BLE低功耗蓝牙协议 & 通信流程（替代bluez节约16M ROM）

目录

GAP（Generic Access Profile）

GATT（Generic Attribute Profile）

数据传输服务流程

client MTU

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前言

之前提到的蓝牙驱动的编译bluez ，但是在实际使用的过程中发现，所需要的flash存储需要16M显然有点过大了，而且整体的编译非常的耗费时间，这研发成本周期长成本也高，于是有了新的解决方案，低功耗蓝牙ble 通过简易GAP和GATT协议通信也能实现蓝牙的功能，具体的实现网上有很多的案例，这边主要讲解一下介绍这个协议

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在蓝牙低功耗（BLE，Bluetooth Low Energy）通信中，GAP（Generic Access Profile）和GATT（Generic Attribute Profile）是两个核心协议，它们分别负责不同的功能层面。

GAP（Generic Access Profile）

GAP 负责设备的发现、连接建立、广告（Advertising）和扫描（Scanning）、设备的安全配对以及一些其他的基础连接行为。具体来说：

广告与扫描：GAP允许设备通过广播数据来宣布自己的存在（广告），同时其他设备可以监听这些广播（扫描），从而发现周围的蓝牙设备。

连接建立：一旦发现感兴趣的设备，设备之间可以通过GAP建立连接。

设备类型：GAP定义了两种设备角色：广播者（Advertiser）和观察者（Scanner）在发现阶段，以及中心设备（Central）和外围设备（Peripheral）在连接阶段。中心设备通常发起连接请求，而外围设备等待连接。

安全性：GAP还涉及一些基本的安全和隐私特性，如设备名称隐藏、随机地址生成等。

GATT（Generic Attribute Profile）

GATT构建在ATT（Attribute Protocol）之上，定义了服务和特性（Services and Characteristics）的结构化模型，用于在已建立连接的设备间交换数据。GATT分为服务器（Server）和客户端（Client）两部分：

GATT Server：

通常位于外围设备上，负责存储和管理数据（以服务和特性形式组织）。

提供数据访问接口，允许GATT Client读取或写入这些数据。

包含多个服务，每个服务又包含一个或多个特性，特性是数据的基本单位，可以被读取或写入。

GATT Client：

通常位于中心设备上，主动发起对GATT Server数据的读写请求。

在连接建立后，会搜索和发现GATT Server提供的服务和特性。

通过发送ATT请求（如读请求、写请求）与GATT Server进行交互，以获取或设置数据。

两者之间的关系

GAP负责设备间的初始发现和连接，是BLE通信的基础。一旦连接建立，GATT便接手，负责数据的具体传输和交互。GATT Server提供数据资源，GATT Client通过GATT协议操作这些资源，实现了BLE设备间复杂数据交换的功能。简而言之，GAP让设备能够找到彼此并建立连接，而GATT则定义了连接后数据是如何组织和传输的。

数据传输服务流程

蓝牙手机与另一个设备（如蓝牙耳机、智能手表或其他蓝牙设备）的数据传输服务流程大致遵循以下步骤：

设备发现:

广告与扫描: 蓝牙设备（如耳机）进入可发现模式，开始广播包含设备信息的广告包。手机作为扫描者，开启蓝牙并扫描周围广播的蓝牙设备。

配对: 用户在手机上选择发现的设备，发起配对请求。首次配对时，可能需要输入PIN码或通过简单配对流程确认连接。

建立连接:

手机作为中心设备（Central）向选中的外围设备（Peripheral）发送连接请求。

一旦设备同意连接，蓝牙链路层（L2CAP）建立连接，为后续的数据传输提供通道。

GATT服务发现:

连接建立后，手机作为GATT客户端会查询（Discover Services）外围设备上的GATT服务。

外围设备作为GATT服务器响应，提供其支持的服务列表，每个服务包含一个或多个特性（Characteristics）。

数据交互:

读取和写入: GATT客户端根据需要读取或写入GATT服务器上的特性值。例如，手机可以读取智能手环的健康数据或向耳机发送音频数据。

通知和指示: GATT服务器还可以向客户端推送数据更新，通过“通知”（Notification）或“指示”（Indication）机制。例如，心率监测器可以实时通知手机心率变化。

断开连接:

数据传输完毕或不再需要连接时，任一端（通常是手机）可以发起断开连接请求。

连接断开后，设备可以回到广播或待连接状态，或完全关闭蓝牙节省能源。

安全与隐私:

整个过程中，蓝牙通信受到安全措施保护，如加密和认证，确保数据传输的私密性和完整性。

这个流程概括了蓝牙设备间基于GATT协议的数据传输基本框架，具体实现细节可能因设备类型、操作系统和应用需求而有所不同。

client MTU

客户端MTU（Client Maximum Transmission Unit）是网络通信中与服务器端MTU相对的概念，它同样指的是网络层协议（如IP）或链路层协议（如Ethernet、PPP等）能够处理的最大数据包大小。在蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy, BLE）的上下文中，客户端MTU是指BLE客户端设备（例如智能手机或传感器）能够接收的GATT（Generic Attribute Profile）服务数据的最大大小。

在BLE通信中，MTU的大小影响了数据传输的效率，因为较大的MTU可以允许在单个ATT包中传输更多的数据，从而减少传输的次数和相关的开销。BLE允许通过ATT MTU交换过程来协商双方（客户端和服务器）之间的最大传输单元，以优化数据交换的效率。默认的BLE MTU通常是20字节，但可以通过协商增加到更大的值，例如23、517等，具体取决于设备和配置。

在实际应用中，客户端和服务器可能会选择一个双方都能接受的共同MTU值，以便在数据传输时最大化效率。如果一方的MTU小于另一方，那么数据传输将受限于较小的MTU值。