BLE协议栈 – 介绍

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#BLE

本文深入讲解BLE技术领域的核心——BLE协议栈，涵盖物理层、链路层、L2CAP、SMB、ATT、GATT及GAP等关键部分。通过解析《BLE权威指南》，结合网络资源，为读者提供全面且深入的理解。

在BLE技术领域里有三个方向：BLE APP，BLE固件和BLE协议栈。其中BLE协议栈是基础，BLE芯片内部提供的固件程序充当驱动，手机上的APP作为控制端。做APP开发无需要太多的专业背景，而做固件开发则需要深入理解协议栈。

BLE协议栈的 官方文档 可以自由下载阅读，该文档排版优良，颇具可读性。可是该文档仅有英文版，整个文档多达2000多页，这无疑增加了非英语读者的阅读困难。网上能够找到一些关于协议栈的简单介绍，比如这个页面，概述了协议栈各层的主要概念，适合通览一遍。

 

这些网络资源对于协议栈的细节大多点到为止，无以深入，于是我尝试结合自己的经验，挑重点介绍一下BLE协议栈的内容。成文过程主要参考《BLE权威指南》一书，也利用Google+Baidu做了大量搜索，借鉴了许多第三方博客和论坛的优质答案并保留了原始链接，尽可能将一些问题解释清楚。

 

BLE协议栈 – 物理层（Physical Layer）
BLE协议栈 – 链路层（Link Layer）
BLE协议栈 – HCI
BLE协议栈 – L2CAP
BLE协议栈 – SM
BLE协议栈 – ATT
BLE协议栈 – GATT
BLE协议栈 – GAP

 

[本文转自红旭论坛，看完之后获益良多，故联系大佬Wireless-tech转之。]

BLE 协议栈
https://van-link.github.io/
07-31 508
BLE 协议栈采用的是分层的架构，有一组分层的协议的集合。他们协同工作已提供通信服务。协议栈的每个协议层负责执行特定的任务，通过分层，我们可以创建一个健壮和可靠的系统。BLE 协议栈大致可分为三个子系统：application、host 和 controller。
BLE 协议栈（GAP，GATT；HCI，LL，PHY）
Hongwei_1990的博客
05-19 4794
蓝牙（Bluetooth®）：是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换。蓝牙由蓝牙技术联盟（SIG）管理。 蓝牙的波段为2.4GHz短距离无线电频段。 蓝牙发展历程： 序号 时间 标准 特性 1 2010年6月 蓝牙4.0（Bluetooth Smart） 极低的运行和待机功耗, 支持BLE（低功耗蓝牙） 2 2013年12月 蓝牙4....
NRF51822 简单介绍BLE协议栈
04-24
该文件介绍了NRF51822协议栈结构以及配置协议栈，还有协议栈的作用和使用情况
BLE协议栈详解
moge19的专栏
05-11 1万+
1、目的 因最近面试，总有人问到BLE协议栈，据此，记录学习BLE协议栈的过程。 2 协议概述 所谓协议，即将指定的字节按照一定的顺序排列起来，以便他人使用自己的设备时，能通过该协议同其他设备进行通信。协议一特点，就是有固定的帧格式，通过该格式发送，接收者通过解读帧格式，进而得到新息内容； 3 BLE连接过程 3.1 前言 一般通信协议，一类通信是直接发生数据，当设备接送到数据时，直接对数据进行解...
ble协议栈
qq_41985317的博客
04-16 758
1.功能框图 Nordic Nrf52系列芯片的协议栈结构图: 2.协议栈结构 有LL层（链路管理）、HCI（主机控制器接口）、L2CAP（逻辑链路通道适配协议）、ATT（属性）、SM(安全管理)、GATT（通用属性）、GAP（通用可访问规范） 2.1 底层：Controller Physical Layer， 物理层 简称：PHY 用来指定BLE所用的无线频段、调制解调方法等，PHY直接影响...
深入浅出低功耗蓝牙(BLE)协议栈
weixin_40543589的博客
06-05 1260
BLE协议栈为什么要分层？怎么理解BLE“连接”？如果BLE协议只有ATT层没有GATT层会发生什么？
BLE协议—协议栈基础
起风的博客
12-27 2868
BLE设备每次广播时，会在3个广播信道（37/38/39，对应的中心频率是2402MHz，2426MHz，2480MHz）上发送相同的报文，这些报文被称为一个广播事件。属性协议层（Attribute Protocol，ATT）：定义了访问对端设备上数据的一组规则，是GATT规范的基础，也是低功耗蓝牙的基石。一个广播数据包最长为37个字节 ， 前6个字节为设备地址，后面是数据区，数据区最大31个字节，又分为若干个AD Sturcture，扩展广播包的最大长度为255字节。数据区没用完的话，系统会在后面补0。
BLE架构与开源协议栈
qq_43862401的博客
09-08 3282
这种模式下使用两个ESP32构成完整的蓝牙功能。后来又发现了应该算是老大哥的nordic家的nrf52系列， 用的是它们自己的softdevice协议栈，一主多从支持连接到20个设备，但是它的代码实在太复杂了，虽说代码解耦做得很好，但是后果就是需要去改好多文件，而且基于MDK那古老的界面那的确难受，接着还发现了nordic家新的sdk，也就是基于zephyr的NCS，基于vscode开发的确是舒服了些，但是又涉及到设备树相关的东西，上手难度还是有的(虽然仅做无线开发好像并不需要去改设备树)。
BLE协议栈 – 链路层（Link Layer）
ldinvicible的专栏
05-02 1567
转载自http://bbs.wireless-tech.cn/d/77-ble-link-layer 链路层位于BLE协议栈的控制器（Controller）部分，在物理层（Physical Layer）之上，接口层（HCI）之下。物理层比较抽象，除了BLE信道，许多地方都是通用的通信技术，不能反映BLE通信协议的特点，而HCI之上的部分，大多在软件中实现，因此，理解BLE协议栈的底层实现，...
蓝牙BLE协议讲解
热门推荐
Projectsauron 的博客
08-27 5万+
蓝牙技术起源于爱立信在 1994 年提出的方案，旨在解决移动电话和其他配件之间进行低功耗、低成本的无线通信连接的方法。蓝牙是一种近距离无线通信技术，运行在 2.4GHz 免费频段，目前已大量应用于各种移动终端，物联网，健康医疗，智能家居等行业。上一小节提到，蓝牙 4.0 以后的版本分为两种模式，单模蓝牙和双模蓝牙。单模蓝牙，即低功耗蓝牙模式，是蓝牙 4.0 中的重点技术，低功耗，快连接，长距离。双模蓝牙，支持低功耗蓝牙的同时还兼容经典蓝牙，经典蓝牙的特点是大数据高速率，例如音频、视频等数据传输。
BLE协议栈简介
QRqing
04-24 1616
         协议定义的是一系列的通信标准，通信双方需要共同按照这一标准进行正常的数据收发；协议栈是协议的具体实现形式，通俗的理解就是用代码实现的函数库，以便于开发人 员调用。        BLE 协议栈将各个层定义的协议都集合在一起，以函数库的形式实现，并给用户提供 一些应用层 API，供用户调用。 使用 BLE 协议栈进行开发的基本思路可以概括为如下三点：       
BLE 协议栈组成介绍
Zzt的博客
06-17 865
1、协议由Host层和Controller层组成； 2、Controller层： PHY：基带物理层 LL：链路层 HCI：主机控制接口
BLE协议栈
tuhuolong的专栏
12-04 325
https://www.race604.com/android-ble-in-action/
BLE 连接流程与参数（Master，Slave；Standby，Advertiser，Scanner，Initiator；连接流程，连接参数）
Hongwei_1990的博客
05-19 3708
BLE是一种星型拓扑结构： 1. 主设备（Master）管理着连接，并且可以连接多个从设备（Slave） 2. 一个从设备（Slave）只能连接一个主设备（Master）
BLE协议—开源蓝牙协议栈
起风的博客
04-05 930
学习笔记，有问题欢迎指出。
蓝牙BLE协议之——协议栈
to_the_world的博客
04-08 1120
本系列所有文章基于蓝牙6.0协议栈核心规范文档，由SIG规定，原文档可点此进入查看，架构中每一个层的详细介绍请滑到文章最后跳转
BLE协议栈的解析
mftang的博客
05-02 3708
蓝牙低功耗(BLE)协议栈是实现蓝牙无线通信功能的分层架构，本文将从核心组成、各层功能到实际应用进行全面介绍。包括协议的层次结构，主要属性，以及设备角色等内容。
BLE协议栈结构
weixin_44796147的博客
05-24 1240
开坑BLE协议栈
如何在 Arduino 中切换 ESP32 的 BLE 协议栈为 NimBLE？
最新发布
10-05
在 Arduino 环境中，ESP32 默认使用的是 **Bluedroid** 协议栈（由 Espressif 官方提供），但如果你希望获得更灵活的 BLE 控制能力（如访问 `getServer()`、`ble_gap_conn_rssi_get` 等底层 API），推荐切换到 **NimBLE** 协议栈。 > ✅ **NimBLE** 是一个轻量级、高性能的开源 BLE 协议栈，在低功耗和资源占用方面优于 Bluedroid，且提供了更丰富的 API。 --- ## ✅ 如何在 Arduino 中切换 ESP32 的 BLE 协议栈为 NimBLE？ ### 方法一：使用第三方库 `NimBLE-Arduino`（推荐 ⭐） 这是最简单、最稳定的方式，适用于绝大多数用户。 --- ### 🛠 步骤 1：安装 NimBLE-Arduino 库 1. 打开 **Arduino IDE** 2. 进入菜单： > 工具 → 管理库... 3. 在搜索框中输入： ``` NimBLE-Arduino ``` 4. 找到由 `h2zero` 维护的库（作者名通常是 `Hieromon Ahn` 或 `h2zero`） 5. 点击 **安装** 📌 当前版本建议 ≥ v2.0.6（支持 ESP32-Sx/C3/C6 等新型号） --- ### 📦 替代方式：手动安装（Git 克隆） ```bash cd ~/Arduino/libraries git clone https://github.com/h2zero/NimBLE-Arduino.git ``` 然后重启 Arduino IDE。 --- ### 🧩 步骤 2：修改代码以使用 NimBLE 头文件 将原来的 Bluedroid 头文件： ```cpp #include <BLEDevice.h> #include <BLEServer.h> #include <BLEUtils.h> #include <BLEClient.h> ``` 替换为 **NimBLE 版本**： ```cpp #include <NimBLEDevice.h> #include <NimBLEServer.h> #include <NimBLEUtils.h> #include <NimBLEClient.h> ``` ⚠️ 注意：不要同时包含两者，否则会冲突！ --- ### ✅ 步骤 3：验证是否成功启用 NimBLE #### 示例代码：创建服务器并获取 `getServer()` ```cpp #include <NimBLEDevice.h> #include <NimBLEServer.h> bool deviceConnected = false; // 自定义 GAP 事件处理器 class MyGapEventHandler : public BLEGapEventHandler { void handleGapEvent(esp_gap_ble_cb_event_t event, esp_ble_gap_cb_param_t* param) { switch (event) { case ESP_GAP_BLE_READ_RSSI_EVT: Serial.printf("✅ 收到 RSSI: %d dBm\n", param->read_rssi.rssi); break; default: break; } } }; void setup() { Serial.begin(115200); delay(100); // 初始化 NimBLE NimBLEDevice::init("ESP32-NimBLE-Demo"); // ✅ 可以安全调用 getServer() NimBLEServer* pServer = BLEDevice::getServer(); if (pServer) { Serial.println("🎉 成功获取服务器实例！"); } // 设置 GAP 事件处理器 NimBLEDevice::getServer()->getGapServer()->setEventHandler(new MyGapEventHandler()); // 创建服务 BLEService* pService = pServer->createService(BLEUUID("6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E")); pService->start(); // 开始广播 NimBLEAdvertising* pAdvertising = NimBLEDevice::getAdvertising(); pAdvertising->addServiceUUID(BLEUUID("6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E")); pAdvertising->start(); Serial.println("等待连接..."); } void loop() { // 示例：每 5 秒读取一次当前连接设备的 RSSI static uint32_t lastRead = 0; if (millis() - lastRead > 5000) { NimBLEServer* pServer = NimBLEDevice::getServer(); if (pServer && pServer->getConnectedCount() > 0) { // 获取第一个连接句柄 auto connId = pServer->getPeerDevice().first->first; // 简化示例 int rc = ble_gap_conn_rssi_get(connId); // ✅ 可用！ if (rc != 0) { Serial.printf("❌ 无法发起 RSSI 请求: %d\n", rc); } else { Serial.println("正在读取 RSSI..."); } } lastRead = millis(); } delay(100); } ``` 📌 关键优势： - ✅ 支持 `BLEDevice::getServer()` - ✅ 支持 `ble_gap_conn_rssi_get(conn_id)` - ✅ 更细粒度控制 GAP/GATT 行为 - ✅ 内存占用更低 --- ### 方法二：通过 `sdkconfig.defaults` 强制启用 NimBLE（高级用户） 如果你使用的是官方 ESP32 Arduino Core 并想全局启用 NimBLE 栈（而不是默认的 Bluedroid），可以通过配置文件实现。 #### 步骤： 1. 在你的 `.ino` 文件所在目录创建文件： ``` sdkconfig.defaults ``` 2. 添加以下内容： ```ini CONFIG_BT_ENABLED=y CONFIG_BT_NIMBLE_ENABLED=y CONFIG_BT_BLUEDROID_ENABLED=n CONFIG_BT_CONTROLLER_MODE_LE=y CONFIG_BT_NIMBLE_ROLE_PERIPHERAL=y CONFIG_BT_NIMBLE_MAX_CONNECTIONS=3 ``` 3. 重新编译项目 > ⚠️ 注意：此方法仅适用于支持该配置的 Arduino Core 版本（v2.0.5+），并且必须确保没有其他库依赖 Bluedroid。 --- ## 🔍 如何确认当前使用的是 NimBLE？ ### 方法 1：查看串口输出日志 NimBLE 启动时会有类似日志： ``` I NimBLE: Host reset I NimBLE: BLE Host Task Started ``` 而 Bluedroid 输出是： ``` I BT_BTC: BTC_TASK starting ``` ### 方法 2：检查是否能调用 `ble_gap_conn_rssi_get` ```cpp extern "C" int ble_gap_conn_rssi_get(uint16_t conn_handle); // 如果链接成功，则说明是 NimBLE ``` ### 方法 3：查看内存使用情况 NimBLE 比 Bluedroid 节省约 30–50KB RAM。 --- ## ❗ 常见问题与注意事项 | 问题 | 解决方案 | |------|----------| | 编译错误 `undefined reference to 'ble_gap...'` | 确保使用了 `NimBLE-Arduino` 库，不是原生 `BLEDevice` | | `getServer()` 仍报错 | 检查是否包含了 `<NimBLEDevice.h>` 而非 `<BLEDevice.h>` | | 多个 BLE 库冲突 | 删除重复库（如 `BLE`, `CurieBLE`） | | 不支持 ESP32-C3？ | 使用最新版 NimBLE-Arduino（≥ v2.0.6） | --- ## ✅ 总结：切换到 NimBLE 的完整流程 | 步骤 | 操作 | |------|------| | 1 | 安装 `NimBLE-Arduino` 库 | | 2 | 替换头文件为 `#include <NimBLEDevice.h>` 等 | | 3 | 使用 `BLEDevice::getServer()` 获取服务器对象 | | 4 | 利用 `ble_gap_conn_rssi_get()` 获取 RSSI | | 5 | （可选）通过 `sdkconfig.defaults` 全局启用 NimBLE | ---
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