蓝牙协议栈概览

蓝牙底层结构

HW层：蓝牙芯片层

RF（RADIO）：射频层，本地蓝牙数据通过射频信号发送给空中设备，并通过射频接收来自空中的蓝牙信号和数据

BB（BASEBAND）：基带层，射频信号和数字（音频）信号转换，实现基带协议和其他底层连接规程

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

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HCI负责将协议栈数据处理，转换为芯片内部动作，并受到远端数据，通过HCI上报给协议栈；

BLE PHY：BLE物理层

BLE LL：BLE链路层

TRANSPORT层：在硬件接口（UART/USB/SDIO）实现HOST跟CONTROLLER的交互

H2： USB的transport

H4：UART的transport（是UART传输种最简的一个Transport，只是在HCI raw data的前面加一个type就行，如下HCI一共有五种HCI data）
        * HCI COMMAND:由蓝牙协议栈发送给芯片的命令
        * HCI EVENT:由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件
        * HCI ACL:蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据
        * HCI SCO:蓝牙芯片跟蓝牙协议栈双向交互的通话/语音识别等音频数据
        * HCI ISO（这部分是在core5.2才添加）:LE audio用的数据包格式

HCI蓝牙架构

BT Controller：指蓝牙芯片，包括BR/EDR芯片（蓝牙2.1），AMP芯片（蓝牙3.0），LE芯片（蓝牙4.0）

BT Host：指蓝牙协议栈

HCI架构协议简要介绍

图中内容简介：

HW层：蓝牙芯片
RF：射频
BB：基带
LMP：链路管理
HCI：主控制器接口
AUDIO：音频
BLE PHY：低功耗蓝牙物理层
BLE LL：低功耗蓝牙链路层

TRANSPORT层：在硬件接口（UART/USB/SDIO）实现HOST跟CONTROLLER的交互
H2：USB的transport
H4：UART的transport（是UART传输种最简的一个Transport，只是在HCI raw data的前面加一个type就行，如下HCI一共有五种HCI data）       
        * HCI COMMAND:由蓝牙协议栈发送给芯片的命令       
        * HCI EVENT:由蓝牙芯片上报给蓝牙协议栈的事件       
        * HCI ACL:蓝牙协议栈跟蓝牙芯片双向交互的普通数据       
        * HCI SCO:蓝牙芯片跟蓝牙协议栈双向交互的通话/语音识别等音频数据       
        * HCI ISO（这部分是在core5.2才添加）:LE audio用的数据包格式
交互数据格式：
|- 1    byte - | ---- N byte HCI raw data ----|
|- H4 byte - | ---- HCI RAW DATA ----------|
其中H4 type定义如下：
|          HCI packet type               |               HCI packet indicator           |
|          HCI ACLpacket                |               0x01                                   |
|          HCI Event packet             |               0x02                                   |
|          HCI ISO Data packet       |               0x03                                   |
H5：UART的transport
BCSP：UART的transport
SDIO Transport：
注意：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：

HOST层：蓝牙协议栈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(HOSTCONTROLLER),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的架构如上；

Overview of the lower software layer

端对端传输示意

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:

L2CAP architectural blocks

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

服务发现流程

PDU Format:
Header:               |  PDU ID  |  Transaction ID  |  ParameterLength   |
                                1 byte          2 bytes               2 bytes
Parameters:        |  Parameter 1   |   Parameter 2  | --- |   Parameter N   |
                                                    Parameter Length bytes

PDU ID：
|  Value                             |     Parameter Description                                              |
| 0x01                               |      SDP_ERROR_RSP                                                 |
| 0x02                               |      SDP_SERVICE_SEARCH_REP                             |
| 0x03                               |      SDP_SERVICE_SEARCH_RSP                             |
| 0x04                               |      SDP_SERVICE_ATTR_REP                                   |
| 0x05                               |      SDP_SERVICE_ATTR_RSP                                   |
| 0x06                               |      SDP_SERVICE_ATTR_SEARCH_REP                  |
| 0x07                               |      SDP_SERVICE_ATTR_SEARCH_RSP                  |
| 0x08                               |      Reserved for future use                                           |
| 0x09                               |      Reserved for future use                                           |

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

串口模拟流程

Frame Structure:
 |   Address   |   Control       |   Length Indicator    |  Information   |  FCS      | 
 |    1 octet    |  1 octet         |   1 or 2 octets          |   整数倍octet  |  1 octet  | 
Address Field:
0           1           2           3           4           5           6           7           8
|  EA-1   |    CR   |     D     |       server channel                                 |
Control Field:
|   帧类型                                                          |    1   |    2   |    3   |    4   |    5   |    6   |    7   |    8   |  标注   |
|  SABM （SetAsyncronousBalancedModel）|  1     |  1     |  1     |  1     |  P/F  |  1     |    0   |    0   |            |
|  UA（Unnumbered Acknowledgement）      |  1     |  1     |  1     |  1     |  P/F  |  1     |    0   |    0   |            |
|  DM (Disconnected Mode                              |  1     |  1     |  1     |  1     |  P/F  |  1     |    0   |    0   |            |
|  DISC (Disconnect)                                        |  1     |  1     |  1     |  1     |  P/F  |  1     |    0   |    0   |            |
|  UIH (UnnumberedInformationWithHcheck   |  1     |  1     |  1     |  1     |  P/F  |  1     |    0   |    0   |            |
|  UI (Unnubered Information)                          |  1     |  1     |  1     |  1     |  P/F  |  1     |    0   |    0   | 可选    |

 

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

对象交换协议

HFP（Hands-Free）：蓝牙免提协议

Hand-Free Protocol

Audio Gateway：比如手机，作为手机提供发现外设，连接外设，和双向传输能力；

Hands-Free unit（HF）：比如耳机，手表，车载设备，具备广播能力，被手机连接后和手机通信；

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。

SPP（SERIAL PORT PROFILE）：蓝牙串口协议，架构如下：

蓝牙串口协议

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：

蓝牙电话本协议

PCE->PSE：蓝牙电话本客户端通过服务端设备查看电话本内容

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

蓝牙短信访问协议

OPP（OBJECT PUSH PROFILE）：对象推送协议，架构如下

OPP（对象推送协议）

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

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

蓝牙音频控制（传输）协议

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

HID协议

A2DP（Advanced Audio Distribution）: 蓝牙音乐协议
AVRCP（AUDIO/VIDEO REMOTE CONTROL PROFILE）：蓝牙音乐控制协议

Advanced Audio Distribution

Audio/Video Remote Control Profile

ATT：蓝牙属性协议
GATT：蓝牙通用属性协议
SM: 蓝牙安全管理协议

参考链接：

http://pianyifa.com/index.php/en/business-news/104-2020-08-10-02-52-40
https://www.crifan.com/files/doc/docbook/bluetooth_intro/release/pdf/bluetooth_intro.pdf
https://github.com/sj15712795029/bluetooth_stack/blob/master/README_English.md