前言

学习使用蓝牙芯片进行项目开发，就得先对协议栈的框架结构进行分析，需要对BLE协议栈的框架结构有清晰的理解，因此我尝试简单分析一下BLE协议栈。

协议栈框架

首先，协议栈的意思就是对协议的代码实现，协议栈的框架分层大概可以用下图表示：

控制层可以分为：主控制器（HCI）、链路层（LL）、物理层（PHY）；

HCI：控制一般的蓝牙设备行为，负责所有与数据无关的蓝牙系统操作，例如：查询蓝牙状态，连接蓝牙设备或者蓝牙设备被发现和连接；

LL：负责链路控制和链路管理，即创建、维护和释放逻辑链路；

PHY：负责从物理信道传输和接收信息数据包；

主协议层可以分为：通用访问规范（GAP）、通用属性配置文件（GATT）、属性层（ATT）、SMP（安全管理层）、L2CAP（链路控制和适配层）；

GAP：GAP是对LL层有效数据包进行解析的方式的一种。GAP简单的对LL层有效数据进行了一些规范和定义，因此GAP主要用来进行广播、扫描和发起连接；

L2CAP：L2CAP对LL层进行了一次简单封装，LL层只关心传输的数据本身，L2CAP就要区分是加密通道还是普通通道，同时还要对连接间隔进行管理；

SMP：SMP用来管理BLE连接的加密和安全，如何保证连接的安全性，同时不影响用户的体验，这些都是SMP要考虑的工作；

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ATT：ATT层用来定义用户命令及命令操作的数据，比如读取某个数据或者写入某个数据；在BLE协议栈中，开发者接触最多的是ATT层；BLE引入attribute（属性）概念，用来描述一条条的数据，attribute除了定义数据外，还定义该数据可以使用的ATT命令；

GATT：GATT层用来规范attribute中的数据内容，并运用group（组）概念对attribute进行分类管理；没有GATT，BLE协议栈也能跑，但是互联互通就会出问题；

应用层：就是根据实际需求添加用户的应用代码，实际上就是添加服务文件；

Tips：

1、GATT定义了服务器（server）和客户端（client）两种角色，一般来说提供数据的设备称为GATT服务器，比如开发板；访问GATT服务器而获得数据的设备为GATT客户端，比如手机；

2、那么BLE蓝牙主机和从机又有什么区别呢？

答：BLE蓝牙的角色有广播者（advertiser）、扫描者（scanner）、从设备（slave）、主设备（master）、发起者（initiator），其中主设备是由发起者、扫描者转化而来，从设备是由广播者转化而来；

代码分析

一般来说，我们基本都是基于官方提供的工程框架来根据需求开发项目（毕竟有现成的就没必要自己造轮子了嘛），所以我们首先就要了解官方工程的基本结构。

基于官方样例工程基本可以把结构分为：

1、协议栈的hex文件目录：工程目录\components\softdevice\s110\hex，根据实际需求在这个目录下找合适的协议栈烧录文件即可；

2、应用app的hex文件目录：工程目录\examples\ble_peripheral\ble_app_template\hex；

3、启动文件/工具链文件目录：工程目录\components\toolchain\arm，根据不同的架构裁剪工程即可；

4、官方的服务例程文件目录：工程目录\components\ble\ble_services，官方提供大量的服务例程，我们可以在这里根据需求裁剪；

5、描述文档目录：documentation；

6、板级支持文件目录：examples\bsp；

我们先分析main函数代码：

/**@brief Function for application main entry.
 */
int main(void)
{
    // Initialize.
    leds_init();              //非必要
    timers_init();            //非必要
    buttons_init();           //非必要
    ble_stack_init();         //必要
    gap_params_init();        //必要
    services_init();          //必要
    advertising_init();       //必要
    conn_params_init();       //视情况而定，如果连接之后不需要协商连接参数，这个函数可以不要

    // Start execution.
    advertising_start();      //必要

    // Enter main loop.
    for (;;)
    {
        power_manage();       //进入睡眠
    }
}

其实核心函数也就5个，把非必要的去掉其实也能互联互通。而最后一个死循环函数就是BLE低功耗的关键，因为BLE协议栈是由事件驱动的工作模式，就是说只有事件触发才会执行相应的处理，否者将一直睡眠。

问：协议栈怎么运作的呢？

答：当手机发送链接请求或者数据时，协议栈首先收到这些数据后做一些处理，然后将这些数据打包成一个结构体并附加事件ID，然后通过派发函数将这个结构体上抛给应用层处理。
/**@brief Function for dispatching a BLE stack event to all modules with a BLE stack event handler.
 *
 * @details This function is called from the scheduler in the main loop after a BLE stack
 *          event has been received.
 *
 * @param[in] p_ble_evt  Bluetooth stack event.
 */
static void ble_evt_dispatch(ble_evt_t * p_ble_evt)
{
    on_ble_evt(p_ble_evt);
    ble_conn_params_on_ble_evt(p_ble_evt);
    ble_lbs_on_ble_evt(&m_lbs, p_ble_evt);
    ble_nus_on_ble_evt(&m_nus, p_ble_evt);
}

总结

到这里我们基本可以简单理解BLE协议栈的工作流程和一些基础知识。

浅析BLE协议栈

前言

协议栈框架

代码分析

总结

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