI逻辑实体，一个BR/EDR控制器对应一个HCI逻辑实体。当多个控制器在同一个物理单元时，一个物理HCI传输层管理多个复用在同一物理传输线上的控制器。

（2）AMP PAL：AMP协议适应层，AMP MAC与Host之间的接口。

• 将Host命令或事件转化成MAC服务命令或事件，将MAC服务命令或事件转化为host能明白的命令和事件。
• 支持AMP信道管理、基于特定流控模板的数据流量管理、电源效率管理等。

（3）AMP MAC：AMP MAC层。
（4）AMP PHY：AMP物理层。