低功耗藍(lán)牙(BLE)學(xué)習(xí)記錄

1、RW_BLE_CORE記錄傳輸信道BLE的傳輸信道在2.4G頻段有40個(gè)channel。包括2種物理信道：廣播信道和數(shù)據(jù)信道。數(shù)據(jù)幀中設(shè)置Access Address用于標(biāo)識(shí)該信道，防止信道碰撞。Channel MAP如下：數(shù)據(jù)幀通信藍(lán)牙幀結(jié)構(gòu)如下：Preamble：根據(jù)Access Address而定，假如AA的LSB（最右bit）bit為1，則前導(dǎo)便是10101010b，反之則為01010101b。Access Address：廣播幀的AA為：0x8E89BED6。其他情況可以是一個(gè)32bit的隨機(jī)數(shù)。AA需滿足以下條件·不超過連續(xù)6個(gè)1或者0。·與廣播幀的AA不同bi

2、t超過1個(gè)。·不能4byte相同。·0 1跳變不能超過24次·MSB 6bit 0 1跳變超過2次。以下逐個(gè)介紹PDU。一、Advertising Channel PDU藍(lán)牙廣播幀幀結(jié)構(gòu)其中Header的幀格式如下：其中，a、廣播幀類型（PDU Type）分為以下幾類： ADV_IND: connectable undirected advertising event ADV_DIRECT_IND: connectable directed advertising event ADV_NONCONN_IND: non-connectable undirected

3、advertising event ADV_SCAN_IND: scannable undirected advertising eventb、Length：337bytes廣播幀分為很多種，其區(qū)別就是payload所代表的意義不同，以下分別對(duì)幾種廣播幀作分別闡釋：1、ADV_INDADV_IND的payload格式如下：在廣播幀幀頭中的TxAdd位是廣播地址的標(biāo)示位：TxAdd=0：AdvA地址為公用地址；TxAdd=1：AdvA地址為隨機(jī)地址。AdvData則是廣播HOST的廣播數(shù)據(jù)。2、ADV_DIRECT_IND這種幀用于直接接入的廣播事件。ADV_DIRECT_IND的payload

4、幀格式如下：其中AdvA的意義與ADV_IND相同。InitA為廣播發(fā)起者地址：RxAdd=0：發(fā)起者地址是公用地址；RxAdd=1：發(fā)起者地址是隨機(jī)地址。注意：該幀不包含任何HOST數(shù)據(jù)。3、ADV_NONCONN_IND用于不可接入不直達(dá)（non-connectable undirected）的網(wǎng)絡(luò)。其payload意義與ADV_IND類似。4、ADV_SCAN_IND用于可掃描不直達(dá)網(wǎng)絡(luò)。Payload意義與ADV_IND類似。二、Scaning PDUs1） SCAN_REQ：這是掃描請(qǐng)求幀，處于廣播狀態(tài)的接收設(shè)備接收這種幀。此處，ScanA為掃描者的地址，其地址由TxAdd控制是公共

5、地址還是隨機(jī)地址。AdvA為該掃描幀的目的地址。由RxAdd控制意義。2） SCAN_RSP掃描確認(rèn)。處于廣播狀態(tài)的設(shè)備在收到掃描請(qǐng)求后，需要回復(fù)掃描確認(rèn)幀。AdvA地址意義由TxAdd確定。ScanRspData為廣播端的附帶數(shù)據(jù)。三、Initiating PDU該部分為連接發(fā)起協(xié)議。發(fā)起的幀格式僅一種：CONNECT_REQ。由發(fā)起方發(fā)送該幀，廣播方接收該幀。1） CONNECT_REQCONNECT_REQ幀格式如下：TxAdd確認(rèn)InitA地址為公共地址還是隨機(jī)地址；RxAdd確認(rèn)AdvA地址為公共地址還是隨機(jī)地址。LLData的數(shù)據(jù)格式如下：AA：AccessAddressCRCIn

6、it：CRC校驗(yàn)的初始值，它應(yīng)該是LinkLayer產(chǎn)生的一個(gè)隨機(jī)值。WinSize：發(fā)送窗長度參數(shù)。transmitWindowSize=WinSize*1.25ms。WinOffset：發(fā)送窗起始偏移量。TransmitWindowOffset=WinOffset*1.25ms。上述兩個(gè)window意義如下：Interval：確定connect interval的時(shí)間長度。connInterval = Interval * 1.25 ms。Latency：connSlaveLatency =Latency。TimeOut：connSupervisionTimeout= Timeout *

7、10 ms（100ms32s之間），當(dāng)兩幀數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔超過6*connInterval或者connSupervisionTimeout時(shí)，則認(rèn)為連接丟失。ChM：即ChannelMAP，一共036個(gè)信道。LSB代表channel0，哪一個(gè)是1，則哪一個(gè)信道有效。Channel 3739保留。Hop：516之間的隨機(jī)值，用于設(shè)置HopIncrement。用于計(jì)算不使用的信道編號(hào)。unmappedChannel = (lastUnmappedChannel + hopIncrement) mod 37如果計(jì)算結(jié)果是屬于保留信道，則通過下式計(jì)算：remappingIndex = unmappe

8、dChannel mod numUsedChannelsSCA：設(shè)置Master睡眠時(shí)鐘精確度的最大值。對(duì)應(yīng)表如下：四、Data Channel PDU數(shù)據(jù)信道的幀格式如下：其中包括16bit Header，長度可變的Payload，和一個(gè)信號(hào)完整性確認(rèn)字段（MIC）。1、關(guān)于Header和MICHeader的數(shù)據(jù)格式如下：每個(gè)字段的意義如下：MIC字段使用的時(shí)候，有兩個(gè)條件：1、不能使用于非加密的數(shù)據(jù)幀；2、數(shù)據(jù)幀payload長度不能為0。字長為4byte。2、關(guān)于PayloadPayload分為兩類，LL Data PDU和LL Control PDU（LLID=11b）。LL Data

9、 PDU里面又分為兩類，一類是完整數(shù)據(jù)幀或幀碎片起始幀（LLID=10b），另一類是幀碎片（LLID=01b）。其中，幀碎片幀的幀長度可以為0，而完整（起始）幀的長度不可以為0。下面具體介紹LL Control PDU：LL Control PDU的幀格式如下：其幀長度不能為0，其中包含兩個(gè)字段：Opcode和CtrData。Opcode用于確定控制幀類型：假如收到的LLC PDU格式不支持或者是無用幀，則回復(fù)LL_UNKNOWN_RSP PDU，此時(shí)的Type字段需設(shè)置成收到的無用的opcode。LL_CONNECTION_UPDATA_REQ：該幀的幀格式如下：這些信息的意義在下一章的四中

10、有詳述。LL_CHANNEL_MAP_REQ：LL_TERMINATE_IND:這個(gè)ErrorCode在藍(lán)牙協(xié)議中有具體制定意義。Vol2 Part DLL_ENC_REQ:和加密相關(guān)的請(qǐng)求幀LL_ENC_RSP:和加密相關(guān)的回復(fù)幀LL_START_ENC_REQ:沒有CtrData字段LL_START_ENC_RSP:沒有CtrData字段LL_UNKNOWN_RSP:LL_FEATURE_REQ:LL_FEATURE_RSP:LL_PAUSE_ENC_REQ:沒有CtrData字段LL_PAUSE_ENC_RSP:沒有CtrData字段LL_VERSION_IND:LL_REJECT_IN

11、D:關(guān)于藍(lán)牙通信協(xié)議的理解一、時(shí)鐘要求Active狀態(tài)下小于±50ppm。Sleep Mode下小于±500ppm。二、設(shè)備過濾除了僅支持不可連接的廣播系統(tǒng)（non-connectable advertising），其他模式均需支持設(shè)備過濾。廣播、掃描、連接發(fā)起均具有各自獨(dú)立的過濾機(jī)制。如果芯片不支持這幾種模式的話，那就可以不支持設(shè)備過濾。設(shè)備過濾是為了盡量減少不必要的數(shù)據(jù)通信。設(shè)備過濾時(shí)需要具備一個(gè)白名單，白名單內(nèi)容包括不過濾設(shè)備的地址和地址類型（公共或隨機(jī)）。白名單內(nèi)容由HOST設(shè)置。以下對(duì)各種過濾模式作一個(gè)介紹：1、廣播過濾支持過濾方式如下，一次僅支持一種方式：

12、83;廣播設(shè)備僅處理來自白名單的設(shè)備的掃描、連接請(qǐng)求。·廣播設(shè)備處理一切設(shè)備的掃描、連接請(qǐng)求。（復(fù)位值）·廣播設(shè)備處理所有設(shè)備的掃描請(qǐng)求，僅處理白名單的連接請(qǐng)求。·廣播設(shè)備處理所有設(shè)備的連接請(qǐng)求，僅處理白名單的掃描請(qǐng)求。2、掃描過濾支持過濾方式如下：·掃描設(shè)備僅處理來自白名單設(shè)備的廣播幀。·掃描設(shè)備處理一切設(shè)備的廣播幀。假如廣播方已經(jīng)過濾該掃描設(shè)備的話，通信不能成功。3、發(fā)起過濾支持過濾方式如下：·被發(fā)起設(shè)備處理來自白名單內(nèi)所有設(shè)備的連接發(fā)起請(qǐng)求。·被發(fā)起設(shè)備忽略白名單，僅處理host給出設(shè)備的連接發(fā)起請(qǐng)求。三、非連接狀態(tài)簡

13、述1、standbyStandby是復(fù)位后的芯片初始狀態(tài)，由它可以進(jìn)入廣播、掃描和連接狀態(tài)。2、advertising進(jìn)入廣播狀態(tài)后，便開始發(fā)送廣播幀。在發(fā)送完一幀廣播幀以后，advertising event將被關(guān)閉，來適應(yīng)其他功能。廣播事件有以下幾種類型：第一幀廣播幀應(yīng)該在channel index中的最低的廣播信道發(fā)送。廣播事件是否有回復(fù)幀由廣播幀類型決定，具體如下表：當(dāng)收到錯(cuò)誤的返回幀時(shí)，廣播端會(huì)在下一個(gè)廣播信道發(fā)送廣播幀，或直接停止廣播事件。廣播事件間隔必須是625us的倍數(shù)，范圍在20ms10.24s，其設(shè)置方式如下：T_advEvent = advInterval + advDe

14、layscannable undirected和non-connectable undirected事件，advInterval長度必須大于100ms；connectable undirected事件，advInterval長度必須大于等于20ms 。advDelay是010ms的偽隨機(jī)數(shù)。連續(xù)廣播幀發(fā)送示意圖如下：a）Connectable Undirected Event Type如圖4.5接收到CONNECT_REQ之后，廣播方便退出廣播狀態(tài)，進(jìn)入Slave狀態(tài)。b）Connectable Directed Event Typec）Scannable Undirected Event T

15、yped）Non-connectable Undirected Event Type1、 scanning檢測狀態(tài)是用來監(jiān)聽廣播幀的，其狀態(tài)由HOST控制，分為主動(dòng)掃描和被動(dòng)掃描。掃描狀態(tài)下有兩個(gè)參數(shù)scanWindow、scanInterval用于設(shè)置一次掃描的時(shí)間。掃描時(shí)間不能長與10.24s，scanWindow<scanInterval。被動(dòng)掃描（Passive Scanning）：只接收幀，不發(fā)送幀。主動(dòng)掃描（Active Scanning）：監(jiān)聽廣播幀，根據(jù)廣播幀格式，回復(fù)相應(yīng)幀。ADV_IND/ADV_SCAN_IND -> SCAN_REQADV_DIRECT_IN

16、D PDU/ADV_NONCONN_IND不回復(fù)SCAN_REQ掃描需進(jìn)行退避操作。具體看文檔吧，就不貼進(jìn)來了。2、 initiatinginitiating沒有channel index的限制。當(dāng)收到一個(gè)在過濾白名單內(nèi)的ADV_IND或ADV_DIRECT_IND，發(fā)起者將會(huì)發(fā)送一個(gè)CONNECT_REQ給廣播方。發(fā)送完CONNECT_REQ后退出發(fā)起狀態(tài)，進(jìn)入連接狀態(tài)。四、連接狀態(tài)簡述：當(dāng)發(fā)起者發(fā)送CONNECT_PDU或者廣播方收到CONNECT_REQ，則認(rèn)為連接被創(chuàng)建，但此時(shí)并非認(rèn)為已經(jīng)建立連接。只有當(dāng)正式開始數(shù)據(jù)通信后，才認(rèn)為連接已經(jīng)被建立。連接建立后，連接中有兩個(gè)角色：Maste

17、r和Slave。Master主控connection event的時(shí)序。每次connection event便是Master和Slave的一次同步結(jié)點(diǎn)。1、連接事件（Connection Events）一次連接時(shí)間，使用同一個(gè)channel index。每次連接至少進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸。Slave端在接收到來自Master的數(shù)據(jù)幀后，無論CRC是否正確，均需要回復(fù)數(shù)據(jù)，除非多次連續(xù)CRC不正確。Master也是不管Slave發(fā)過來的幀是否正確，均需回復(fù)數(shù)據(jù)，沒有除非。無論CRC是否正確，我們都認(rèn)為Header是對(duì)的。Master收不到來自Slave的數(shù)據(jù)，則關(guān)閉connection event。M

18、aster和Slave都能關(guān)閉此次connection。連接事件持續(xù)時(shí)間長度由connInterval和connSlaveLatency決定。每次連接事件的起始點(diǎn)稱作anchor point。在anchor point，Master開始發(fā)送數(shù)據(jù)，Slave開始接收數(shù)據(jù)。connInterval便是本次連接的持續(xù)時(shí)間。Master必須確保本次連接時(shí)間在下次anchor point之前間隔T_IFS的時(shí)間關(guān)閉。connInterval長度必須是1.25ms的倍數(shù)，長度在7.5ms4.0s不等。connInterval由發(fā)起者通過CONNNECT_REQ傳送給廣播方。connSlaveLatency

19、是Slave端允許的監(jiān)聽延時(shí)時(shí)間，其長度范圍如下：0(connSupervisionTimeout / connInterval) - 1) 且必須小于500。也就是說，假如connSlaveLatency=0，則Slave需要在每個(gè)anchor point時(shí)刻監(jiān)聽。沒收到設(shè)置connSlaveLatency的幀時(shí)，亦如是。Master和Slave均有一個(gè)16bit的計(jì)數(shù)器 connEventCounter 每有一次connection event，計(jì)數(shù)器就加一，假如溢出則循環(huán)。它是用于LinkLayer作同步時(shí)用。Slave在等待connSlaveLatency時(shí)，該計(jì)數(shù)器亦計(jì)數(shù)。2、連接超

20、時(shí)（Supervision Timeout）藍(lán)牙系統(tǒng)為了檢測連接丟失，便設(shè)置了一個(gè)SupervisionTimeout計(jì)數(shù)器TLLconnSupervision。每次接收到數(shù)據(jù)幀，則計(jì)數(shù)器清零。Supervision Time超過以下幾個(gè)范圍則認(rèn)為超時(shí)：·大于6 * connInterval·大于connSupervisionTimeoutconnSupervisionTimeout 為10ms的倍數(shù)，范圍是100ms32s，并且小于(1 + connSlaveLatency) * connInterval。Timeout以后，設(shè)備停止發(fā)送，進(jìn)入Standby狀態(tài)，并且上報(bào)

21、中斷。3、 發(fā)送窗（Transmit Window）Transmit Window的信息包含在CONNECT_REQ中，傳送給發(fā)起者。發(fā)送窗起始是在收到CONNECT_REQ之后transmitWindowOffset + 1.25ms，transmitWindowSize定義發(fā)送窗的寬度。transmitWindowOffset范圍1.25ms的倍數(shù)，0 msconnInterval。transmitWindowSize范圍1.25ms的倍數(shù)，1.25ms10ms|connInterval - 1.25 ms。4、主設(shè)備（Master Role）建立連接后，發(fā)起的一方成為Master。連接狀

22、態(tài)建立以后，Master重新設(shè)置TLLconnSupervision，LinkLayer確認(rèn)連接已經(jīng)建立。隨后Master在transmit window時(shí)間內(nèi)開始發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)幀，Master的第一幀長度可以超過transmit window。Master決定第一個(gè)anchor point，下一個(gè)anchor point=connInterval+first anchor point。以下是一個(gè)例子：5、從設(shè)備（Slave Role）建立連接后，廣播的一方成為Slave。Slave一方也相同，重新設(shè)置TLLconnSupervision，LinkLayer確認(rèn)連接已經(jīng)建立。連接建立后的第一幀

23、，無論CRC是否收對(duì)，都把它作為第一次連接事件的anchor event。假如第一個(gè)transmit window沒有收到數(shù)據(jù)幀，則準(zhǔn)備在下一個(gè)transmit window下接收數(shù)據(jù)，而此時(shí)事件同步計(jì)數(shù)器connEventCount亦加一。6、關(guān)閉連接事件（Closing Connection Events）Header中的MD位標(biāo)識(shí)是否該次事件之后還有數(shù)據(jù)發(fā)送。假如MD置位，則Master接著發(fā)，Slave接著收。任何一方收不到對(duì)方的幀了，均關(guān)閉連接事件。連續(xù)兩次收到數(shù)據(jù)CRC不對(duì)，也關(guān)閉連接事件。總結(jié)如下：7、發(fā)送窗拓寬（Window Widening）由于發(fā)送端接收端都存在晶振頻偏，所

24、以可能會(huì)導(dǎo)致Slave端anchor point不同步，因此Slave每次接收完一個(gè)數(shù)據(jù)幀，均需同步一次anchor point。接收端需要根據(jù)發(fā)送端的頻偏MasterSCA和接收端頻偏SlaveSCA來計(jì)算接收端的接收窗拓寬參數(shù)，以保證數(shù)據(jù)成功接收。計(jì)算方式如下：其值應(yīng)小于(connInterval/2) - T_IFS us)。假如到達(dá)這個(gè)值，則認(rèn)為連接丟失。8、信道列表選擇（Data Channel Index Selection）Master端需要給此次連接的信道分類：使用信道和不使用信道。使用信道最少為兩個(gè)。信道分類由HOST產(chǎn)生。而Slave的Channel Map通過CONNEC

25、T_REQ幀接收到本地。連續(xù)的connection event每次需要獲取兩個(gè)參數(shù)unmappedChannel 和 lastUnmappedChannel。前者是此次連接沒有使用過的信道列表，后者是前一次連接未用過的信道編號(hào)。未用信道編號(hào)計(jì)算方法如下：unmappedChannel = (lastUnmappedChannel + hopIncrement) mod 37假如unmappedChannel為used Channel的話，則此次的Channel Index則根據(jù)這個(gè)unmappedChannel得到該次connection所使用的Channel。假如unmappedChanne

26、l為unused Channel，則根據(jù)下面公式計(jì)算得到一個(gè)remappingIndex。remappingIndex = unmappedChannel mod numUsedChannels總結(jié)如下圖：9、確認(rèn)機(jī)制和數(shù)據(jù)流控制（Acknowledgement and Flow Control）數(shù)據(jù)的確認(rèn)依靠transmitSeqNum（SN）和nextExpectedSeqNum（NESN）來控制。NESN用于確認(rèn)前一幀是否接收正確，是否需要重發(fā)。剛剛進(jìn)入連接狀態(tài)，SN和NESN均需設(shè)置成0?？刂品绞饺缦聢D：NESN在一種情況下不會(huì)被更新，就是接收BUFFER不夠的情況。這會(huì)使發(fā)送端重傳該

27、幀，如此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流控制。五、LinkLayer控制描述LLCP（LinkLayer Control Protocol）是用來控制兩個(gè)LinkLayer之間的控制和協(xié)商的。其中包括連接控制，加密控制等等。1、 LinkLayer連接更新和ChannelMap更新每次進(jìn)入連接狀態(tài)后，設(shè)備均需更新connInterval, connSlaveLatency和connSupervisionTimeout。Master通過發(fā)送LL_CONNECTION_UPDATE_REQ幀來實(shí)現(xiàn)參數(shù)更新，Slave不能發(fā)送這種格式的幀，它通過使用L2CAP信道回復(fù)更新確認(rèn)來確認(rèn)參數(shù)更新。參數(shù)更新之前使用老的參數(shù)，更新

28、之后使用新參數(shù)。Slave端收到LL_CONNECTION_UPDATE_REQ之后，假如connEventCount mod 65535小于32767，并且不等于本地的connEventCount，此時(shí)它需監(jiān)聽所有的Connection Event，直到確認(rèn)Master收到自己的REQ ACK。Slave在確認(rèn)兩邊connEventCount相等之前的Connection Event均需要監(jiān)聽。假如connEventCount mod 65535大于32767，則Slave認(rèn)為與Master丟失連接，回到Standby狀態(tài)，并上報(bào)主機(jī)。Master這邊，需要在第一個(gè)Transmit Wind

29、ow內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，它發(fā)送的這幀數(shù)據(jù)作為此次Connection的anchor point。Master在這個(gè)anchor point以后更新它的connInterval，并清零TLLconnSupervision計(jì)數(shù)。假如使用自動(dòng)發(fā)送LL_CONNECTION_UPDATE_REQ，則Timeout參數(shù)不跟新，與前次LL_CONNECTION_UPDATE_REQ或者CONNECT_REQ設(shè)置時(shí)相同。其他參數(shù)亦如是。自動(dòng)更新機(jī)制用于Master由于其他需求，需要更改anchor point時(shí)間。ChannelMap的更新由LL_CHANNEL_MAP_REQ完成，2、加密加密參數(shù)設(shè)置通過LL_ENC_REQ和LL_ENC_RSP開始加密：LL_START_ENC_REQ 和 LL_START_ENC_RSP結(jié)束加密：LL_PAUSE_ENC_REQ or LL_TERMINATE_IND PDUsEmpty PDUs or LL_PA