一、BLE協(xié)議棧架構(gòu)
BLE 協(xié)議棧（簡(jiǎn)稱(chēng)“協(xié)議”）由兩部分組成：控制器 和 主機(jī)恳邀∨潮控制器與主機(jī)分離的形式來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙 BR / EDR設(shè)備，這兩個(gè)部分通常分別描述轩娶。任何 profiles（配置文件）和應(yīng)用程序都是使用 GAP 與 GATT 層協(xié)議棧來(lái)編寫(xiě)程序儿奶。
1.1 控制器部分（Controller）
1.1.1 物理層（PHY）
物理層 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的發(fā)送和接收，特點(diǎn)是短距離鳄抒、低功耗闯捎。是一種帶寬自適應(yīng)跳頻 GFSK（高斯頻移鍵控），工作在免費(fèi)的工業(yè)頻段2.4GHz许溅。
1.1.2 鏈路層（LL）
鏈路層 控制設(shè)備的射頻狀態(tài)瓤鼻，有五個(gè)設(shè)備狀態(tài)：待機(jī)、廣告贤重、掃描茬祷、初始化和連接。
廣播為廣播數(shù)據(jù)包并蝗，而掃描則是監(jiān)聽(tīng)廣播祭犯。
初始化狀態(tài)發(fā)送連接請(qǐng)求包，如果廣播者接受連接請(qǐng)求滚停，則廣播者和連接發(fā)起者將進(jìn)入連接狀態(tài)沃粗。當(dāng)一個(gè)設(shè)備處于連接時(shí)，它將是以下兩個(gè)角色中的一個(gè)：
主機(jī)（master）或從機(jī)（slave）键畴。發(fā)起連接的設(shè)備變成了主機(jī)（master）最盅，接受連接請(qǐng)求的廣播者設(shè)備變成了從機(jī)（slave）。且同一次連接中主機(jī)和從機(jī)角色不能切換。
1.1.3 主機(jī)控制接口（HCI）
主機(jī)控制接口層 向上為主機(jī)提供軟件應(yīng)用程序接口（API）涡贱，對(duì)外為外部硬件控制接口咏删。該層可以通過(guò)一個(gè)可編程接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，該可編程接口可以是 UART问词，SPI 或 USB督函。標(biāo)準(zhǔn)的 HCI 命令和事件在《Bluetooth Core Spec [14]》中描述。TI 有該應(yīng)用的使用指南《 Vendor Specific Guide [1]》戏售。
1.2 主機(jī)部分（Host）
1.2.1 鏈路邏輯控制和適配協(xié)議（L2CAP）
鏈路邏輯控制和適配協(xié)議層 提供數(shù)據(jù)封裝服務(wù)侨核，該層允許的端到端的數(shù)據(jù)通信」嘣郑基于包的協(xié)議搓译，將包傳輸?shù)紿CI，對(duì)于無(wú)主機(jī)系統(tǒng)锋喜，就將包傳給鏈路管理器LM些己。支持多路復(fù)用，包的分割和重組嘿般，以及向上層協(xié)議提交服務(wù)質(zhì)量信息段标。
1.2.2 安全管理（SM）
安全管理層 定義了配對(duì)和密鑰分配的方法，并提供了為了安全地連接與交換數(shù)據(jù)的功能炉奴。
See section 5.4 for more information on Texas Instruments’ implementation of the SM layer.
1.2.3 屬性協(xié)議（ATT）
屬性協(xié)議層 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)檢索逼庞，允許一個(gè)設(shè)備暴露一些數(shù)據(jù)塊給其他設(shè)備，其他設(shè)備稱(chēng)之為“屬性”瞻赶。
在ATT環(huán)境中赛糟，展示屬性的設(shè)備稱(chēng)之為服務(wù)器，與它配對(duì)的設(shè)備稱(chēng)之為客戶(hù)端砸逊。鏈路層的主機(jī)從機(jī)和這里的服務(wù)器璧南、客服端是兩種概念，主設(shè)備既可以是服務(wù)器师逸，也可以是客戶(hù)端司倚。從設(shè)備毅然。
1.2.4 通用訪問(wèn)協(xié)議（GAP）
通用訪問(wèn)協(xié)議層 是應(yīng)用程配置文件的接口篓像，用于 處理設(shè)備的發(fā)現(xiàn)和連接 相關(guān)的服務(wù)动知。GAP 還有處理安全連接等特征。GAP給設(shè)備定義了若干角色员辩，其中主要的兩個(gè)是：外圍設(shè)備（Peripheral）和中心設(shè)備（Central）拍柒。
See section 5.1 for more information on Texas Instruments’implementation of the GAP layer.
1.2.4 通用屬性協(xié)議（GATT）
通用屬性協(xié)議層 使用 ATT 的服務(wù)框架和配置文件（profiles）的結(jié)構(gòu)。BLE 中所有的數(shù)據(jù)通信都需要經(jīng)過(guò)GATT屈暗。
它定義兩個(gè) BLE 設(shè)備通過(guò)叫做 Service 和 Characteristic 的東西進(jìn)行通信。GATT 就是使用了 ATT 協(xié)議，ATT 協(xié)議把 Service, Characteristic遺跡對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)保存在一個(gè)查找表中养叛，次查找表使用 16 bit ID 作為每一項(xiàng)的索引种呐。
See section 5.3 for more information on Texas Instruments’ implementation of the ATT and GATT layers.
二、GAP協(xié)議
GAP（Generic Access Profile）的縮寫(xiě)弃甥，中文是通用訪問(wèn)協(xié)議爽室，它在用來(lái)控制設(shè)備連接和廣播；
GAP 使你的設(shè)備被其他設(shè)備可見(jiàn)淆攻，并決定了你的設(shè)備是否可以或者怎樣與合同設(shè)備進(jìn)行交互阔墩；
例如：Beacon 設(shè)備就只是向外廣播，不支持連接瓶珊，小米手環(huán)就等設(shè)備就可以與中心設(shè)備連接啸箫。
2.1 GAP廣播數(shù)據(jù)
在 GAP 中外圍設(shè)備通過(guò)兩種方式向外廣播數(shù)據(jù)：
Advertising Data Payload（廣播數(shù)據(jù)）和 Scan Response Data Payload（掃描回復(fù)）；
每種數(shù)據(jù)最長(zhǎng)可以包含 31 byte伞芹。這里廣播數(shù)據(jù)是必需的忘苛，因?yàn)橥庠O(shè)必需不停的向外廣播，讓中心設(shè)備知道它的存在唱较；
掃描回復(fù)是可選的扎唾，中心設(shè)備可以向外設(shè)請(qǐng)求掃描回復(fù)，這里包含一些設(shè)備額外的信息南缓，例如：設(shè)備的名字胸遇。
2.2 GAP廣播的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h2>
大部分情況下外圍設(shè)備通過(guò)廣播自己來(lái)讓中心設(shè)備發(fā)現(xiàn)自己，并建立 GATT 連接汉形，從而進(jìn)行更多的數(shù)據(jù)交換纸镊；
也有些情況是不需要連接的，只要外設(shè)廣播自己的數(shù)據(jù)即可获雕，用這種方式主要目的是讓外圍設(shè)備薄腻，把自己的信息發(fā)送給多個(gè)中心設(shè)備；
因?yàn)榛?GATT 連接的方式的届案，只能是一個(gè)外設(shè)連接一個(gè)中心設(shè)備庵楷，使用廣播這種方式最典型的應(yīng)用就是蘋(píng)果的 iBeacon。
2.3 GAP通信中角色
GAP 給設(shè)備定義了若干角色楣颠，其中主要的兩個(gè)是：外圍設(shè)備（Peripheral - 從機(jī) - 服務(wù)端）和 中心設(shè)備（Central - 主機(jī) - 客戶(hù)端）尽纽。
外圍設(shè)備 - 從機(jī)：
這一般就是非常小或者簡(jiǎn)單的低功耗設(shè)備，用來(lái)提供數(shù)據(jù)童漩，并連接到一個(gè)更加相對(duì)強(qiáng)大的中心設(shè)備弄贿，例如小米手環(huán)；
中心設(shè)備 - 主機(jī)：
中心設(shè)備相對(duì)比較強(qiáng)大矫膨，用來(lái)連接其他外圍設(shè)備差凹。例如手機(jī)等期奔；
三、GATT協(xié)議
GATT（Generic Attributes Profile）的縮寫(xiě)危尿，中文是通用屬性協(xié)議呐萌，是已連接的低功耗藍(lán)牙設(shè)備之間進(jìn)行通信的協(xié)議。
一旦兩個(gè)設(shè)備建立起了連接谊娇，GATT 就開(kāi)始起作用了肺孤，這也意味著，你必需完成前面的GAP協(xié)議济欢。
GATT使用了 ATT（Attribute Protocol）協(xié)議赠堵，ATT 協(xié)議把 Service，Characteristic 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)保存在一個(gè)查找表中法褥，查找表使用 16bit ID 作為每一項(xiàng)的索引茫叭。
GATT定義的多層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要概括起來(lái)就是 服務(wù)（Service） 可以包含多個(gè) 特征（Characteristic），每個(gè)特征包含 屬性（Properties） 和 值（Value）挖胃，還可以包含多個(gè) 描述（Descriptor）杂靶。
3.1 GATT結(jié)構(gòu)
3.1.1 Profile（規(guī)范）
profile 可以理解為一種規(guī)范，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議酱鸭，它存在于藍(lán)牙從機(jī)中（服務(wù)端）吗垮；
藍(lán)牙組織規(guī)定了一些標(biāo)準(zhǔn)的 profile，例如 HID OVER GATT凹髓，防丟器烁登，心率計(jì)等；
每個(gè) profile 中會(huì)包含多個(gè) service蔚舀，每個(gè) service 代表從機(jī)的一種能力饵沧。
3.1.2 Service（服務(wù)）
service 可以理解為一個(gè)服務(wù)，在 BLE 從機(jī)中有多個(gè)服務(wù)赌躺，例如：電量信息服務(wù)狼牺、系統(tǒng)信息服務(wù)等；
每個(gè) service 中又包含多個(gè) characteristic 特征值礼患；
每個(gè)具體的 characteristic 特征值才是 BLE 通信的主題是钥，比如當(dāng)前的電量是 80%，電量的 characteristic 特征值存在從機(jī)的 profile 里缅叠，這樣主機(jī)就可以通過(guò)這個(gè) characteristic 來(lái)讀取 80% 這個(gè)數(shù)據(jù)悄泥。
3.1.3 Characteristic（特征）
characteristic 特征，BLE 主從機(jī)的通信均是通過(guò) characteristic 來(lái)實(shí)現(xiàn)肤粱，可以理解為一個(gè)標(biāo)簽弹囚，通過(guò)這個(gè)標(biāo)簽可以獲取或者寫(xiě)入想要的內(nèi)容。
3.1.4 UUID（通用唯一識(shí)別碼）
uuid 通用唯一識(shí)別碼领曼，我們剛才提到的 service 和 characteristic 都需要一個(gè)唯一的 uuid 來(lái)標(biāo)識(shí)鸥鹉；
每個(gè)從機(jī)都會(huì)有一個(gè) profile蛮穿，不管是自定義的 simpleprofile，還是標(biāo)準(zhǔn)的防丟器 profile宋舷，他們都是由一些 service 組成绪撵，每個(gè) service 又包含了多個(gè) characteristic，主機(jī)和從機(jī)之間的通信祝蝠，均是通過(guò)characteristic來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.2 GATT連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h2>
一個(gè)外圍設(shè)備（從機(jī)）只能連接一個(gè)中心設(shè)備（主機(jī)）幻碱，而一個(gè)中心設(shè)備（主機(jī)）可以連接多個(gè)外圍設(shè)備（從機(jī)）绎狭，一旦建立起了連接，通信就是雙向的了褥傍，對(duì)比前面的 GAP 廣播的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淅芩唬珿AP 通信是單向的，如果你要讓兩個(gè)設(shè)備外圍設(shè)備（從機(jī)）之間能夠通信恍风，就只能通過(guò)中心設(shè)備（主機(jī)）中轉(zhuǎn)蹦狂。
3.3 GATT通信中角色
從GATT的角度來(lái)看，處于連接狀態(tài)時(shí)的兩個(gè)設(shè)備朋贬，它們各自充當(dāng)兩種角色中的一種：
服務(wù)端（Server）
包含被GATT客戶(hù)端讀取或?qū)懭氲奶卣鲾?shù)據(jù)的設(shè)備凯楔。
客戶(hù)端（Client）
從GATT服務(wù)器中讀取數(shù)據(jù)或向GATT服務(wù)器寫(xiě)入數(shù)據(jù)的設(shè)備。
外圍設(shè)備（從機(jī)）作為 GATT 服務(wù)端（Server）锦募，它維持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定義摆屯；
客戶(hù)端和服務(wù)器的GATT角色獨(dú)立于外圍設(shè)備和中央設(shè)備的GAP角色。外圍設(shè)備可以是GATT客戶(hù)端或GATT服務(wù)器糠亩，中心可以是GATT客戶(hù)端或GATT服務(wù)器虐骑；
一旦連接建立，外設(shè)將會(huì)給中心設(shè)備建議一個(gè)連接間隔（Connection Interval）赎线，這樣中心設(shè)備就會(huì)在每個(gè)連接間隔嘗試去重新連接廷没，檢查是否有新的數(shù)據(jù)；
但是垂寥，這個(gè)連接間隔只是一個(gè)建議颠黎，你的中心設(shè)備可能并不會(huì)嚴(yán)格按照這個(gè)間隔來(lái)執(zhí)行，例如你的中心設(shè)備正在忙于連接其他的外設(shè)矫废，或者中心設(shè)備資源太忙盏缤。
四、TI BLE頂層軟件體系架構(gòu)
在頂層蓖扑，CC2640 軟件環(huán)境包括三個(gè)部分：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）唉铜，應(yīng)用和協(xié)議棧。
TI-RTOS 是一個(gè)實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)律杠，具備多線(xiàn)程操作和任務(wù)同步等功能潭流。
APP 應(yīng)用和 BLE 協(xié)議棧作為單獨(dú)的任務(wù)存在于 RTOS 中竞惋，BLE 協(xié)議棧具有最高優(yōu)先級(jí)。間接訪問(wèn)（ICall）的消息框架被用于線(xiàn)程的同步和棧的通信：
協(xié)議棧：這包括低層的 BLE 協(xié)議棧鏈路層(LL)到 GAP 與 GAPP 的通信灰嫉，如圖1所示拆宛。大多數(shù)的 BLE 協(xié)議棧代碼作為庫(kù)提供。
應(yīng)用：這包括相關(guān)的配置文件讼撒，應(yīng)用程序浑厚，驅(qū)動(dòng)程序，和 ICall 模塊根盒。
4.1 標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目任務(wù)層次
所有的項(xiàng)目都會(huì)包含至少三個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù) Task钳幅。例如 simplebleperipheral 項(xiàng)目，這些任務(wù)是以及他們的任務(wù)優(yōu)先級(jí)為：
5： BLE 協(xié)議棧的任務(wù)
3：GapRole 任務(wù)（從機(jī)角色）
1：應(yīng)用任務(wù)（simplebleperipheral）
4.2 ICall
ICall（Indirect Call Framework）的調(diào)用可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的與 BLE 協(xié)議棧的通信（例如炎滞，線(xiàn)程同步）敢艰。
ICall 模塊的源代碼被包含在 IDE 的 應(yīng)用工程的 “ICall” 與 “ICallBLE” 文件夾內(nèi)。 IAR 如下（CCS 類(lèi)似）：
4.2.1 ICall BLE 協(xié)議棧的服務(wù)
如圖6的所示册赛，ICall 可以監(jiān)聽(tīng)協(xié)議棧（服務(wù)端）與應(yīng)用程序（客戶(hù)端）間的消息钠导，注意不要把 ICall 的框架結(jié)構(gòu) 與 BLE 中的 GATT 的 S/C 結(jié)構(gòu)混淆，這樣做的原因是為了方便應(yīng)用軟件與 RTOS 操作系統(tǒng)的升級(jí)森瘪，而不會(huì)互相耦合影響牡属， 并且更方便把 CC254x 的代碼已知道 CC2640 系列芯片上來(lái)。
本質(zhì)上柜砾，當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用 BLE 協(xié)議棧的 API 函數(shù)時(shí)湃望，由 ICall 發(fā)指令給 BLE 協(xié)議棧，反過(guò)來(lái)痰驱，協(xié)議棧發(fā)出來(lái)的消息也是 ICall 來(lái)傳遞的证芭。
因?yàn)?ICall 模塊是應(yīng)用程序項(xiàng)目的一部分，應(yīng)用程序可以直接訪問(wèn) ICall 的函數(shù)担映。請(qǐng)注意废士，由于 BLE 協(xié)議棧具有最高優(yōu)先級(jí)，因此應(yīng)用程序任務(wù)將阻塞直到收到響應(yīng)蝇完。應(yīng)用程序阻塞期間官硝，BLE 協(xié)議棧也可以異步地通過(guò) ICall 通知應(yīng)用程序某個(gè)消息（例如，事件更新）短蜕。
? 由 Leung 寫(xiě)于 2018 年 12 月 18 日
? 參考：cc2640藍(lán)牙軟件開(kāi)發(fā)指南（阿莫翻譯中文版-11.25）[提取碼vyyy]
通用屬性配置文件（GATT） - BLE-Stack用戶(hù)指南[提取碼is4a]
GATT協(xié)議及藍(lán)牙核心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
【IoT】藍(lán)牙 GAP 和 GATT 協(xié)議簡(jiǎn)析
