esp32 蓝牙启动流程_ESP32学习笔记十七之蓝牙通信

蓝牙是一种短距离通信系统，蓝牙系统分为两种不同的技术：经典蓝牙(ClassicBluetooth)和蓝牙低功耗(BluetoothLowEnergy)。

从整体结构上，蓝牙可分为控制器(Controller)和主机(Host)两大部分；

ESP32应用的三种场景：

场景一(ESP-IDF默认)：在ESP32的系统上，选择BLUEDROID为蓝⽛牙主机，并通过VHCI(软件实现的虚拟HCI接⼝口)接⼝口，访问控制器器。

场景⼆：在ESP32上运⾏控制器器(此时设备将单纯作为蓝⽛控制器使⽤)，外接⼀个运⾏蓝⽛主机的设备(如运⾏ BlueZ的LinuxPC、运⾏BLUEDROID的Android等)。

场景三：此场景与场景二类似，特别之处在于，在BQB(或其它认证)的控制器测试下，可以将ESP32作为DUT，用UART作为IO接口，接上认证测试的PC机，即可完成认证。

HCI接口选择

ESP32上，HCI只能同时使⽤用⼀个IO接口，即如使用UART，则放弃VHCI、SDIO等其他IO接口。在ESP-IDF(V2.1以后)中，可以在menuconfig中将蓝牙的HCIIO接口方式配置为VHCI或UART。

蓝牙运行环境

ESP-IDF的默认运行环境为双核FreeRTOS，ESP32的蓝牙可按照功能分为多个任务(task)运行，不同任务的优先级也有不同，其中优先级最高的为运行控制器的任务。控制器任务对实时性的要求较高，在FreeRTOS系统中的优先级仅次于IPC任务(IPC任务用于双核CPU的进程通信)。BLUEDROID(ESP-IDF默认蓝牙主机)共包含4个任务，分别运行BTC、BTU、HCIUPWARD以及HCIDOWNWARD。

控制器

ESP32的控制器同时⽀支持ClassicBT和BLE，支持的蓝牙版本为4.2。控制器器中主要集成了H4协议、HCI、LinkManager、LinkController、DeviceManager、HWInterface等功能。这些功能都以库的形式提供给开发者，并做了一些API用来访问控制器。

主机架构

在ESP-IDF中，使用经过大量修改后的BLUEDROID作为蓝牙主机(ClassicBT+BLE)。

BLUEDROID内部大致分为2层：BTU层和BTC层(除去HCI)；BTU层主要负责蓝牙主机底层协议栈的处理，包括L2CAP、GATT/ATT、SMP、GAP以及部分规范等，并向上提供以“bta”为前缀的接口；BTC层主要负责向应用层提供接口支持、处理给予GATT的规范、处理杂项等，并向应用层提供以“esp”为前缀的接口。所有的API都在ESP_API层，开发者应当使用“esp”为前缀的蓝牙API(特殊的除外)。

OS相关适配BLUEDROID中将FreeRTOS的Timer封装成Alarm，用于启动定时器，触发某些特定任务。BLUEDROID将原先的Linux下的Thread部分重新替换成FreeRTOS的任务，并使用FreeRTOS的Queue来触发任务的运行(唤醒)。BLUEDROID使用FutureAwait/Ready功能来实现阻塞，FutureLock将FreeRTOS的xSemphoreTake包装成future_await函数，并将xSemphoreGive包装成future_ready函数。值得注意的是，future_await和future_ready不能在同⼀任务中调用。BLUEDROID将标准库中的malloc/free封装成Allocator的申请/释放内存的函数，GKI功能也同样使用malloc/free来作为GKI_getbuf/GKI_freebuf的核心函数。

蓝牙目录

经典蓝牙

主机协议栈支持的经典蓝牙协议规范和协议如下：规范：GAP、A2DP(SNK)、AVRCP(CT)协议：L2CAP、SDP、AVDTP、AVCTP

协议和规范L2CAP(蓝牙逻辑链路控制和适配协议)

L2CAP信道共支持6种模式：基本L2CAP模式、流量控制模式、重传模式、加强重传模式、流模式、基于LECredit的流量控制模式SDP(服务发现协议)

允许应用程序发现其他对等蓝牙设备提供的服务，并确定可用服务的特征。GAP(通用访问规范)

可提供有关设备可发现性、可连接性和安全性的模式和过程描述。A2DP和AVRCP(高级音频分发规范、音频/视频远程控制规范)

蓝牙低功耗(BLE)

GAP协议层定义了BLE设备的发现流程，设备管理理和设备连接的建立。

BLE设备角色转换状态图

BLE广播流程使用public地址进行广播

使用public地址进行广播时，需要将esp_ble_adv_params_t成员own_addr_type设置为BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC。

使用可解析的地址进行广播

使用可解析地址进行广播时，底层协议栈会15分钟更新一次广播地址，需要将esp_ble_adv_params_t成员own_addr_type设置为BLE_ADDR_TYPE_RANDOM。

使用静态随机地址进行广播

与可解析地址进行广播一样，使用静态随机地址进行广播也需要将esp_ble_adv_params_t成员own_addr_type设置为BLE_ADDR_TYPE_RANDOM。

BLE广播类型介绍

BLE广播过滤策略介绍

BLE扫描流程

BLEGAP实现机制

ESP32的BLE通用访问规范(GAP)采用调用BLEgapAPI相关的API和注册BLEgapcallback并通过事件(event)返回来获取当前设备状态。GATTATT属性协议

BLE里面的数据以属性(Attribute)方式存在，每条属性由四个元素组成：

属性句柄(AttributeHandle)、属性类型(AttributeUUID)、属性值(AttributeValue)、属性许可(AttributePermissions)我们把存有数据(即属性)的设备叫做服务器 (Server)，而将获取别人设备数据的设备叫做客户端(Client)。

服务器和客户端之间的交互操作都是通过上述的消息ATTPDU实现的。每个设备可以指定自己设备支持的最大ATT消息长度，我们称之为MTU。ESP32IDF里面规定MTU可以设置的范围是23~517字节，对属性值的总⻓长度没有做限制。基于ESP32IDF建立GATT服务(GATT服务器)

esp_gatts_attr_db_t定义如下：

基于ESP32IDF发现对方设备的服务信息(GATT客户端)

SMP(安全管理协议)