esp32系列(5)：esp32 蓝牙架构学习

1 ESP32 蓝牙架构学习

1.1 蓝牙

• 蓝牙是一种短距通信系统。

• 蓝牙系统分为两种不同的技术（ESP32都支持）：

  • 经典蓝牙（Classic Bluetooth）
  • 蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy）

• 整体结构：

  分为控制器（Controller）和主机（Host）两大部分。

  • 控制器
    • 组成：包括PHY、 Baseband、 Link Controller、 Link Manager、 Device Manager、 HCI 等模块。
    • 功能：硬件接口管理、链路管理等。
  • 主机
    • 组成：包括了了 L2CAP、 SMP、 SDP、 ATT、 GATT、 GAP 以及各种规范。
    • 功能：构建了了向应⽤用层提供接⼝口的基础，⽅方便便应⽤用层对蓝⽛牙系统的访问。
    • 特征：可以与控制器在同一宿主或不同宿主。

• 由于主机的特征，ESP32 有几种典型应用场景：

  • 1 宿主相同(ESP-IDF默认)：控制器（ESP32 Bluetooth Controller）与主机（ESP32 BLUEDROID ）。
  • 2 宿主不同：控制器（ESP32 Bluetooth Controller）与主机（PC/Phone/Pad ）。
  • 3 宿主不同：与2类似，但是用于BQB（或其它认证）的控制器器测试。

1.1.1 HCI 接口选择

Host与Bluetooth Controller连接的HCI（主机控制接口, Host Controller Interface）, 在ESP32中只能同时使用以下IO接口中的一个：

• UART
• VHCI
• SDIO

在ESP-IDF中，可以在 menuconfig 中配置蓝牙的 HCI IO接口方式。

1.1.2 蓝牙运行环境

ESP-IDF 的默认运行环境为双核 FreeRTOS, ESP32 的蓝牙可按照功能分为多个任务（task）运行，不同任务的优先级也有不同，其中优先级最⾼的为运⾏控制器的任务。控制器任务对实时性要求高，在FreeRTOS系统中的优先级仅次于IPC任务（IPC任务用于CPU的进程间通信）。BLUEDROID（ESP-IDF默认的蓝牙主机）共包含4个任务：

• BTC
• BTU
• HCI UPWARD
• HCI DOWNWARD

1.1.3 框架

1.1.3.1 控制器

ESP32 同时支持 Classic BT 和 BLE，蓝牙版本4.2 。集成了H4 协议、 HCI、 Link Manager、 Link Controller、 Device Manager、 HW Interface 等功能。这些功能以库的形式提供给开发者。

1.1.3.2 BLUEDROID

BLUEDROID蓝牙主机内部分为两层：

• BTU层
  • 功能：负责蓝⽛主机底层协议栈的处理，包括 L2CAP、 GATT/ATT、 SMP、 GAP 以及部分规范等。
• BTC层（除去HCI）
  • 功能：负责向应用层提供接口支持、处理基于 GATT 的规范、处理杂项等 。

所有的API都在ESP_API层，开发者应当使用“esp”为前缀的蓝牙API。

1.2 经典蓝牙

ESP-ID