详解BLE的数据传输过程

如今的社会已经从IT时代过渡到了DT时代，数据的重要性不言而喻。将数据安全快速的传输给对方是一件非常重要的事情，如今诞生了很多不同的传输技术，每一种传输技术都是为了和对方进行数据交互。BLE技术也是这样，它的最终目的就是为了在两个设备间进行数据交互。我们从BLE的本质出发，搞清楚它是如何实现数据交互的，也就真正搞清楚了BLE的工作原理。

下面从3个方面，逐步讲解BLE的数据收发过程。

本文结合nordic的代码和蓝牙核心规范5.2来进行介绍。本文认为你对BLE协议栈的各个层已经有了一个大概认识，对BLE协议栈还不太熟悉的朋友可以参看拙作：蓝牙低功耗(BLE)协议栈

一 广播

1.1 从设备

从设备想要别人能够发现自己就需要不停的进行广播。

Host层通过HCI层定义的接口来设置广播数据。

HCI层的命令格式如下图：

设置广播数据的命令格式如下图：

指令详细介绍参看：蓝牙核心卷 5.2 , Vol 4, Part E, 7.8.7

• OpCode，0x0008，两个字节
• parameter Total Length，一个字节，也就是Advertising_Data_Length，根据Advertising_Data计算得来
• Advertising_Data, 由HCI 以上层传下来

事实上只有Advertising_Data会通过空中发送。Advertising_Data的格式如下：

详细介绍参看：蓝牙核心卷 5.2 , Vol 3, Part C, 11

可以看到广播数据可能有多个元素：AD Structure 1，AD Structure 2 … AD Structure N，每一个AD Structure的格式为，1个字节长度，一个字节AD Type，n个字节的AD Data。广播数据包也遵循一定的格式，广播包的数据格式参看：AD Type和Core Specification Supplement

LL层定义的广播报文的格式如下图：

详细介绍参看：蓝牙核心卷 5.2 , Vol 6, Part B, 2.3

1. 用户设置广播参数和广播内容
   ble_gap.h

//设置广播参数，以及广播类容
uint32_t sd_ble_gap_adv_set_configure(uint8_t *p_adv_handle, ble_gap_adv_data_t const *p_adv_data, ble_gap_adv_params_t const *p_adv_params)

• 设置广播参数，ocf=0x006，ogf=0x08
  命令格式：
  
  gap协议层会根据HCI层提供的接口来设置广播参数
  

• 设置广播数据，ocf=0x0008，ogf=0x08
  gap协议层会根据HCI层提供的接口来设置广播数据

2. 开启广播
   命令格式：
   
   gap层提供的函数接口：uint32_t sd_ble_gap_adv_start(uint8_t adv_handle, uint8_t conn_cfg_tag)
   HCI层提供的接口，ocf=0x00a，ogf=0x08
   

3. 广播的具体数据
   通过抓包工具得到的广播包的数据：
   
   

• aa, 前导码

• d6 be 89 8e，接入地址：0x8e89bed6。（蓝牙传输均使用小端模式）

• 40 19，报头

  • 0000b，PDU Type，ADV_IND,普通广播. 详见：Vol 6, Part B, 2.3, Table 2.3
  • 0b, RFU，未使用
  • 0b, ChSel, 通道选择，未使用
  • 1b，TxAdd，广播者的mac地址类型，1表示随机地址
  • 0b，RxAdd, 扫描者mac地址类型，未知
  • 19，数据长度，指的是Payload的长度

• 8b 89 e6 26 c9 4c： 0x4cc926e6898b mac地址， Payload的一部分

• 02 01 1a ， AD Structure 1，广播报文的第一个元素

  • 02，长度
  • 01，类型，«Flags»
  • 1a，数据
    

• 02 0a 0c

  • 02， 长度
  • 0a，类型，«Tx Power Level»
  • 0x，数据
    

• 0c ff 4c 00 10 07 57 1f 6c 06 2f 1d 98

  • 0c，长度
  • 0xff，自定义类型
  • 4c 00 10 07 57 1f 6c 06 2f 1d 98 ，数据

    • 4c 00， 前两个字节代表厂商，0x004c代表Apple, Inc.厂商定义
      

    • 10 07 57 1f 6c 06 2f 1d 98， 自定义的数据

• 7b 53 ef，0xef537b CRC校验

从设备设置的广播数据流向：用户调用GAP提供的接口，GAP调用HCI层接口，HCI层再传给LL层。